• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.19-19
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• 2019

토양수분은 지표수가 증발, 유출, 침투되는 과정에 중요한 역할을 하는 수문 인자로, 수문학적인 관점에서 물 순환을 이해하는 데 필수적인 요소이다. 그럼에도 불구하고 토양 내 수분을 측정하는 데 어려움이 많아 국내에서는 토양수분의 지속적인 관측을 위한 관측소 운영이 원활하게 이루어지지 않고 있으며, 주로 유전율식 계측 방식을 통해 지점 기반의 토양수분 자료를 생산하는데 그치고 있다. 최근 발사된 토양수분 위성인 SMAP (Soil Moisture Active Passive)을 비롯한 위성기반의 토양수분 자료와 융합하여 사용하기 위해서는 지점에서의 토양수분 네트워크가 우선적으로 구축되어야 하나, 관측소의 수도 부족할 뿐 아니라, 지형이 복잡하고 산지가 많은 한반도에서는 점 단위의 토양수분 자료의 공간적 대표성이 부족하여 활용에 어려움이 많다. 따라서 본 연구에서는 운영중인 지점 기반의 토양수분 관측소의 FDR (Frequency Domain Reflectometry), TDR (Time Domain Reflectometry) 센서를 함께 활용하여 산악지형에서의 Cosmic-ray 기반 토양수분자료를 생산하고자 한다. 산악지형에서의 Cosmic-ray 센서는 토양 유기물과 식생 차단 등에 의한 영향이 많으므로 평지에서 토양수분을 산정하기 위한 교정 함수들의 비교 및 평가를 실시하였다. 일반적으로 평지에서 활용되는 교정 함수들은 강우에 따른 토양수분의 거동을 잘 나타내고 있는 것으로 확인되었으나, 갑작스러운 강우로 인한 식생 차단과 토양 유기물의 영향이 커지는 경우 토양수분의 급격한 변동성을 표현하기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구를 기반으로 산악지형에서 Cosmic-ray 센서에 영향을 미치는 인자들을 분석할 수 있으며, 추후 산악지형에서 지역 규모의 토양수분을 관측할 수 있는 관측소를 구축하는데 활용될 것으로 기대된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제35권5_1호
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• pp.665-679
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• 2019

면 단위의 고해상도 토양 수분 측정이 가능한 Cosmic-Ray Neutron Probe(CRNP)를 이용한 토양수분 관측 데이터는 위성기반의 큰 공간해상도를 지닌 토양 수분 자료와 지점 관측 토양 수분 자료를 연결하는 통로의 역할을 수행할 것으로 기대된다. 이러한 CRNP 센서를 이용하여 토양 수분을 산출하기 위해서는 측정된 중성자 강도의 교정이 필요한데 기존의 교정 방법은 관측 기간의 단일 교정 중성자 강도($N_0$)를 이용하여 장기간의 토양 수분 관측에 어려움이 있다. 또한 기존 방법을 이용한 $N_0$는 시간에 따라 변동하는 인자들에 의해 영향을 고려하지 못하며 이로 인해 CRNP 센서를 이용한 토양 수분 관측 값에 불확실성을 초래한다. 이를 극복하기 위해 새로운 교정 방법(Dynamic-$N_0$ 교정 방법)을 제시한다. Dynamic-$N_0$ 교정 방법은 시간에 따른 $N_0$의 변동을 고려함으로써 토양 수분 관측 값을 개선하는 방법으로 비선형 회귀 모델을 이용하여 $N_0$의 시계열 자료를 구하여 토양 수분 산출에 이용한다. 본 연구에서는 Dynamic-$N_0$ 교정 방법을 이용하여 산출된 토양 수분을 지점 기반 토양 수분 및 기존의 교정방법을 이용한 토양 수분 산출 값과 비교하였으며 결과적으로 상관계수를 0.7에서 0.72로 개선하였다. RMSE와 Bias는 각각 $0.036m^3m^{-3}$에서 $-0.026m^3m^{-3}$으로, $-0.006m^3m^{-3}$에서 $-0.001m^3m^{-3}$으로 개선되었다. Dynamic-$N_0$ 교정 방법의 기존의 방법 대비 탁월한 성능은 CRNP 센서 주변의 수소 공급원에 의하여 $N_0$의 변동이 발생했음을 시사한다. 그러나 몇몇 중성자 강도에 영향을 미치는 수소 공급원들에 대한 고려가 구체적으로 이뤄지지 않았는데 이는 향후 연구를 통해 Cosmic-Ray를 이용한 토양 수분 관측이 보다 개선될 수 있음을 보여준다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권2호
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• pp.233-246
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• 2023

