한반도 지역의 위성기반 CHIRPS 강수량의 정확도 평가

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),문영식 ( Young-sik Mun ),김태곤 ( Taegon Kim ),홍은미 ( Eun-mi Hong ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

지상관측 데이터는 복잡한 지형, 골짜기가 밀집된 지역에서 데이터 품질이 좋지 않기 때문에, 고해상도 위성 모니터링 정보가 축적됨에 따라 강우 시 관측 알고리즘에 대한 의존성이 크고 위성의 적외선 관측과 강수량 간의 간접적 관계로 인해 강수량을 과소평가하는 경향이 있지만 위성영상을 활용한 강수량 자료를 활용하는 연구가 진행되고 있다. CHIRPS (Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Stations) 데이터는 1999년부터 미국국제개발처 (U.S. Agency for International Development, USAID), 미국항공우주국 (National Aeronautics and Space Administration, NASA), 미국해양대기청 (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)의 지원으로 1981년부터 현재까지 전지구적 (50°S-50°N, 180°E-180°W), 0.05°의 해상도를 가진 시계열 그리드형식의 강수량 데이터를 개발하였다. 우리나라의 경우 상대적으로 조밀한 지상관측망이 구축되어 있어 공간적으로 상세한 강수량 정보를 생산할 수 있는 여건을 갖추고 있지만, 북한 지역의 경우 산악지역이 많아 지형적 요소에 크게 영향을 받는 기상, 수문, 통계자료에 관한 자료의 접근 및 품질의 제한성으로 인해 미계측 지역에 대한 강수량의 추정에 한계가 있다. 본 연구에서는 CHG (Climate Hazards Group)에서 제공하고 있는 인공위성을 이용한 광역적 강수량 추정 자료인 CHIRPS와 남한 및 북한의 지상관측 강수량 자료와의 비교를 통해 위성으로부터 유도된 격자 강수량자료의 정확도 및 지역적인 강수추정의 불확실성을 평가하고, 수자원 및 재해 분야 이용 가능성을 검토하고자 한다.

토양유효수분 기반 밭작물 가뭄 취약성 평가

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),황선아 ( Seon-ah Hwang ),한경화 ( Kyung-hwa Han ),장용선 ( Yong-seon Zhang ),홍석영 ( Suk-young Hong ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

농업가뭄에 대한 지역별 취약성 평가는 통합방재계획에 기본적으로 수행되는 과정으로서 지역별 취약성의 차이와 크기를 비교하고 적절한 대책의 수립과 우선순위 설정의 기준이 된다. 밭작물에 대한 가뭄 취약성에 대한 개념 및 기준이 명확하게 정립되지 않았으며, 밭작물 가뭄 취약성 평가 기준도 규정되어 있지 않다. 본 연구에서는 밭작물 가뭄 취약성을 밭작물 물요구량에 따른 지역별 용수공급능력 부족으로 정의하였다. 밭작물 물요구량은 실측자료인 토양수분 데이터를 활용하여 산정한 토양유효수분율 데이터와 스마트팜맵 기반 밭작물 재배면적 데이터를 합성하여 산정한 필요수량으로 나타내었으며, 수리시설물인 공공관정 데이터를 활용하여 용수공급능력으로 나타내었다. 물요구량인 필요수량과 공공관정 데이터를 시군구 단위로 세분화하여 우리나라 지역별 밭작물 취약성을 분석을 실시하였다. 밭작물 가뭄 취약성 평가 기법을 통하여 시군구 단위 지역별 밭작물 가뭄 취약성을 나타냄으로써, 각 지역별로 밭작물 가뭄 취약성 데이터를 제공하고 지역별 가뭄대책 대응과 수립 시 지침이 되는 데이터를 제공 할 수 있을 것으로 기대된다.

전지구 격자형 CHIRPS 위성 강우자료의 한반도 적용성 분석

전민기 ( Jeon Min-gi ),남원호 ( Nam Won-ho ),문영식 ( Mun Young-sik ),김한중 ( Kim Han-joong ) 한국농공학회 2020 한국농공학회논문집 Vol.62 No.2

A high quality, long-term, high-resolution precipitation dataset is an essential in climate analyses and global water cycles. Rainfall data from station observations are inadequate over many parts of the world, especially North Korea, due to non-existent observation networks, or limited reporting of gauge observations. As a result, satellite-based rainfall estimates have been used as an alternative as a supplement to station observations. The Climate Hazards Group Infrared Precipitation (CHIRP) and CHIRP combined with station observations (CHIRPS) are recently produced satellite-based rainfall products with relatively high spatial and temporal resolutions and global coverage. CHIRPS is a global precipitation product and is made available at daily to seasonal time scales with a spatial resolution of 0.05° and a 1981 to near real-time period of record. In this study, we analyze the applicability of CHIRPS data on the Korean Peninsula by supplementing the lack of precipitation data of North Korea. We compared the daily precipitation estimates from CHIRPS with 81 rain gauges across Korea using several statistical metrics in the long-term period of 1981-2017. To summarize the results, the CHIRPS product for the Korean Peninsula was shown an acceptable performance when it is used for hydrological applications based on monthly rainfall amounts. Overall, this study concludes that CHIRPS can be a valuable complement to gauge precipitation data for estimating precipitation and climate, hydrological application, for example, drought monitoring in this region.

