[국내논문]위성 토양수분 데이터 및 COSMIC-ray 데이터 보정/검증을 위한 성균관대학교 내 FDR 센서 토양수분 측정 연구(SM-FC) 및 데이터 분석 Construction and estimation of soil moisture site with FDR and COSMIC-ray (SM-FC) sensors for calibration/validation of satellite-based and COSMIC-ray soil moisture products in Sungkyunkwan university, South Korea원문보기
본 연구에서는 수원 성균관대학교 내 Frequency Domain Reflectometry (FDR) 토양수분측정 장비 및 COSMIC-ray 중성자 측정 장비를 통한 토양수분 지점 관측 사이트를 확립하였다. 또한 양질의 토양수분 데이터 확보를 위해 연구지역 내 토질실험, 토질별 FDR 토양수분 데이터 및 COSMIC-ray 중성자 개수의 시계열 분석, 관측한 토양수분 데이터와 위성 기반 토양수분 데이터와의 비교분석을 실시하였다. 2014년도부터 6개 지점에서 표층으로부터 5 cm에서 40 cm까지 총 24개의 FDR 센서를 5~10 cm 깊이별로 설치하여 토양수분 데이터를 측정하였다. 해당 지점들의 토질 분석결과, Sand에서 Loamy Sand까지의 다양한 토질이 불균질한 층을 이루어 분포되어 있는 것으로 판단되었다. 측정된 토양수분 데이터는 강우 데이터와 높은 상관성을 보이며, 위성 산출 토양수분 데이터와의 비교에서도 상대적으로 높은 상관관계와 낮은 평균제곱근편차(Root mean square deviation, RMSD)값을 보여주었다. 2014년도 설치 지역 토양수분 데이터의 신뢰도가 확보됨에 따라 2015년도에는 10개의 FDR 토양수분 측정 장비 및 COSMIC-ray 중성자 측정 장비가 추가로 설치되어 성균관대학교의 Soil Moisture site with FDR and COSMIC-ray(SM-FC) 연구지역이 구축되었다. SM-FC에 설치된 COSMIC-ray 중성자 측정 장비의 최초 검증을 위해 2015년 8~11월의 COSMIC-ray 중성자 데이터 및 FDR 토양수분 데이터가 활용되었다. 중성자기반 토양수분 값과 전체 지점 FDR 토양수분 평균값을 비교한 결과 매우 높은 상관관계를 볼 수 있었다 (상관계수 0.95). 이러한 연구를 통해 성균관대학교 SM-FC는 향후 한반도 지역 위성 및 모델 토양수분 데이터를 검증하는 대표 연구지역이 될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 수원 성균관대학교 내 Frequency Domain Reflectometry (FDR) 토양수분 측정 장비 및 COSMIC-ray 중성자 측정 장비를 통한 토양수분 지점 관측 사이트를 확립하였다. 또한 양질의 토양수분 데이터 확보를 위해 연구지역 내 토질실험, 토질별 FDR 토양수분 데이터 및 COSMIC-ray 중성자 개수의 시계열 분석, 관측한 토양수분 데이터와 위성 기반 토양수분 데이터와의 비교분석을 실시하였다. 2014년도부터 6개 지점에서 표층으로부터 5 cm에서 40 cm까지 총 24개의 FDR 센서를 5~10 cm 깊이별로 설치하여 토양수분 데이터를 측정하였다. 해당 지점들의 토질 분석결과, Sand에서 Loamy Sand까지의 다양한 토질이 불균질한 층을 이루어 분포되어 있는 것으로 판단되었다. 측정된 토양수분 데이터는 강우 데이터와 높은 상관성을 보이며, 위성 산출 토양수분 데이터와의 비교에서도 상대적으로 높은 상관관계와 낮은 평균제곱근편차(Root mean square deviation, RMSD)값을 보여주었다. 2014년도 설치 지역 토양수분 데이터의 신뢰도가 확보됨에 따라 2015년도에는 10개의 FDR 토양수분 측정 장비 및 COSMIC-ray 중성자 측정 장비가 추가로 설치되어 성균관대학교의 Soil Moisture site with FDR and COSMIC-ray(SM-FC) 연구지역이 구축되었다. SM-FC에 설치된 COSMIC-ray 중성자 측정 장비의 최초 검증을 위해 2015년 8~11월의 COSMIC-ray 중성자 데이터 및 FDR 토양수분 데이터가 활용되었다. 중성자기반 토양수분 값과 전체 지점 FDR 토양수분 평균값을 비교한 결과 매우 높은 상관관계를 볼 수 있었다 (상관계수 0.95). 이러한 연구를 통해 성균관대학교 SM-FC는 향후 한반도 지역 위성 및 모델 토양수분 데이터를 검증하는 대표 연구지역이 될 것으로 기대된다.
