원격탐사자료를 이용한 시,공간적으로 분포되어 있는 토양수분산정 및 가뭄평가: (II) 가뭄

신용철 ( Yongchul Shin ),최경숙 ( Kyung Sook Choi ),정영훈 ( Younghun Jung ),양재의 ( Jae E. Yang ),임경재 ( Kyoung Jae Lim ) 한국물환경학회 2016 한국물환경학회지 Vol.32 No.1

Based on the soil moisture data assimilation suggested in the first paper (I), we estimated root zone soil moisture and evaluated drought severity using remotely sensed (RS) data. We tested the impacts of various spatial resolutions on soil moisture variations, and the model outputs showed that resolutions of more than 2-3 km resulted in over-/under-estimation of soil moisture values. Thus, we derived the 2 km resolution-scaled soil moisture dynamics and assessed the drought severity at the study sites (Chungmi-cheon sites 1 and 2) based on the estimated soil/root parameters and weather forcings. The drought indices at the sites were affected mainly by precipitation during the spring season, while both the precipitation and land surface characteristics influence the spatial distribution of drought during the rainy season. Also, the drought severity showed a periodic cycle, but additional research on drought cycles should be conducted using long-term historical data. Our proposed approach enabled estimation of daily root zone soil moisture dynamics and evaluation of drought severity at various spatial scales using MODIS data. Thus, this approach will facilitate efficient management of water resources.

원격탐사 기반 토양수분을 이용한 가뭄평가

신용철 ( Yongchul Shin ),최경숙 ( Kyung-sook Choi ),정영훈 ( Younghun Jung ),박경원 ( Kyungwon Park ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

전 세계적으로 원격탐사 기반 토양수분을 이용한 농업 및 산림 가뭄평가기법들이 개발되었으나 산악지형에 산림이 우세한 우리나라의 경우 원격탐사된 토양수분 자료의 불확실성이 증가하게 된다. 또한, 토양으로부터 수분을 공급받는 작물의 경우 기상뿐만 아니라 토양특성에도 큰 영향을 받기 때문에 기상특성만을 고려한 가뭄지수는 지표 고유의 특성을 반영하는데 있어서 한계가 있다. 본 연구에서는 농업 및 산림 지역의 가뭄 평가시 기상 및 지표특성을 함께 고려하기 위하여 원격탐사된 토양수분과 수문모형 기반의 자료동화 기법을 연계하였다. LANDSAT(30 m X 30 m) 및 MODIS(500 m X 500 m) 이미지 자료를 이용하여 공간적으로 분포되어 있는 토양수분을 산정 하였다. 토양수분 이미지 자료의 경우 공간적으로 분포되어 있는 토양수분 분포를 측정할 수 있는 장점이 있으나, 기상 특성에 따라서 이미지 자료가 오염될 경우 시간적으로 불연속적인 단점이 있다. 이러한 시간적 해상도의 단점을 보완하기 위하여 프로세스 기반의 1-D HYDRUS 모형과 최적화 알고리즘을 연계한 자료동화기법을 이용하였다. 자료동화기법은 시간적으로 불연속인 각각의 토양수분 이미지로부터 HYDRUS 모형의 입력변수인 토양의 수리학적 매개변수를 도출하여 일별로 연속적인 토양수분 자료를 재생산 한다. 본 연구기법은 다양한 해상도에서 연속적인 토양수분 자료를 산정 및 가뭄평가에 사용함으로써 우리나라 지형특성을 고려하여 효율적으로 가뭄을 관측 및 예측하는데 기여할 수 있다.

Sentinel-1A/B SAR와 토양수분자료동화기법을 이용한 고해상도 토양수분 산정

신용철 ( Yongchul Shin ),김상우 ( Sangwoo Kim ),이태화 ( Taehwa Lee ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