GRACE 위성영상 기반 토양수분자료를 활용한 밭가뭄 분석

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),옥정훈 ( Jung-heun Ok ),황선아 ( Seon-ah Hwang ),허승오 ( Seung-oh Hur ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

최근 전 세계적으로 지구온난화에 따른 기후변화로 인해 기상재해의 피해가 증가하고 있으며, 특히 우리나라의 경우 최근 10년간 매년 국소적으로 가뭄이 발생하였으며 가뭄의 발생 빈도와 피해가 증대되고 있다. 농업수리시설물에서 관개용수를 공급받는 논과 비교하여 밭작물의 경우 관정을 통해 용수를 공급받고 있으나 밭 관개전의 비율이 18.5%에 그쳐 가뭄에 더욱 취약하다. 자연 강우를 통해 필요한 용수량을 공급받는 천수답이 대부분이고 관개시설이 부족하기 때문에 강우로 인한 밭작물의 수분 공급에는 한계가 있으며, 충족되지 못한 수분 부족량은 관개를 통해 공급하여야 한다. 이 경우 공급해야 하는 양은 작물의 증발산량 뿐만이 아니라 토양내 수분의 이동을 고려하여 산정해야 한다. 토양수분을 소비함으로써 생육하는 밭작물은 작물의 생육 시기와 기후, 농업 환경에 민감하며, 토양수분 부족 및 가뭄에 직접적인 영향을 받는다. 가뭄이 지속되면 토양수분 결핍이 발생하고 식생 수분 스트레스가 증가하여 밭작물 생산성에 영향을 미칠 수 있기때문에, 토양수분은 작물 생산 및 농업적 가뭄 평가의 지표가 될 수 있다. 본 연구에서는 미항공우주국(The National Aeronautics and Space Administration, NASA)와 독일 항공우주연구소 DLR에서 2002년 발사한 저궤도 중력측정 위성인 GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)의 토양수분자료를 활용하여 우리나라 밭가뭄 분석을 수행하고자 한다.

스마트팜 맵 및 토양수분모형을 활용한 밭작물 관개용수량 산정

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),홍은미 ( Eun-mi Hong ),황선아 ( Seon-ah Hwang ),한경화 ( Kyung-hwa Han ),장용선 ( Yong-seon Zhang ),홍석영 ( Suk-young Hong ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

밭작물 생육에 필요한 수분은 강우나 관개에 의하여 공급되며, 자연의 강우만으로는 밭작물에 필요한 소비수량을 충족시킬수 없는 양을 관개한다. 현재, 밭작물 소비수량은 Braney-Criddle 식을 활용하여 잠재증발산량만으로 산정하고 있으나, 밭작물의 소비수량은 증발산 외에 침투, 모관상승 등 토양내에서 수분이동에 의하여 이루어지고 있다. 따라서, 밭작물 소비수량 및 관개용수량은 증발산량 뿐만이 아니라 토양수분을 고려한 방법에 의하여 소비수량을 산정해야한다. 밭작물의 용수 공급은 농업용 저수지가 아닌 양수장, 취입보 및 관정 등을 통해 수행되고 있으며, 작물의 다양성, 지역적 소규모 분산 등으로 인하여 대규모 용수 개발에 어려움이 있다. 따라서, 밭작물의 경우 토양의 유효토층에서 소비된 수분의 감소량을 보충하는 관개량을 산정하고 이를 예측하여 밭용수 활용 계획을 수립해야 한다. 최근 농경지의 지속적인 감소와 토지이용변화에 따라 농경지 토양특성별 면적 산출이 어려움이 발생하였으나, 농림축산식품부의 스마트팜 맵 개발로 농경지 면적산출이 가능하다. 본 연구에서는 농촌진흥청 농업기상정보서비스에서 제공하는 토양수분관측망자료 및 스마트팜 (Smartfarm) 맵, 토양수분모형을 이용하여 밭작물과 토양의 물리적 특성에 기반한 관개용수량을 산정 및 변동특성을 분석하였다. 본 연구결과는 농업가뭄에 대응하기 위한 농업용수의 효율적인 이용에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

