SMAP 토양수분 이미지를 이용한 농업가뭄 평가 기법 개발

신용철,이태화,김상우,이현우,최경숙,김종건,이기하,Shin, Yongchul,Lee, Taehwa,Kim, Sangwoo,Lee, Hyun-Woo,Choi, Kyung-Sook,Kim, Jonggun,Lee, Giha 한국농공학회 2017 한국농공학회논문집 Vol.59 No.1

In this study, we evaluated daily root zone soil moisture dynamics and agricultural drought using a near-surface soil moisture data assimilation scheme with Soil Moisture Active & Passive (SMAP, $3km{\times}3km$) soil moisture footprints under different hydro-climate conditions. Satellite-based LANDSAT and MODIS image footprints were converted to spatially-distributed soil moisture estimates based on the regression model, and the converted soil moisture distributions were used for assessing uncertainties and applicability of SMAP data at fields. In order to overcome drawbacks of the discontinuity of SMAP data at the spatio-temporal scales, the data assimilation was applied to SMAP for estimating daily soil moisture dynamics at the spatial domain. Then, daily soil moisture values were used to estimate weekly agricultural drought based on the Soil Moisture Deficit Index (SMDI). The Yongdam-dam and Soyan river-dam watersheds were selected for validating our proposed approach. As a results, the MODIS/SMAP soil moisture values were relatively overestimated compared to those of the TDR-based measurements and LANDSAT data. When we applied the data assimilation scheme to SMAP, uncertainties were highly reduced compared to the TDR measurements. The estimated daily root zone soil moisture dynamics and agricultural drought from SMAP showed the variability at the sptio-temporal scales indicating that soil moisture values are influenced by not only the precipitation, but also the land surface characteristics. These findings can be useful for establishing efficient water management plans in hydrology and agricultural drought.