토양수분은 지하수 함량, 작물 생장, 농업 생산성 예측 및 가뭄, 홍수, 산불과 같은 물 관련 재해에 직·간접적으로 영향을 미치는 주요 수문 인자 중 하나로써 지표 내 토양수분 함량 파악은 매우 중요하다. 본 연구에서는 Sentinel 전용전처리 도구인 SNAP(Sentinel Application Platform)을 이용하여 2018년 Sentinel-1A/B 22장의 이미지를 전처리하여 후방산란계수를 산정하였으며, 산정된 후방산란계수와 토양수분 실측값과의 관계를 이용하여 회귀공식을 도출하여 Sentinel-1A/B 기반 토양수분을 산정하였다. 토양수분자료동화기법은 실측된 토양수분과 유전자 알고리즘을 연계하여 토양의 수리학적 매개변수를 추출하며, 추출된 매개변수와 기상자료를 SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)모형의 입력값으로하여 일별 모의 토양수분을 재생산한다. 본 연구에서는 Sentinel-1A/B 기반 토양수분과 ASOS(Automated Synoptic Observing System) 기상관측소의 기상자료 및 TRMM(Tropical Rainfall Measuring)/GPM(Global Precipitation Measurement)위성강우자료를 이용하여 매개변수를 도출하였으며 도출된 매개변수를 SWAP 모형의 입력자료로 이용하여 장기간(2001∼2018) 일별 모의 토양수분을 산정하였다. 산정된 토양수분이 전체적으로 다양한 지표피복에서 토양수분 실측값을 잘 반영하는 것으로 나타났으며, 강우 변화에 따른 토양수분 공간분포의 변화가 모의 토양수분에 잘 반영하는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 홍수, 가뭄, 산불과 같은 물 관련 재해 뿐만 아니라 농업, 수문 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

수질샘플빈도에 따른 산림유역의 오염부하특성분석

신용철 ( Yongchul Shin ),최중대 ( Joongdae Choi ),류창원 ( Kyoungjae Lim ),임경재 ( Changwon Lyou ),신민환 ( Minhwan Shin ),최용훈 ( Yonghun Choi ),김기성 ( Kisung Kim ),허성구 ( Sunggu Heo ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-

Forest watershed, located in Chuncheon-si, Gangwon province, Korea, is selected to analyze characteristics of the pollutant loads with water quality sampling frequencies. In 2005, the yearly streamflow of the forest watershed was 43,265,325 ㎥ and 61% of that was intensively generated from June to September. Pollutant loads of T-N, NO₃-N, and T-P before and after rainy days were over twelve times greater than those during heavy rainy days. However, pollutant loads were not shown some obvious differences between them during rainy and dry days, respectively. When water quality frequencies were collected in the range of 4~32, relative errors of pollutant loads were highly shown over 13 to 31%, respectively. However, relative errors of T-N and NO₃-N, on which water sampling frequencies were augmented over 36~40 times, were shown less than 10% and those of T-P were gradually decreased by increasing of sampling frequencies. Therefore, it was strongly thought that over 3 to 5 of water samples during the single rainfall event and 35 to 40 of those during heavy rainy days should be collected to reduce uncertainty of monitoring information and gather some confidential data because concentration values were greatly influenced by the various contents such as the landuse, agricultural management and environmental condition.

토양수분자료동화기법 기반 고해상도 Sentinel-1 SAR 토양수분 산정

신용철 ( Yongchul Shin ),김상우 ( Sangwoo Kim ),이태화 ( Taehwa Lee ),천범석 ( Beomseok Chun ),정영훈 ( Younghun Jung ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

본 연구에서는 Sentinel-1 A/B SAR 센서 영상과 토양수분자료동화기법을 사용하여 우리나라의 시공간적으로 분포한 토양수분을 산정하였다. Sentinel-1A/B 기반 토양수분은 TDR 기반 실측토양수분과 Sentinel-1A/B 기반 후방산란계수와의 선형회귀분석을 통하여 산정하였다. 산정된 Sentinel-1A/B 기반 토양수분의 검증은 모의토양수분과 TDR 기반 실측 토양수분의 Pearson 상관계수와 RMSE(Root Mean Square Error)을 이용하였다. 토양수분자료동화기법은 토양수분과 유전자알고리즘을 이용하여 토양의 수리학적 매개변수를 추출할 수 있다. 본 연구에서는 토양수분자료동화기법을 이용하여 Sentinel-1A/B 기반 토양수분 영상, ASOS(Automated Synoptic Observing System) 기상 자료 및 TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)/GPM(Global Precipitation Measurement) 강우 자료로 우리나라 토양의 수리학적 매개변수를 추출하였다. 추출된 토양의 수리학적 매개변수는 SWAP 모형의 입력 자료로 사용되었으며, TRMM/GPM 위성 강우 자료를 이용하여 2001년부터 2018년까지의 장기간 일별 토양수분을 모의하기 위하여 사용되었다. 전체적으로, SWAP 모형으로 산정된 장기간 일별 모의토양수분이 다양한 지표 환경(나지, 농경지, 임지 및 도시)에서 TDR 기반 실측토양수분과 Sentinel-1A/B 기반 토양수분과 유사한 것으로 나타났다. 또한 대체로 강우 변화에 따른 토양수분 공간분포의 변화가 장기간 일별 모의토양수분에 잘 반영되는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 홍수, 가뭄, 산불과 같은 물 관련 재해뿐만 아니라 농업, 수문 등 다양한 분야에서 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