In this study, Frequency Domain Reflectometry (FDR) and COSMIC-ray soil moisture (SM) stations were installed at Sungkyunkwan University in Suwon, South Korea. To provide reliable information about SM, soil property test, time series analysis of measured soil moisture, and comparison of measured SM ...
In this study, Frequency Domain Reflectometry (FDR) and COSMIC-ray soil moisture (SM) stations were installed at Sungkyunkwan University in Suwon, South Korea. To provide reliable information about SM, soil property test, time series analysis of measured soil moisture, and comparison of measured SM with satellite-based SM product are conducted. In 2014, six FDR stations were set up for obtaining SM. Each of the stations had four FDR sensors with soil depth from 5 cm to 40 cm at 5~10 cm different intervals. The result showed that study region had heterogeneous soil layer properties such as sand and loamy sand. The measured SM data showed strong coupling with precipitation. Furthermore, they had a high correlation coefficient and a low root mean square deviation (RMSD) as compared to the satellite-based SM products. After verifying the accuracy of the data in 2014, four FDR stations and one COSMIC-ray station were additionally installed to establish the Soil Moisture site with FDR and COSMIC-ray, called SM-FC. COSMIC-ray-based SM had a high correlation coefficient of 0.95 compared with mean SM of FDR stations. From these results, the SM-FC will give a valuable insight for researchers into investigate satellite- and model-based SM validation study in South Korea.
In this study, Frequency Domain Reflectometry (FDR) and COSMIC-ray soil moisture (SM) stations were installed at Sungkyunkwan University in Suwon, South Korea. To provide reliable information about SM, soil property test, time series analysis of measured soil moisture, and comparison of measured SM with satellite-based SM product are conducted. In 2014, six FDR stations were set up for obtaining SM. Each of the stations had four FDR sensors with soil depth from 5 cm to 40 cm at 5~10 cm different intervals. The result showed that study region had heterogeneous soil layer properties such as sand and loamy sand. The measured SM data showed strong coupling with precipitation. Furthermore, they had a high correlation coefficient and a low root mean square deviation (RMSD) as compared to the satellite-based SM products. After verifying the accuracy of the data in 2014, four FDR stations and one COSMIC-ray station were additionally installed to establish the Soil Moisture site with FDR and COSMIC-ray, called SM-FC. COSMIC-ray-based SM had a high correlation coefficient of 0.95 compared with mean SM of FDR stations. From these results, the SM-FC will give a valuable insight for researchers into investigate satellite- and model-based SM validation study in South Korea.
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문제 정의
본 연구에서는 2014년에 한반도 지역 수원에 위치한 성균관대학교 및 성균관대학교 식물원에 설치된 지점 토양수분데이터 FDR 센서(깊이 별 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm) 관측소 6개 지점에 대한 토질 정보 및 토양수분 관측 거동에 대해 분석하였다(캠퍼스 내 2개소, 식물원 내 4개소). 2014년도에 설치된 사이트는 1년의 기간 동안 획득된 토양수분 데이터를 통해, 본 연구지역에서의 지점 토양수분과 위성 토양수분과의 검증 가능성을 분석하여, 연구지역의 토양수분 센서 설치의 적합성을 판단하기 위해서 계획되었다. 6개 지점에서 측정된 토양 수분 데이터를 활용하여 MetOp-A 위성에 탑재된 Advanced Scatterometer (ASCAT) 센서로 측정된 토양수분 데이터와의 거동양상을 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 SM-FC 위치에서의 토양수분이 ASCAT의 토양수분 데이터 분석을 할 수 있는지를 판단하기 위해 연구를 수행하였다. ASCAT의 토양수분 값과 관측된 토양수분 값을 비교하기 위해 Eqs.
