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3. OCP (Satlantic Co.)
OCP (Ocean color profiling system)는 OCR-200의 수면 위로 올라오는 광량을 (upwelling radiance) 관측하는 센서와 OCI-200의 downwelling irradiance를 관측하 는 센서에 의해 구성된다. OCR-200은 400 - 700 nm까지 7개의 채널을 가지고 10 nm 또는 20 nm의 밴드 폭에 의해 수중 광을 관측하게 된다. 최대 관측 깊이는 400 m로서 OCI-200 또한 동일한 채널의 밴드영역을 가지고 수중 광을 관측한다. 공기 중에서 본체를 제외한 센서만의 무게는 1.2 kg으로 소형이며, PRR-600과 동일한 급의 수중광학 관측장비에 속한다.
PRR-600이 케이블에 의해 천천히 수심으로 내려주어야 하는 관측방법을 가진 것에 반해 OCP는 조사선박에서 조사선박의 그림자를 피할 수 있는 위치의 수면에 OCP를 던진다. OCP는 분체에 부착된 무게 추의 무게와 날개에 의해 일정한 속도 로 하강하면서 수중 광을 관측하게 되어 조사선박에 의한 그림자의 영향을 최소화 할 수 있으며, 관측자가 관측장비를 계속 잡고 내릴 필요가 없어 현장에서 관측장 비를 운용하는데 편리하다. 단, 무게 추의 무게를 조절하여 해양에서의 하강 속도를 조절하도록 되어 있어서 조류의 영향이 크거나 작은 차이에 따른 자료 획득의 조절 이 어려운 단점을 지니고 있다. 그림 3-4에 OCP의 관측장비 모습과 관측장비 운용 시의 장면을 제시하였다.
다음은 OCP를 활용하여 수중 광학 자료를 획득할 때 조사 전-후 반드시 점검해 야할 사항과 작동방법을 제시한 것이다.
◆ 장비운용 이전에 점검사항 (Previous Check Point)
① 모든 연결이 올바른지 확인한다.
② Ed, Lu 센서의 창 부분을 잘 닦아준다.
③ 그림자를 피할 수 있는 방향으로 자리를 잡고 안전하게 던질 준비를 한다. 케이 블이 순차적으로 풀릴 수 있도록 정돈해 두어야 하며, 선박의 다른 장애물에 의 한 걸리지 않도록 주의한다.
◆ 장비 운용방법 (Casting)
① 두 명이 기계를 안전하게 잡고 바다로 던져 표층에 놓는다.
② 전원을 켜고
SatView
프로그램을 실행시킨다.③
NEW를 누른 뒤 Profile mode를 선택한다.
④
Profiler를 눌러 com1, 19200, wet, ocp022b를 선택한다.
⑤
Reference를 눌러 com3, 19200, dry, mvd042b를 선택한다.
⑥
Connecting icon을 누른다.
⑦
Profiler, Reference를 각각 눌러 synced 되는지 확인
⑧
LOG
icon을 눌러 data logging start⑨ 자료가 잘 들어오나 확인하고 자유낙하 시킨다.
⑩ 자료를 모두 받으면 반대로 LOG icon 눌러 logging 멈춘다.
⑪ 기계를 건져 올리며 Connecting icon을 눌러 disconnect 시킨다.
⑫ 프로그램을 끝내고 기계를 deck에 올린다.
◆ Post Processing
① 청수로 몸체와 케이블을 깨끗이 씻어준다.
② 안전한 위치로 옮겨 놓는다.
③ 직사광선을 피할 수 있는 곳에 보관한다.
◆ Software Requirements
SATVIEW.EXE MVD042B.CAL OCP022B.CAL
다음 Fig. 3-1은 PRR-600 을 이용하여 수중 광학 측정을 하기 위해 해수면에 장비를 투입하는 장면이며, Fig. 3-2는 OCP 장비를 수면에 입수시켜서 표층에서의 광을 측정하는 장면을 나타낸 것이다. Fig. 3-3은 OCP 관측장비를 조사선 선상에 위치시켰을 때의 모습을 나타낸 것이다.
Fig. 3-4는 수중광학 측정장비를 수중에 투입하기 위한 윈치의 작동을 나타낸 것이며, Fig. 3-5는 MER2040의 현장관측 장면이다. MER2040의 경우 본체의 무게 를 지탱하여 수심 방향으로 장비를 내릴 수 있는 윈치가 요구되어 Fig. 3-4와 같은 장비를 이용하여 수중 광학 측정을 한다.
Fig. 3-1 Measurement of the optical data using PRR-600 (up)
Fig. 3-2 Measurement of the optical data using OCP (Satlantic Co.)
Fig. 3-3 Picture of the OCP on the ship.
Fig. 3-4 Measurement of the optical data using winch.
Fig. 3-5 Measurement of the optical data using MER2040.
제 2 절 현장조사 항목과 방법
현장조사 관측항목과 분석방법은 검/보정에 있어 핵심적인 부분이므로 CZCS 이후 OCTS, SeaWiFS, MODIS, MERIS 등의 해색센서 프로그램에서 매우 중요하 게 다루고 있고 점차적으로 개량된 방법을 제안하고 있다.