TRMM/GPM 강우 자료를 활용한 충청북도 지역의 농업 가뭄 평가

신용철 ( Yongchul Shin ),김상우 ( Sangwoo Kim ),이태화 ( Taehwa Lee ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

본 연구에서는 TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)/GPM(Global Precipitation Measurement) 및 MODIS(MODerateresolution Imaging Spectroradiometer)를 이용하여 우리나라의 기상학적 및 농업적 가뭄을 평가하였다. 2000∼2015년의 TRMM/GPM 강우자료(1km × 1km)를 이용하여 기상학적 가뭄지수 SPI를 산정하였으며, MODIS(500m × 500m) 이미지는 TRMM/GPM 해상도와 일치하도록 1km × 1km 해상도로 변환하였다. 토양수분자료동화기법을 이용하여 원격탐사자료로부터 토양의 수리학적 매개변수를 추출하였으며, 추출된 매개변수는 수문모형(SWAP)의 토양 매개변수 입력자료로 사용하여 시·공간적으로 연속적인 일별 토양수분을 산정하였다. 산정된 일별 토양수분과 백분위 해석기법 및 SMDI 지수를 이용하여 장기간의 격자별(1km × 1km) 농업 가뭄을 평가 하였다. SPI 지수의 경우 TRMM/GPM 위성 강수량과 공간적으로 유사하게 나타났으며, 토양수분 기반 백분위 해석기법 및 SMDI 지수 역시 전체적인 가뭄분포는 TRMM/GPM 강우 분포와 유사하게 나타났다. 그러나 지역적으로 SMDI의 경우 지표특성에 따라 농업 가뭄에 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 본 연구결과에 따르면 기상학적 및 농업적 가뭄은 강수량에 큰 영향을 받지만 국지적으로는 지표특성이 농업 가뭄에 영향을 미치기 때문에 농업가뭄 평가를 위해서는 토양수분을 고려한 가뭄평가가 필요한 것으로 판단되었다.

Irrigation & Crop Production 모형을 이용한 작물 생산량 향상

신용철 ( Yongchul Shin ),이태화 ( Taehwa Lee ),김상우 ( Sangwoo Kim ),최종훈 ( Jonghun Choi ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

작물은 토양층의 수분함량에 직접적으로 영향을 받기 때문에 가뭄에 매우 취약하다. 극한가뭄 발생시 작물 피해를 최소화하기 위하여 본 연구에서는 Irrigation & Crop Production 모형을 개발하였다. ICP 모형은 작물 생육에 필요한 적절한 토양수분을 결정하여 최적의 작물 생산량을 산정한다. ICP 모형의 적용성 평가를 위하여 파키스탄 Regional Agromet Centre Faisalabad 지역과 미국 오클라호마 Little Washita 13/21 지역을 선정하였다. 전체적으로 다양한 토양과 작물 특성에 대해 ICP 모형이 적절한 관개용수를 산정하여 작물생산량 향상에 크게 기여하는 것으로 나타났다. 또한 기상인자 중에서 일사량과 강우량이 작물생산량에 가장 크게 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 기상인자의 경우 인위적으로 조절하지 못하는 점을 고려할 때 적절한 관개용수를 제공하여 작물 생산량의 향상이 필요하다. 또한 지하수위가 지표면에서 100cm 이하일 경우 모세관 현상으로 인하여 작물뿌리에 물이 공급되어 작물생산량이 증가하는 것으로 나타났으며, 지하수위가 지표면에서 200cm 이하에서는 작물 성장에 미치는 영향이 미비한 것으로 판단되었다. 비록 제한된 지역에서 검보정 실험이 수행되었지만, 본 연구결과는 가뭄 발생시 ICP 모형을 이용하여 효율적으로 가뭄에 대응하고 작물생산량을 향상할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 연구결과는 수자원 관리, 농업가뭄대응, 농업정책수립 등을 위하여 효과적으로 사용될 수 있을 것이다.