본 연구는 2015년도 토양수분 측정 사이트에 대한 연구로서 2014년도부터 시험 운영된 성균관대학교 수원 캠퍼스 사이트 내의 토질을 실내 토질실험을 통해 면밀히 조사하고, 설치된 6개의 토양수분 사이트의 토양수분 변동성 및 절대값을 분석하여 2015년 설치할 SM-FC 사이트의 적합성을 검증하였다. 검증결과 앞으로 운영될 Soil Moisture site with FDR and COSMIC-ray (SM-FC) 실험 사이트는 관측지역 내 지점 토양수분의 변동성뿐 아니라 중성자를 이용한 토양수분 분석, 더 나아가 위성 토양수분 분석에 있어 매우 유용한 정보를 제공할 것으로 판단되었다.
제안 방법
2014년도에 설치된 사이트는 1년의 기간 동안 획득된 토양수분 데이터를 통해, 본 연구지역에서의 지점 토양수분과 위성 토양수분과의 검증 가능성을 분석하여, 연구지역의 토양수분 센서 설치의 적합성을 판단하기 위해서 계획되었다. 6개 지점에서 측정된 토양 수분 데이터를 활용하여 MetOp-A 위성에 탑재된 Advanced Scatterometer (ASCAT) 센서로 측정된 토양수분 데이터와의 거동양상을 분석하였다. 뒤를 이어 2015년도 4개의 관측소와 COSMIC-ray 센서를 추가하여 본격적인 연구를 진행하고 있으며, 본 연구에서는 2015년도 8월~11월에 측정된 COSMIC-ray의 Neutron의 개수의 값과 토양수분 센서에서 측정된(10개 관측소, 10 cm 깊이) Volumetric Soil Moisture (VSM)의 값을 이용하여 토양수분과 Neutron의 관계를 Franz et al.
고속 중성자는 토양 수분 내에 함유되어 있는 수소원자에 의해 감속되어 수 백 미터 넓이의 대기 중으로 방출되는데, 이에 본래의 고속 중성자 밀도는 지표면의 토양수분과 음의 상관관계를 갖게 된다. 본 연구 지역에서는 1개의 COSMIC-ray 관측소를 설치, 측정된 고속 중성자 수를 이용하여 시간 별 토양수분을 산정하였다. 지상으로부터 1 m 높이에 설치되는 센서의 원통형 측정기 내에는 저밀도 폴리에틸렌으로 밀폐된 가스(3He or BF3)가 주입되어 있으며, 이는 고속 중성자에 대한 측정 민감도를 높이는 역할을 지닌다.
또한 중성자수와 토양수분과의 관계식에서의 각 계수의 정확도가 향후 관측될 중성자수와 이를 통한 토양수분데이터 예측의 정확도에 크게 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 SM-FC에서 COSMIC-ray에서 관측된 중성자개 수와, 10개 관측소의 지표 평균 토양수분과의 관계식을 통한 중성자 수와 토양수분과의 관계를 추가적으로 분석하였다. 본 연구의 주 목적이 COSMIC-ray 중성자와 토양수분 데이터 관계식의 보정은 아니지만, 현재 국내에 본 연구와 같은 사례가 없으므로, 이번 연구를 통해 향후 중성자와 토양수분관계의 분석에 있어 연구자들이 도움을 받을 수 있으리라 사료된다.