밭가뭄에 따른 지하수위 및 토양수분 변동성 분석

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),홍은미 ( Eun-mi Hong ),옥정훈 ( Jung-heun Ok ),황선아 ( Seon-ah Hwang ),허승오 ( Seung-oh Hur ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

국내 논 재배의 경우 저수지, 양수장 등 농업수리시설물에서 농업용수를 공급받고 있으나, 밭의 경우 농업수리시설물 등에서 용수를 공급받는 관개전은 전국 밭 면적의 18.5% 수준으로 가뭄 대비 및 대응 능력이 부족한 실정이다. 농업수리시설물에서 용수공급을 받지 않는 대부분의 밭작물은 자연강우에 대부분의 용수공급을 의존하고 있으며, 이로 인해 장기간 가뭄 발생 시 극심한 피해가 발생한다. 따라서 가뭄 발생 주기가 짧아짐에 따라 미래 가뭄 발생에 대한 선제적인 밭가뭄 위험지역 예측이 필요하다. 현재 기상청, 농업가뭄관리시스템, 국가가뭄정보포털 등 다양한 기관에서 가뭄정보를 제공하고 있으나, 작물의 특성과 실제 재배기간을 고려한 가뭄 분석은 이루어지지 않아 밭가뭄 대응에 어려움이 있다. 미국지질조사국(United States Geological Survey, USGS)에서는 월 단위 지하수위 데이터를 보통 이하(Below-normal), 보통(Normal), 보통 이상(Above-normal) 3단계로 구분하고 있으며, 지하수위 데이터가 전체 기간중 하위 25%의 보통 이하 단계를 가뭄으로 판단하고 있다. 토양수분의 경우 밭작물 생육에 영향을 미치는 주요한 인자 중 하나로 평가되고 있으며, 농촌진흥청의 토양수분관측망 실측 자료 및 토양 특성과 포장용수량 및 위조점을 활용한 토양유효수분율을 밭가뭄 모니터링으로 활용하고 있다. 본 연구에서는 최근 발생했던 밭가뭄 사상을 바탕으로 지하수위 및 토양수분의 변동성을 분석하고자 한다. 토양수분의 경우 농촌진흥청 토양수분관측망에서 전국 농업기상대와 연계하여 표토 10cm 지점에 토양수분센서를 설치하여 토양수분 데이터를 수집하고 있으며, 전국 168개 지점에 설치 및 운영되고 있다. 기상관측망의 경우 기상청에서 종관기상관측소(Automated Synoptic Observing System, ASOS) 102개 지점, 방재기상관측소(Automatic Weather System, AWS) 510개 지점에서 기상 데이터를 수집하였고, 지하수위는 농림축산식품부와 환경부 자료를 활용하였다.

GRACE 위성 중력자료를 활용한 토양수분 및 지하수위 변화 분석

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),홍은미 ( Eun-mi Hong ),옥정훈 ( Jung-heun Ok ),황선아 ( Seon-ah Hwang ),허승오 ( Seung-oh Hur ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

최근 100년간 기온 변화가 기준증발산량에 미치는 영향

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),홍은미 ( Eun-mi Hong ),최우석 ( Woosuk Choi ),허창회 ( Chang-hoi H ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

전지구적으로 지난 100년 (1906∼2005년) 동안 연 평균 기온의 변화는 약 0.74℃의 상승경향을 나타나지만, 지역적으로 일률적인 시계열 변화는 나타나지 않는다. 우리나라의 경우 1904년 이후 2000년까지 최근 100년간 관측된 기온자료를 분석해보면 평균기온은 약 1.0℃, 서울은 1.5℃ 상승하여 우리나라에서 나타나는 온난화 추세는 전지구적인 온난화 추세를 상회하고 있다. 특히 우리나라는 좁은 국토 면적임에도 불구하고 해발고도와 같은 지형적 특성과 지리적 위치, 위도 등으로 인해 지역별로 다양한 기온 특성이 나타나기 때문에 지역별 기온 변화 분석이 요구된다. 기후요소 변화, 특히 기온의 상승은 농업부분에서 작물재배기간의 지역별 차이 및 생산성 변화를 야기할 수 있으며, 기온의 상승은 증발산량을 증가시키고 토양수분함량을 감소시켜 농업수자원에 미치는 영향이 클 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 과거 최대 100년 기간의 기상데이터가 있는 12개 지역 (강릉, 서울, 인천, 추풍령, 포항, 대구, 전주, 울산, 광주, 부산, 목포, 여수)을 대상으로 기상인자의 변화를 분석하고, 우리나라의 지역별 기준증발산량 변동 양상을 예측하기 위하여 Penman-Monteith, Hargreaves 방법을 사용하여 기준증발산량 변화를 분석하였다.