『永嘉誌』를 통해 본 安東 佛塔의 전승과 그 의의

신용철(Shin Yongchul) 한국미술사학회 2009 美術史學硏究 Vol.264 No.264

농업 가뭄 조건에서 관개 일정 및 관리 모델을 활용한 최적 작물 생산 추정

신용철 ( Yongchul Shin ),이태화 ( Taehwa Lee ),장원석 ( Won-seok Jang ),미르자주나이드아흐메드 ( Mirza Junaid Ahmad ),석민제 ( Minje Seok ),이정훈 ( Junghun Lee ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

농업가뭄 발생시 효율적인 관개일정 및 관리를 고려한 ISM 모델을 이용하여 최적의 작물생산량(밀, 감자, 옥수수) 생산량을 추정하였다. GA-SWAP(Genetic Algorithm - Soil Water Atmosphere Plant)과 통합된 ISM 모델은 작물의 물 스트레스(Water Stress, WS) 값을 무작위로 생성한다. 생성된 WS를 기반으로 관개용수량(Irrigation Water Amount, IWA) 및 관개 간격(Irrigation Interval, II) 값을 결정할 수 있다. 본 연구에서는 파키스탄 푼잡(Punjab in Pakistan) 지방 Faisalabad의 Regional Agromet Center 지역을 대상으로 검보정 및 다양한 수치실험을 진행하였다. ISM 모델을 이용하여 작물생산량을 비교한 결과, 실제 2007-2008년과 2008-2009년 작물생산량(3,212/3,707 kg ha^-1) 보다 모델을 이용한 작물생산량이 향상되었다(4,289 kg ha^-1/6,297 kg ha^-1). 토양, 작물 및 지하수 깊이에 따라 작물 생산량이 다양하게 나타났으며, ISM 기반 작물생산량은 효율적인 관개 일정 및 관리 계획(IWA, II, WS)을 적절히 결정하여 주어진 환경 조건에서 최대 생산량을 도출하였다. 천수답(Rainfed) 작물생산량의 경우 토양특성에 따라 차이가 발생하였으나, ISM 모델 기반의 작물생산량의 경우 모든 토양특성 및 작물에서 작물생산량이 크게 증가하였다. 비록 토양의 물리적 특성에 따라 작물생산량의 차이가 발생하였으나, ISM 모델은 다양한 환경에서(토양 및 작물) 최대 작물생산량을 도출하였다. 또한 천수상태에서 지하수위에 따른 작물생산량의 경우 지하수위가 지표면과 가까워짐에 따라 작물생산량이 증가하는 것으로 나타났으며, 지하수위가 낮을수록 작물생산량이 감소하는 경향을 보였다. 이는 지하수위가 높을수록 작물 뿌리부분의 수분 흡수력과 모세관현상으로 유도된 토양내 수분의 상방향 흐름이 지표면과 지하수위까지의 토양층이 습한 상태를 유지하여 작물생산량이 증가하는 것으로 판단된다. 그러나 ISM 모형 기반의 작물생산량은 모든 조건에서 최대 생산량을 도출하였다. 또한 ISM 모형을 이용한 장기간(1989~2009) 모의 결과, 효율적인 관개 용수량으로 최적의 작물생산량을 유지하는 것으로 나타났다.

급경사 유출시험포의 오염부하 측정

신용철(Shin, Yongchul),임경재(Kyoung Jae Lim),심혁호(Hyuk Ho Sim),류창원(Changwon Ryu),최중대(Joongdae Choi) 강원대학교 환경연구소 2005 Journal of the Environment Vol.2 No.-