특히, 토양의 간극이나 밀도, 투수성 등과 같은 공학적 특성 연관이 있으므로 토양수분 측정과 함께 토질 특성을 파악하는 것을 중요한 사항이다. 토양수분 분포와 토질특성간의 상관성에 주안점을 두고 토양수분관측 지점의 토질특성을 비교분석하기 위해서 토층시료를 개별적으로 채취하였다. 토층시료가 균등하게 평가될 수 있도록 하기 위해서 시료는 포토로부터 40∼60 cm 깊이에서 스테인리스로 제작한 원통형 몰드를 이용하여 채취하였다.
토층시료가 균등하게 평가될 수 있도록 하기 위해서 시료는 포토로부터 40∼60 cm 깊이에서 스테인리스로 제작한 원통형 몰드를 이용하여 채취하였다. 현장에서 채취한 시료는 보관용 PVC와 포장용 랩을 이용하여 수분 증발과 변형을 최소화하였다. 실험은 채취한 6개 토양시료에 대하여 실내에서 이루어졌으며 밀도, 함수비, 입도, 간극비, 간극률, 포화도, 단위중량 및 액성한계, 소성한계 시험을 실시하였다.
현장에서 채취한 시료는 보관용 PVC와 포장용 랩을 이용하여 수분 증발과 변형을 최소화하였다. 실험은 채취한 6개 토양시료에 대하여 실내에서 이루어졌으며 밀도, 함수비, 입도, 간극비, 간극률, 포화도, 단위중량 및 액성한계, 소성한계 시험을 실시하였다. 시험방법은 모두 American Society of Testing Materials(ASTM) 기준에 준하여 시험하였다.
함수비, 간극비, 공극률이 높게 나타난 Garden#4의 경우 모래크기 입자들과 실트의 함유비율이 90% 이상으로 가장 높이 나타난 것을 확인할 수 있다. Table 2는 삼각형 다이아그램으로 계산된 USDA 토양종류와 통일분류법(Unified Soil Classification System, USCS)에 의한 토양종류를 함께 나타내어 보다 정확한 분류방법을 적용하여 분석하고자 하였다. 통일분류법은 흙을 입자의 크기와 입도분포, 소성성 등의 기준으로 분류하는 체계로 두 개의 문자 조합으로 흙을 분류하고 있다.
현재 Integrated Climate Data Center (ICDC)에서 MetOp-A위성 ASCAT 센서에서 획득된 토양수분 데이터를 2D 형식으로 제공하고 있으며, 2014년 6월까지의 데이터 사용이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 지점 토양수분의 설치일인 5월 14일부터 6월 30일까지의 위성 토양수분과 지점 토양수분을 비교하였다. 또한 본 연구에 활용된 ICDC의 토양수분 데이터의 경우각 날짜에서 -2일과 +2일의 토양수분 값이 평균된 값을 사용 하였다.
(2013)과 같이 연구를 수행하였다. 또한 본 연구에서는 데이터의 개수에 대한 부족함과 초기 토양수분 관측 값에 대한 불완전성으로 인해 N에 대한 보정을 실시하지 않았다. Fig.
대상 데이터
본 연구에서는 2014년에 한반도 지역 수원에 위치한 성균관대학교 및 성균관대학교 식물원에 설치된 지점 토양수분데이터 FDR 센서(깊이 별 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm) 관측소 6개 지점에 대한 토질 정보 및 토양수분 관측 거동에 대해 분석하였다(캠퍼스 내 2개소, 식물원 내 4개소). 2014년도에 설치된 사이트는 1년의 기간 동안 획득된 토양수분 데이터를 통해, 본 연구지역에서의 지점 토양수분과 위성 토양수분과의 검증 가능성을 분석하여, 연구지역의 토양수분 센서 설치의 적합성을 판단하기 위해서 계획되었다.