본 연구에서는 OSMI의 검증 및 보정을 위한 현장조사자료의 획득방법을 다양 한 문헌조사와 현장실험을 통하여 정리하였다. 이와 같은 통일화된 현장자료 획득 방법을 바탕으로 OSMI가 발사된 이후 다양한 연구그룹의 현장관측자료를 종합하 여 OSMI를 검증 및 보정을 할 수 있도록 하는 것이 본 절의 목적이며, 현장조사 분석항목과 분석방법을 제안함으로써 향후 개발되거나 운용될 해색센서의 활용을 위한 기준안으로 제안하고 있다.
현장조사와 분석항목은 해색센서에서 얻어진 영상신호를 분석하여 얻어진 최 종 생산물을 검증할 수 있는 항목을 기준으로 하며, OSMI의 위성관측 자료가 기하 보정과 대기보정의 처리단계를 거친 후 Level 2 생산물인 해양의 엽록소를 검증하 는데 필요한 현장관측항목과 조사방법을 다음과 같이 정리할 수 있다.
1. 엽록소와 식물색소량 (Chlorophyll a and Pigment ; extraction method)
Jeffery et al. (1997)은 해양 시료에서 다양한 색소를 측정하는 방법들의 원리, 방식, 문제점들을 비교하고 기술하고 있다. 현재 해색 자료에서 추출하는 최종 산 물은 엽록소-a와 그 분해 산물이다. 일반적인 식물 색소를 분석하기 위해서는 LC 또는 HPLC와 같은 방법이 필수적이지만 많은 노력이나 시간이 필요하므로 다수의 시료 분석에는 어려운 점이 많다. 그러나 엽록소에만 초점을 맞출 경우, 훨씬 간단 한 방법이 가능하여 분광계나 형광계를 쓸 수 있다. 형광법은 분광법 보다 최고 50 배 이상 민감하다는 장점이 있다. 또한 기존 자료의 대다수는 형광법에 의해 얻어진 것으로 자료의 연속성을 고려할 때도 형광법은 가장 중심이 되는 방법이다.
따라서 SeaWiFS 등의 위성 프로그램에서는 형광법을 주요 분석방법으로 하되 아
래에서 언급할 측정 오차를 관리하기 위해 HPLC로 질관리를 하는 것을 표준 방법 으로 채택하고 있다.
분광계를 쓰는 방법은 2～3개의 파장대에서 흡광을 측정하여 chlorophyll-a, b, c 등의 농도를 계산해 내는 것이다. 그러나 이런 방법들은 엽록소 분해 산물이 분자 량으로 20%이상을 차지할 경우 큰 오차를 가지게 된다 (Jeffery et al., 1997). 지수 적 성장기에 있는 배양 시료는 엽록소 분해 산물의 농도가 충분히 낮으나 자연 시 료에는 대개 엽록소 분해물이 상당한 부분을 차지하므로 이러한 방법은 적합하지 못하다.
엽록소 분해물을 구별해 내기 위해 약산으로 시료를 산화시켜 산화 전후의 흡 광을 665 nm에서 비교하는 방법이 널리 쓰인다 (Lorenzen, 1967). 산화법은 분광 법 뿐 아니라 형광법에서도 (Holm-Hansen et al., 1965) 적용한다. 그러나 산화법 은 엽록소-a 이외의 색소는 감지할 수 없으며 엽록소-b가 있을 경우 엽록소-a의 농도는 과소 평가되고 pheopigments의 농도는 과대평가 되는 오차가 동반한다.
Welshmeier (1994)는 엽록소-b의 영향을 최소한 하기 위한 방법을 제안하였다.
Pheopigments의 흡광이 적은 파장대에서 발광하는 여기 전구를 (Type 10-089, Turner Designs Inc.) 쓰고 엽록소-b의 영향이 적은 파장대에서 여기필터과 (436 nm, 폭 10 nm), 발광필터 (680 nm, 폭 10 nm)를 쓰는 것이다.
아래에서는 시료채취, 보관, 용매추출과정을 적었다. 이러한 전처리 과정은 분 석 방법에 상관 없이 동일하며 전처리 과정이 끝나면 SCOR에서 추천하는 분광법 (Lorenzen, 1967), 형광법 (Holm-Hansen et al., 1965), reverse-phase binary gradient HPLC (Wright et al., 1991)을 적용하여 엽록소 값을 얻게 된다.
① 미리 volume을 측정하여 알고 있는 500 ㎖ bottle에 채수한 해수를 가득 부어 사용하거나 (배의 흔들림 고려) 또는 메스실린더를 이용해 측정한 500㎖의 해수 를 47 ㎜ GF/F filterpaper로 거른 후 filterpaper를 안쪽으로 잘 두 번 접어 20㎖
LSC vial에 넣는다.