물수지 기반 지역별 토양수분을 활용한 밭가뭄 평가

전민기 ( Jeon¸ Min-gi ),남원호 ( Nam¸ Won-ho ),양미혜 ( Yang¸ Mi-hye ),문영식 ( Mun¸ Young-sik ),홍은미 ( Hong¸ Eun-mi ),옥정훈 ( Ok¸ Jung-hun ),황선아 ( Hwang¸ Seonah ),허승오 ( Hur¸ Seung-oh ) 한국농공학회 2021 한국농공학회논문집 Vol.63 No.5

Soil moisture plays a critical role in hydrological processes, land-atmosphere interactions and climate variability. It can limit vegetation growth as well as infiltration of rainfall and therefore very important for agriculture sector and food protection. Recently, due to the increased damage from drought caused by climate change, there is a frequent occurrence of shortage of agricultural water, making it difficult to supply and manage stable agricultural water. Efficient water management is necessary to reduce drought damage, and soil moisture management is important in case of upland crops. In this study, soil moisture was calculated based on the water balance model, and the suitability of soil moisture data was verified through the application. The regional soil moisture was calculated based on the meteorological data collected by the meteorological station, and applied the Runs theory. We analyzed the spatiotemporal variability of soil moisture and drought impacts, and analyzed the correlation between actual drought impacts and drought damage through correlation analysis of Standardized Precipitation Index (SPI). The soil moisture steadily decreased and increased until the rainy season, while the drought size steadily increased and decreased until the rainy season. The regional magnitude of the drought was large in Gyeonggi-do and Gyeongsang-do, and in winter, severe drought occurred in areas of Gangwon-do. As a result of comparative analysis with actual drought events, it was confirmed that there is a high correlation with SPI by each time scale drought events with a correlation coefficient.

위성영상 기반 밭 가뭄 평가 기법 및 지표 개발

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),이희진 ( Hee-jin Lee ),서찬양 ( Chanyang Sur ),최민하 ( Minha Choi ),김성준 ( Seong-joon Kim ),하태현 ( Tae-hyun Ha ),조영준 ( Young-jun Jo ) 한국농공학회 2023 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2023 No.0

국내 논 가뭄대응능력의 경우 저수지 약 17,000개소 양수장 7,620개소 등 농업수리시설물에서 농업용수를 공급받고 있으나, 밭 가뭄대응능력의 경우 농업수리시설물 등에서 용수를 공급받는 관개전은 132,000 ha로 전국 밭 면적의 17.6% 수준에 그쳐 가뭄 대비 및 대응 능력이 부족한 실정이다. 농업수리시설물에서 용수공급을 받지 못하는 비 관개전의 경우 자연강우에 대부분의 용수공급을 의존하고 있으며, 이로 인해 장기간 가뭄 발생 시 극심한 피해가 발생한다. 또한, 국내 논·밭 면적대비 밭작물 면적 비율은 2009년 38.9%에서 2022년 49.3%로 증가하는 추세로 밭 가뭄에 대한 중요성이 증대되고 있다. 현재 농림축산식품부, 환경부, 기상청 등 다양한 기관에서 가뭄정보를 제공하고 있으나, 제공되는 정보가 저수지에 한정되거나 작물의 특성과 실제 재배기간을 고려한 가뭄 분석은 이루어지지 않아 밭 가뭄 대응에 한계가 발생한다. 농촌진흥청에서 운영하는 토양수분관측망의 경우 농업기상대, 지역별 시군센터, 시험포장 설치 및 복토한 교란 토양으로 실제 현장과 불일치가 다수 나타나 현장과의 괴리감이 나타나는 문제점이 있다. 미국가뭄모니터 (United States Drought Monitor, USDM)에서는 식생지수, 토양수분, 증발산량, 돌발가뭄 등 다양한 위성영상 기반의 가뭄 지수 및 모니터링 시스템이 존재하지만, 국내의 경우 위성기반 가뭄 모니터링 시스템이 전무한 실정이다. 증발산량을 활용한 위성영상 기반 가뭄지수인 증발스트레스지수 (Evaporative Stress Index, ESI)는 기존에 활용되고 있는 가뭄지수들과 비교하여 식생의 가뭄모니터링에 활용되고 있으며, 원격으로 감지된 열적외선 영상 및 지표면 온도 기반 초기 가뭄 스트레스를 전달할 수 있기 때문에 일반적인 기상학적 가뭄지수보다 가뭄 조기경보에 대한 활용성이 높은 장점이 있다. 본 연구에서는 위성영상 기반의 증발산량, 식생지수, 토양수분, 지표면온도 등 밭 가뭄 평가 인자를 선정하고 밭 가뭄 모니터링을 위한 평가 기법 및 지표를 개발하고자 한다.