본 연구 지역의 2014년도 임시 토양수분 사이트에 총 6개의 FDR 센서를 시험 운영하였으며, 2015년도부터 운영되고 있는 SM-FC 사이트에서는 총 10개의 FDR 센서 관측소에서 각 센서 깊이(5 cm, 10 cm, 20 cm, 40 cm)별 토양수분 및 온도를한 시간 단위로 Fig. 2와 같이 구성하여 관측소를 운영 중이다. 본 연구의 토양수분 변동성 및 위성 데이터와의 검증 분석에는 2014년도 5월부터 11월까지의 6개소의 FDR 센서 데이터가 사용되었다.
2와 같이 구성하여 관측소를 운영 중이다. 본 연구의 토양수분 변동성 및 위성 데이터와의 검증 분석에는 2014년도 5월부터 11월까지의 6개소의 FDR 센서 데이터가 사용되었다.
토층시료가 균등하게 평가될 수 있도록 하기 위해서 시료는 포토로부터 40∼60 cm 깊이에서 스테인리스로 제작한 원통형 몰드를 이용하여 채취하였다.
COSMIC-ray 센서는 4개의 FDR 토양수분 센서와 더불어, 2015년 8월부터 설치되어 데이터를 측정하였으며, COSMIC-ray 분석에 사용된 데이터는 2015년 8월부터 2015년 10월 29일까지의 FDR 토양수분 데이터와 COSMIC-ray 데이터가 사용되었다.
연구에서 사용된 공극률은 Harmonized World Soil Database (HWSD)에서 제공되고 있으며, ICDC의 데이터에 또한 적용 되어 있는 HWSD 공극률 값을 이용하였다. 추가적으로 ICDC의 데이터에는 Land Data Assimilation System (LDAS)의 공극률도 HWSD 공극률 값과 함께 제공되고 있다.
1). 2014년에 조사된 토양수분 값과 지점 토질정보, 그리고 위성과의 상관분석을 통해 계획한 실험지역에서의 토양수분 데이터의 실효성을 평가하였고, 2014년도에 획득한 FDR 토양수분 데이터의 실효성이 검증되면, 2015년도에 4개 관측소와 COSMICray 설치 추가가 계획되었다.
이론/모형
6개 지점에서 측정된 토양 수분 데이터를 활용하여 MetOp-A 위성에 탑재된 Advanced Scatterometer (ASCAT) 센서로 측정된 토양수분 데이터와의 거동양상을 분석하였다. 뒤를 이어 2015년도 4개의 관측소와 COSMIC-ray 센서를 추가하여 본격적인 연구를 진행하고 있으며, 본 연구에서는 2015년도 8월~11월에 측정된 COSMIC-ray의 Neutron의 개수의 값과 토양수분 센서에서 측정된(10개 관측소, 10 cm 깊이) Volumetric Soil Moisture (VSM)의 값을 이용하여 토양수분과 Neutron의 관계를 Franz et al. (2013)의 식을 이용하여 계산하였다.
실험은 채취한 6개 토양시료에 대하여 실내에서 이루어졌으며 밀도, 함수비, 입도, 간극비, 간극률, 포화도, 단위중량 및 액성한계, 소성한계 시험을 실시하였다. 시험방법은 모두 American Society of Testing Materials(ASTM) 기준에 준하여 시험하였다.
성능/효과
흙의 입도 특성 중 투수성에 특히 영향을 주는 것을 가는 입자의 크기 정도이며, 이를 나타내는 입경인 유효경(D10)은 0.06∼0.38의 범위로 평균 0.115로 나타났으며 Garden#4은 0.38로 가장 높은 결과를 보였다.
입도분포를 토대로 곡률계수(Coefficient of curvature)는 0.5∼5.1의 범위로 평균 2.1을 나타냈으며, 균등계수(Uniformity coefficient)는 4.8∼85의 범위로 평균 47.3으로 나타났다.
모래와 점토의 구성비로 계산된 USDA의 토양분류의 결과 Campus 지역은 각각 Loamy sand, Sand로 나타났 으며, Garden 지역의 4개 지역은 각각 Sandy loam (Garden #1∼#3), Loamy sand (Garden#4)로 나타났다.