華嚴寺 四獅子石塔의 造營과 象徵

申龍徹(Shin Yongchul) 한국미술사학회 2006 美術史學硏究 Vol.- No.250·251

기본적으로 절의 이름이 왜 그렇게 부르게 되었는지를 아는 것은 그 절을 이해하는 가장 쉬운 지름길이 된다. 華嚴寺라는 이름에서 알 수 있듯이 화엄사는 『화엄경』에서 말한 장대한 부처님 세계를 표현한 것에서 유래한 것이다. 그런데 이 같은 화엄의 시작은 다름 아닌 사사자석탑의 존재에서 시작되고 있다. 『華嚴經』은 싯다르타 태자가 깨달음(成道)을 얻은 후의 설법한 내용이다. 깨달음을 얻는 순간 태자는 비로자나불이 된다. 그런데 그의 깨달음을 듣기 원하는 대중에게 아무런 설법도 하지 않았다. 그것은 진리는 말로 설명할 수 없는 것이고 오직 三味의 경지 속에서만 얻을 수 있기 때문이다. 결국 삼매 속에서 無言으로 깨달음을 스스로 깨우친 普賢菩薩이 비로자나를 대신하여 -郞-切 - 切卽 -라는 緣起思想을 설법하는 것이 화엄의 내용이다. 여기서 삼매는 “바르게 마음을 집중하는 것”(正定)으로 설법하기 전에 선정에 드는 상태를 말한다. 그런데 『화엄경』, 「입법계품」에서 부처의 경지는 獅子頻迅三昧를 통해서만 얻을 수 있다. 사자빈신삼매는 범어로 싱하 위즈름 브히타-히타(simha-vijrmbhitahita-sam?dhi)의 譯이다. 여기서 simha는 사자, vijrmbhitahita는 ‘입을 크게 열어 위엄을 나타냈다’를 의미하며 sam?dhi는 三昧를 뜻한다. 즉 사자의 용맹함을 삼매에 드는 모습에 비유한 것이다. 삼매 속에서만 부처님의 세계를 볼 수 있는 것은 깨달음이라는 것은 언어와 형상으로 설명할 수 있는 것이 아니라 자기 자신의 끊임없는 수행과 실천 속에서 얻어지기 때문이다. 「입법계품」에서의 사자는 부처님이 상주하는 장소(獅子座)를 의미함과 동시에 선정(삼매)에 드는 기운 자체를 사자의 용맹함에 비유한 것이다. 탑 몸돌을 받치는 기단 모서리에 4마리의 사자를 배치함으로 탑신은 사자빈신삼매에 든 부처님의 몸체가 된다. 또 그 몸체에서 진리의 설법이 나옴으로 그 자체가 불법(법신)이 되는 것이다. 즉 화엄사사사자석탑에서 장대한 『화엄경』이 비로소 시작되고 있는 것이다. 화엄사 사사자석탑은 『화엄경』, 「입법계품」에서 말하는 화엄세계를 형상화하고 있다. 「입법계품」은 선재동자라는 구도자를 통하여 어떻게 깨달음의 서원을 세우고 어떻게 실천하며 어떻게 깨달음에 이르는지를 보여준다. 특히 선재동자가 53善知識을 만나 각종 법문을 듣고 마지막에 깨달음의 세계에 들어간다는 내용은 이해하기 어려운 화엄의 세계를 널리 알리는 계기가 되었다. 화엄사 사사자석탑 탑 내의 승려는 善財童子가 찾았던 53명의 선지식의 하나이고 공양상은 법을 구하는 선재동자가 된다. 다시 말하면 「입법계품」에서의 주인공들을 형상화함으로써 내 자신이 믿음과 실천, 수행을 통하여 깨달음을 이룰 수 있다는 것을 구체화하고 있는 것이다. 사사자석탑의 도해는 이 석탑이 위치한 공간에서 극대화된다. 사사지석탑은 법당이 없는 별도의 공간을 가지면서 화엄사의 모든 가람이 내려다보이는 높은 곳에 있다. 「입법계품」에서는 부처가 사자빈신삼매 속에서 인간세계에 대광명의 빛을 비춘다. 이는 모든 인간세계를 깨달음의 세계, 즉 蓮華藏世界로 만들기 위함이다. 그러므로 탑은 화엄사 전체를 내려다볼 수 있는 공간에 위치한다. 탑의 가장 높은 곳에 있는 寶珠는 이같이 인간세계에 빛을 비추는 광명을 상징한다. 이때 화엄사는 모든 불보살, 오백성문, 신도 등과 헤아릴 수 없는 부처님의 계시는 「입법계품」의 주 무대인 制多林이 된다. 인간 싯다르타 태자가 정각을 얻는 순간 그의 깨달음은 멸하지도 않고 형체도 없으나 모든 대중들이 함께 이루어야 하는 본질적인 개념인 비로자나가 된다. 비로자나는 태양처럼 어디나 두루 비추는 광명의 상정이기 때문에 빛은 화엄세계의 시작이며 동시에 완성이다. 광명을 발하여 모든 대중들에게 부처님의 세계를 보여주고 그것에 들어가게 하기 위한 것은 대승불교의 궁극적 목표이기도 하다. 이 같은 방편으로 부처님은 사자빈신삼매를 내세웠다. 사자빈신삼매 속에서 발하는 광명은 法身 그 자체이고 또 대화엄의 세계이기 하기 때문이다. 그러므로 우리가 화엄사를 찾는 순간 우리는 이미 부처님의 깨달음 속에 이미 존재하는 것이다. Understanding the meaning of the name of a temple represents the simplest way to understand the temple itself. As we can imagine from its name, Hwaeomsa Temple (華嚴寺) has its origin in the Avatamsaka Sutra (華嚴經), which is considered to be one of the most influential texts in Korean Buddhism in terms of depicting the magnificent world of Buddha. However, the start of this particular Hwaeom has its origin in the structure known as the Sasaja samcheung seoktap (Three-storied stone stupa supported by four stone lions). The Hwaeomgyeong (Huayan jing, Avatamsaka Sutra) is a Buddhist script which contains the teachings of Prince Siddhartha after he reached the state of enlightenment. Upon reaching enlightenment, Prince Siddhartha became the Vairocana Buddha. However, Buddha did not give any sermons on how he had reached enlightenment to the masses that yearned to uncover his secret. Rather, he preached that truth could not be explained by words alone and that enlightenment could only be obtained by achieving the perfect state of spiritual concentration (sammae, samadbi). As a result, rather than the Vairocana Buddha, it was the Samantabhadra, who had obtained enlightenment through the sammae, who gave the sermon on the yeongi sasang (緣起思想, Pratitya-samutpada, the principle of dependent arising), or the universal oneness of all things. Sammae refers to the state of spiritual concentration. According to the Gandavyvha section of the Hwaeomgyeong, an enlightened state can only be obtained through sajabinsin sammae (獅子頻迅三昧). Sajabinsin sammae is the Korean rendering of the Sanskrit phrase simha-vijrmbhitahita-sam?dhi. Here, si?ha means a lion, vij?mbhitahita is the expression of dignity achieved by opening ones mouth, and samadhi means sammae. As such, the intrepidity of a lion is compared to reaching the state of sammae. One can only see the world of Buddha when in a state of sammae as enlightenment cannot be explained only with words and forms. Enlightenment can thus only be obtained through continuous self-training and meditation. In the Gandavyvha (入法界品), a lion refers to the place where Buddha resides and the energy used to enter the sammae state is compared to the intrepidity of a lion. By arranging the four lions on the edges of the foundation which supports the body of the stupa the body of the stupa thus becomes the body of a Buddha who has entered the state of sajabinsin sammae. As the sermon of the truth emanates from the body of Buddha, the stupa therefore becomes the teachings of Buddha. In other words, the sublime Hwaeomgyeong (Avatamsaka Sutra) has its origin in this stone stupa supported by four lions. The Sasaja samcbeung seoktap found at Hwaeomsa Temple brings to life the Hwaeom world described in the Gandavyvha of the Hwaeomgyeong. The Gandavyvha uses the tale of a seeker after truth named Seonjae dongja (Sudhana, 善財童子) to show how the vow of enlightenment is formed, how this vow is actually established, and how the enlightened state is reached. Especially, the portion of the text which depicts how Seonjae dongja met 53 Kalyamitra to listen to the principles of Buddhism and eventually entered the enlightened world provides an opportunity to expand the knowledge of the Hwaeom world which was difficult to understand. Based on this understanding of the Hwaeom world, the monk situated in the stone stupa can be regarded as one of the 53 Kalyamitra whom Seonjae dongja sought out. The figure kneeling in the stone lantern can thus be regarded as the Seonjae dongja. In other words, this stupa embodies the main characteristics of the Gandavyvha, namely that enlightenment can be achieved through one's beliefs, meditation, and self-training. The symbolism of the stone stupa can be regarded as reaching its zenith with the space where the stupa is located. This stupa, which is not surrounded by any Buddhist hall, is located on the top of a mound from which Hwaeomsa Temple can be viewed in its entirety. In til

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.

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.

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.

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.

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.

『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

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.-

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.