② 시료처리를 즉시 할 수 없는 상황일 때는 액화질소에 냉동 보관 한다 (이 경우, polyethylene vial 사용).
③ 90 % acetone 용액
13
㎖ 를 첨가해 filterpaper가 잠기게 하여24시간 용출
④ syringe를 사용해 시료를 GF/F filterpaper로 여과해 유리 vial에 담는다.
(syringe와 filterpaper를 90 % acetone으로 rinsing해가며 여과)
⑤ Turner fluorometer에서 측정하여 값을 읽는다. (Fo)
⑥ 10% Hcl을
50
㎕를 첨가해 재 측정하여 값을 읽는다. (Fa)2. 부유물질 (Total Suspended Sediment; TSS, Suspended Sediment; SS)
부유물질은 다양한 정의에 의해 그 의미가 분류되고 있어서 분석하는 사람에 따 라 다른 실험방법에 의해 자료를 획득하고 있으며, 해색관측에 의한 엽록소와 식물 색소량 관측보다 다양한 결과가 제시되고 있다. 부유물질은 47 ㎜ GF/F에 필터된 물질중 유기물과 무기물의 혼합무게를 말하는 것으로 유기물을 회화하여 측정하는 부유사와는 다르다.
본 연구의 실험방법에서는 이 두 측정항목을 다음과 같이 구분하여 실험결과 자 료를 획득하였다.
① 미리
450 ˚
C의 furnace에서overnight
회화한 후 수분을 완전히 제거해 무게를 측정해 놓은 47 ㎜ GF/F filterpaper를 petri dish에 넣어 보관해 샘플준비를 한 다. (이때, petri dish 앞 뒤에 모두 label을 해두고 무게를 적어둔다)② 미리 volume을 측정하여 알고 있는 500 ㎖ bottle에 채수한 해수를 가득 부어 사용하거나 (배의 흔들림 고려) 또는 메스실린더를 이용해 측정한
500
㎖의 해수 를 준비해 간 filterpaper에 거른다.③ 쭉쭉이에 담긴 증류수를 funnel 벽에 충분히 (200 ㎖ 이상) 흘려주어 염기가 완 전히 제거되도록 한다 (해수중에 포함된 염분은 물에 녹아 있는 상태와 건조된 상태에서 부유사의 무게 측정에 따른 오차를 발생시킨다. 때문에 염분을 충분히 제거할 수 있도록 증류수로 재 필터하며 이때, 여과지에 직접 증류수가 분사되지 않도록 주의하여야 한다).
④ 냉동 보관하여 실험실로 가져온다 (부유물질에는 유기물의 성분을 포함한 엽록 소와 식물플랑크톤의 잔해물이 포함되어 있어서 상온에서 계속적인 반응으로 무 게에 변화가 나타난다. 따라서, 냉동 보관하도록 한다).
⑤ 여과지를 꺼내어 oven에서
60 ˚
C로24시간 건조시킨 후 desiccator에 보관
⑥ 충분히 식은 여과지를 꺼내어 전자저울로 무게를 측정해 미리 알고 있는 여과지 의 무게를 빼주어 총 부유물질량 (TSS)측정
⑦ 다시 furnace에서
450 ˚
C로2시간 이상 회화하여 유기물을 완전히 태워 없앤 뒤
마찬가지로 식히고, 무게를 재 측정하여 부유사 (SS)를 정량한다.* 실험 과정에서 여과해수와 증류수를 약 3장 정도씩 filter해서 값을 보정해 준다.
3. 용존유기물 (CDOM : Colored dissolved organic matter)
용존유기물은 yellow substance라고 불리며, 전 처리한 후 자외선-가시영역 밴 드에서 흡광을 측정한다. Reuter et al. (1986)은 Nansen bottle에 시료를 담아 Sartorius 0.2 mm 셀룰로이스 막 필터에 필터한 후 냉암소에서 200 ml의 시료를 갈색병에 보관한다. 0.5 M HgCl2 400 ml를 첨가하여 박테리아의 성장과 DOM의 분해를 막는다. 샘플의 흡광측정은 이중 beam Perkins Elmer 다중분광계를 이용하 여 분석하며 10 cm 수정 셀에 증류수를 채워 기준값을 정한다. 이러한 방법은 용존 유기물의 흡광에 의한 오차를 최소화하며, Diebel-Langohr et al. (1986)에 의해 검 증되었다.
용존유기물은 육상에서 기인하는 부식질에 의해 농도의 영향이 나타나므로 연안 에서 해양으로 갈수록 용존유기물의 농도는 낮다. 용존유기물은 400 - 500 nm 영 역에서 높은 흡광 특성을 지니고 있어서 해색센서에서 얻어진 엽록소의 정량적인 해석을 위한 밴드 알고리듬에 오차를 유발시킨다. 따라서, 생물광학 알고리듬을 구 성하거나 분석된 엽록소 농도의 오차를 분석하기 위해 SeaWiFS에서는 412 nm에 서의 Lw를 획득하고 있다. OSMI에서는 412 nm와 443 nm에서 Lw를 얻게 되는데