모래와 점토의 구성비로 계산된 USDA의 토양분류의 결과 Campus 지역은 각각 Loamy sand, Sand로 나타났 으며, Garden 지역의 4개 지역은 각각 Sandy loam (Garden #1∼#3), Loamy sand (Garden#4)로 나타났다. USCS의 통일 분류법에 의한 결과는 Campus 지역은 비교적 입도분포가 양호한 모래의 혼합토로 분류되는 SW (입도 분포가 좋은 모래)로 동일하게 나타났으며, Garden 지역의 경우 각각 SP (입도 분포가 나쁜 모래), SW, SC (점토질이 섞인 모래), SP로 모래 혼합토로 비슷한 특징을 보이나 입도분포 및 소성성에 따른 특징이 반영되어 분류된 것으로 나타났다. 표에서 보는 바와같이 전반적으로 모래크기의 입자들의 함유비율이 높으나 크게 입도가 양호하거나 불량한 정도에 따라 분류됨에 따라 토질특성과 함수율이 상관성이 높은 것으로 분석되었다.
USCS의 통일 분류법에 의한 결과는 Campus 지역은 비교적 입도분포가 양호한 모래의 혼합토로 분류되는 SW (입도 분포가 좋은 모래)로 동일하게 나타났으며, Garden 지역의 경우 각각 SP (입도 분포가 나쁜 모래), SW, SC (점토질이 섞인 모래), SP로 모래 혼합토로 비슷한 특징을 보이나 입도분포 및 소성성에 따른 특징이 반영되어 분류된 것으로 나타났다. 표에서 보는 바와같이 전반적으로 모래크기의 입자들의 함유비율이 높으나 크게 입도가 양호하거나 불량한 정도에 따라 분류됨에 따라 토질특성과 함수율이 상관성이 높은 것으로 분석되었다.
이는 식물원의 토양이 캠퍼스 내보다 깊이 별로 더 다양한 토질로 구성 되어 있기 때문으로 사료된다. 각 깊이의 토양수분의 표준편차는 0.021~0.084 m3m-3이며, Sand의 비율이 91.23%로 가장 높은 Campus#2에서 토양수분의 표준편차가 크게 나타났다(평균 0.052 m3m-3). 결과적으로, 본 연구지역은 깊이 별 다양한 토질이 분포되어 있으며, 따라서 향후 깊이 별 토양에 대한 토질실험을 진행할 예정이다.
7(b) 에서 그 관계를 뚜렷하게 볼 수 있다. 본 관계에서 볼 수 있듯이 토양수분 값이 급격하게 증가함에 따라 중성자의 개수는 줄어드는 것을 확인 할 수 있지만, 그 관계가 선형적인 관계로는 해석되지 않는 것을 알 수 있다. 또한 관측소의 토양수분 값이 강우에 급격하게 반응하는 것에 반해, 관측되는 중성자의 수는 매우 크게 변동하면서 서서히 감소하는 것을 볼 수 있다.
후속연구
COSMIC-ray 토양수분 측정의 정확도는 측정되는 중성자 개수에 따라 좌우되는데, 시간당 측정 가능한 중성자수가 많을수록 정확도가 높아지며 토양 수분 함량이 증가할수록 정확도가 낮아지는 경향이 있다 (Knoll, 2000). 측정되는 중성자수와 관측 사이트의 토양수분과의 관계를 도출하여 향후 중성자수로 토양수분 값을 예측할수 있다. 또한 중성자수와 토양수분과의 관계식에서의 각 계수의 정확도가 향후 관측될 중성자수와 이를 통한 토양수분데이터 예측의 정확도에 크게 영향을 미치게 된다.
따라서 본 연구에서는 SM-FC에서 COSMIC-ray에서 관측된 중성자개 수와, 10개 관측소의 지표 평균 토양수분과의 관계식을 통한 중성자 수와 토양수분과의 관계를 추가적으로 분석하였다. 본 연구의 주 목적이 COSMIC-ray 중성자와 토양수분 데이터 관계식의 보정은 아니지만, 현재 국내에 본 연구와 같은 사례가 없으므로, 이번 연구를 통해 향후 중성자와 토양수분관계의 분석에 있어 연구자들이 도움을 받을 수 있으리라 사료된다.
