한국형 코즈믹 레이 토양수분 관측 시스템을 위한 국내 적용성 연구

정재환; 조성근; 이슬찬; 김기영; 이용준; 이충대; 이신재; 최민하

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자료유형: 학술저널

저자정보: 정재환 (성균관대학교(자연과학캠퍼스)) 조성근 (성균관대학교) 이슬찬 (성균관대학교(자연과학캠퍼스)) 김기영 (한국수자원조사기술원) 이용준 (한국수자원조사기술원) 이충대 (한국수자원조사기술원) 이신재 (한국수자원조사기술원) 최민하 (성균관대학교)

저널정보: 대한원격탐사학회 대한원격탐사학회지 대한원격탐사학회지 제39권 제2호

발행연도: 2023.4

수록면: 233 - 246 (14page)

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수문순환의 이해와 효율적 수자원 관리의 측면에서 토양수분의 중요성이 조명되고 있으나, 국내에는양질의 지점 토양수분 자료의 부재로 그 활용도가 매우 낮은 실정이다. 때문에 인공위성 기반의 토양수분을 적용할 때에도, 기준자료가 되는 지상 관측자료가 없어 객관적인 평가 및 교정이 어려운 실정이다. 코즈믹 레이중성자 탐지센서(cosmic-ray neutron probe, CRNP)를 활용한 토양수분 관측소는 위성 자료의 검보정을 위한 기준 자료 생산에서 핵심적인 역할을 수행할 수 있다. CRNP는 비침습식으로 설치가 가능하여 토양층 교란과 식생 환경의 피해를 최소화할 수 있고, 공간 대표성을 가진 중간 규모의 관측 범위를 가지고 있다는 장점이 있다.이러한 특징은 지형이 복잡하고 식생이 우거진 지형이 많은 우리나라에서의 활용이 용이하다는 장점으로 이어진다. 따라서 본 연구는 한국형 코즈믹 레이 토양수분 관측 시스템(Korean cOsmic-ray Soil Moisture ObservingSystem, KOSMOS) 구축의 일환으로, CRNP를 활용한 토양수분 관측소의 국내 적용성을 평가하고자 수행되었다. CRNP 관측소는 전력 및 설치 부지 확보의 용이성과 추후 타 수문기상 인자와의 효율적 활용을 고려하여,한강홍수통제소의 홍천군 군업리 관측소에 병행 설치되었다. CRNP 토양수분 자료의 평가를 위해 12개소의지점 토양수분 센서를 추가로 설치하였으며, 시간 안정성 분석을 통해 공간적 대표성을 평가하였다. CRNP에서 생성되는 중성자는 평균 1,087 counts per hour 정도로 설마천 관측소에 비해 낮게 나타나 홍천 관측소의 환경이 더 습윤한 환경임을 알 수 있었다. 관측된 중성자 자료의 중성자 보정과 초기교정을 통해 토양수분을 산정하였으며, 산정된 토양수분 자료는 짧은 교정 기간에도 지점 자료와의 검증에서 r=0.82로 높은 상관성을 보여주었고, root mean square error=0.02 m3/m3의 높은 정확도를 보여주었다. 추후 계절성을 반영할 수 있도록 연간 자료가 축적된 후 재교정을 수행하면 보다 높은 정확도를 보여줄 것으로 판단된다. 이러한 결과는 CRNP 토양수분 자료의 우수성을 검증한 선행연구들과 더불어, KOSMOS 구축 시 양질의 토양수분 자료를 생산할 수있음을 시사한다.

In terms of understanding the water cycle and efficient water resource management, theimportance of soil moisture has been highlighted. However, in Korea, the lack of qualified in-situ soilmoisture data results in very limited utility. Even if satellite-based data are applied, the absence of groundreference data makes objective evaluation and correction difficult. The cosmic-ray neutron probe(CRNP) can play a key role in producing data for satellite data calibration. The installation of CRNP isnon-invasive, minimizing damage to the soil and vegetation environment, and has the advantage ofhaving a spatial representative for the intermediate scale. These characteristics are advantageous toestablish an observation network in Korea which has lots of mountainous areas with dense vegetation.Therefore, this study was conducted to evaluate the applicability of the CRNP soil moisture observatoryin Korea as part of the establishment of a Korean cOsmic-ray Soil Moisture Observing System(KOSMOS). The CRNP observation station was installed with the Gunup-ri observation station, considering the ease of securing power and installation sites and the efficient use of other hydro-meteorological factors. In order to evaluate the CRNP soil moisture data, 12 additional in-situ soilmoisture sensors were installed, and spatial representativeness was evaluated through a temporal stabilityanalysis. The neutrons generated by CRNP were found to be about 1,087 counts per hour on average,which was lower than that of the Solmacheon observation station, indicating that the Hongcheonobservation station has a more humid environment. Soil moisture was estimated through neutroncorrection and early-stage calibration of the observed neutron data. The CRNP soil moisture datashowed a high correlation with r=0.82 and high accuracy with root mean square error=0.02 m3/m3 invalidation with in-situ data, even in a short calibration period. It is expected that higher quality soilmoisture data production with greater accuracy will be possible after recalibration with the accumulationof annual data reflecting seasonal patterns. These results, together with previous studies that verifiedthe excellence of CRNP soil moisture data, suggest that high-quality soil moisture data can be producedwhen constructing KOSMOS.

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