Campus#1과 2의 경우 상대적으로 높은 모래 비율로 인해 5 cm와 10 cm의 토양수분 값이 크게 차이가 나지 않는 것을 알 수 있다. 이러한 특성은 향후 지표 토양수분의 값을 측정하는 위성에서 모래 비율에 대한 토양수분 값의 깊이 별 지점 토양수분과 위성 토양수분의 상관성 분석에 적용될 수 있을 것이라 판단된다. 깊이 별 토양수분의 평균 값은 0.
052 m3m-3). 결과적으로, 본 연구지역은 깊이 별 다양한 토질이 분포되어 있으며, 따라서 향후 깊이 별 토양에 대한 토질실험을 진행할 예정이다.
5 km의 픽셀 크기의 면적 대표 토양수분 변동양상과 지점 대표 토양수분 변동 양상이 유사함을 시사한다. 이러한 결과를 통해 지점 토양수분의 데이터가 위성 토양 수분 데이터를 평가하는데 사용 될 수 있음을 알 수 있다. 또한편차의 경우 평균 -0.
(2011)을 참고하기 바란다. 위 결과에서 보았을 때, ASCAT에서 산출되는 토양수분 값은 충분히 SM-FC의 관측된 토양수분 값을 이용하여 평가할 수 있으며, 향후 ASCAT 토양수분 값의 보정 또는 검증에 충분히 활용할 수 있을 것이라 기대된다.
그 이유는 짧은 연구기간, 안정화 되지 않은 관측소 토양수분 값, 10 cm의 토양수분 값만 이용한 것, 토질의 특성을 고려하지 않은 것 등의 이유이다. 이와 관련된 내용은 본 연구 외에 더 자세한 연구가 필요하므로 향후 연구에서 계속 진행할 예정이다. 하지만, 여러 보정이 들어가지 않았음에도 불구하고 두 데이터간 매우 높은 상관계수 그리고 토양 수분 변동 패턴을 보았을 때, 향후 COSMIC-ray를 이용한 토양수분 데이터의 활용 가치가 매우 클 것으로 기대된다.
이와 관련된 내용은 본 연구 외에 더 자세한 연구가 필요하므로 향후 연구에서 계속 진행할 예정이다. 하지만, 여러 보정이 들어가지 않았음에도 불구하고 두 데이터간 매우 높은 상관계수 그리고 토양 수분 변동 패턴을 보았을 때, 향후 COSMIC-ray를 이용한 토양수분 데이터의 활용 가치가 매우 클 것으로 기대된다.
본 연구는 2015년도 토양수분 측정 사이트에 대한 연구로서 2014년도부터 시험 운영된 성균관대학교 수원 캠퍼스 사이트 내의 토질을 실내 토질실험을 통해 면밀히 조사하고, 설치된 6개의 토양수분 사이트의 토양수분 변동성 및 절대값을 분석하여 2015년 설치할 SM-FC 사이트의 적합성을 검증하였다. 검증결과 앞으로 운영될 Soil Moisture site with FDR and COSMIC-ray (SM-FC) 실험 사이트는 관측지역 내 지점 토양수분의 변동성뿐 아니라 중성자를 이용한 토양수분 분석, 더 나아가 위성 토양수분 분석에 있어 매우 유용한 정보를 제공할 것으로 판단되었다. 2015년 8월에 새로 설치된 COSMIC-ray 측정 장비의 경우, 식물원 내의 토양수분의 변동성을 매우 잘 설명할 수 있었으며(상관계수 0.
95) 이를 통해 간접적인 토양수분 관측의 가능성을 제시하였다. 하지만 좀더 정밀한 연구를 위해서는 관측되는 중성자 개수를 보정해야 하는 연구가 차후 진행되어야 할 것이라고 판단되었다. 본 연구를 통해 한반도에서 현재 진행되고 있는 TDR 또는 FDR 센서를 이용한 지점기반 위성토양 수분데이터의 검증단계를 넘어, 지역적인 범위에서 측정되는 중성자를 통해 검증이 가능할 것이라고 판단된다.
하지만 좀더 정밀한 연구를 위해서는 관측되는 중성자 개수를 보정해야 하는 연구가 차후 진행되어야 할 것이라고 판단되었다. 본 연구를 통해 한반도에서 현재 진행되고 있는 TDR 또는 FDR 센서를 이용한 지점기반 위성토양 수분데이터의 검증단계를 넘어, 지역적인 범위에서 측정되는 중성자를 통해 검증이 가능할 것이라고 판단된다. 또한 연구가 계속 진행됨에 따라 현재까지 시도되지 않았던 한반도에서의 중성자를 이용한 위성 기반 토양수분 관측 또는 모델 토양수분 데이터의 보정이 본 SM-FC 연구지역을 통해 빠른 시일 내에 이루어 질 수 있을 것이라고 확신한다.
본 연구를 통해 한반도에서 현재 진행되고 있는 TDR 또는 FDR 센서를 이용한 지점기반 위성토양 수분데이터의 검증단계를 넘어, 지역적인 범위에서 측정되는 중성자를 통해 검증이 가능할 것이라고 판단된다. 또한 연구가 계속 진행됨에 따라 현재까지 시도되지 않았던 한반도에서의 중성자를 이용한 위성 기반 토양수분 관측 또는 모델 토양수분 데이터의 보정이 본 SM-FC 연구지역을 통해 빠른 시일 내에 이루어 질 수 있을 것이라고 확신한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지점 토양수분 데이터가 공간적인 토양수분을 대표하기에는 한계가 있는 이유는?
, 2007). 하지만 지점 토양수분 데이터는 비용 및 시간의 한계점 때문에 많은 제한이 있으며, 공간적인 토양수분을 대표하기에는 한계가 있다. 따라서 지점보다 넓은 지역을 대표할 수 있는 위성 및 COSMIC-ray를 활용한 토양수분 측정은 지역적인 규모에서의 토양수분을 대표할 수있는 중요한 데이터로 인식되고 있다.
토양수분을 측정하는 방법으로 무엇이 있는가?
토양수분을 측정하는 방법으로는 크게 세가지를 들 수 있는데, 첫째, Time-domain reflectometry (TDR) 또는 Frequency Domain Reflectometry (FDR) 센서를 활용하여 직접적으로 지점 토양수분을 측정하는 방법, 실험을 통한 토양수분 중량 측정 방법(Dorigo et al., 2011), COSMIC-ray를 측정하여 간접적으로 토양수분을 측정하는 방법(Franz et al., 2013), 그리고 비행기 또는 위성에 탑재된 센서를 활용하여 원격탐사를 통한 토양수분 측정 방법(Kim et al., 2015) 등이 있다. 하지만 간접적으로 측정된 토양수분 데이터는 특정 기준 값과의 비교를 통한 검증과정이 필요하게 되고, 토양수분의 기준이 되는 데이터는 지점에서 측정되는 토양수분 값이 활용되고 있다.
지점보다 넓은 지역을 대표할 수 있는 위성 및 COSMIC-ray를 활용한 토양수분 측정은 지역적인 규모에서의 토양수분을 대표할 수있는 중요한 데이터로 인식되고 있는 이유는?
, 1999). 따라서 토양수분의 변동성을 이해하고, 시간적인 특징을 넘어 공간적인 특징을 이해하는 것은 매우 중요하다(Choi et al., 2007). 하지만 지점 토양수분 데이터는 비용 및 시간의 한계점 때문에 많은 제한이 있으며, 공간적인 토양수분을 대표하기에는 한계가 있다. 따라서 지점보다 넓은 지역을 대표할 수 있는 위성 및 COSMIC-ray를 활용한 토양수분 측정은 지역적인 규모에서의 토양수분을 대표할 수있는 중요한 데이터로 인식되고 있다.
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