수문순환의 이해와 효율적 수자원 관리의 측면에서 토양수분의 중요성이 조명되고 있으나, 국내에는 양질의 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 레이 중성자 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 Observing System, 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 12개소의 지점 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 수 있음을 시사한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.407-407
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• 2021

토양수분량은 그 양은 작지만 다양한 수문현상에 관여하는 주요한 수문인자 중 하나이다. 특히, 강우, 유출, 홍수 및 가뭄 등과 직접적인 연관이 있어 국내에서도 그 중요성이 점차 강조되고 있다. 일찍이 해외에서는 토양수분량 위성자료나 관측기기의 검증 및 교정을 위해 다수의 지상 관측소를 운영해왔으며, ISMN(International Soil Moisture Network)과 같은 기관을 통해 자료의 취합 및 품질관리, 배포 등도 활발하게 이루어지고 있다. 최근 국내에서도 최신 관측기기의 도입이나 수자원위성의 개발 등 토양수분량에 관한 연구가 점차 활발하게 이루어지고 있으며, 위성자료와 관측기기의 검증 및 교정을 위한 지상관측소도 점차 확대되고 있는 추세이다. 하지만, 국내 지상관측소는 현재 다양한 기관과 단체에 의해 운영되고 있으며, 품질관리 기준이 통일되어 있지 않아 자료의 접근 및 활용 측면에서 개선이 필요한 실정이다. 이에 한국수자원조사기술원은 국내 환경에 맞는 품질관리 기준을 제시하고, 자료의 접근성 및 활용성 개선의 토대를 마련하고자 품질관리 시스템을 개발하고 있다. 본 연구는 정량화된 품질관리 기준을 바탕으로 spike를 판별하는 알고리즘에 대한 성능평가를 다루고 있으며, 청미천 토양수분량 관측소 2020년 자료에 임의의 튀는 값(spike)을 추가하고, 해당 이상치의 검출여부를 확인하는 방식으로 진행되었다. 각각의 지점자료에서 강우사상 중 하강부, 무강우기간 중 하강부를 1개씩 선정하고, 해당 구간에 positive spike를 추가한 case와 negative spike를 추가한 case를 생성해 강우조건 및 spike 유형에 따른 검출성능 차이를 평가했다. 평가 결과, 강우기간 검출률 84.3%, 무강우기간 검출률 96.3%로 강우조건에 따른 성능차이가 명확하게 나타났으며, positive spike는 91.7%, negative spike는 88.9%로 spike 유형에 따른 검출성능차이는 미미했다. 강우조건과 spike 유형을 동시에 고려했을 때는 무강우기간의 positive spike가 98.2%로 가장 높은 검출률을 보인 반면에 강우기간의 negative spike는 83.3%로 가장 낮은 검출률을 보였다. 알고리즘이 검사시간대를 중심으로 24시간 동안의 토양수분량 변화를 감지하기 때문에 강우기간에 검출성능이 저하되는 것으로 판단되며, 이를 개선하기 위해선 강우사상에 따른 유동적인 window size 조절 알고리즘의 추가가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.213-213
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• 2016

수문조사기기의 검정은 수문조사에 활용할 기기를 일관되고 표준화된 기준으로 검사하여 수문조사에 적합한 기기인지 확인하는 것이다. 이러한 검정은 국가수문자료의 신뢰도를 높이고 유지하는 기본적이고 중요한 업무이다. 검정대상기기는 강수량측정기기, 유속측정기기, 수위측정기기, 부유사측정기기, 토양수분측정기기, 증발산량측정기기로 총 6가지이며, 2009년부터 국토교통부 위탁사업으로 한국건설기술연구원(유량조사사업단)에서 수행하고 있다. 특히 유량조사사업단에서는 유속측정기기를 제외한 나머지 5개 수문조사기기에 대해 검정을 수행하고 있다. 연도별로 2009년부터 2015년까지 98대, 334대, 572대, 539대, 359대, 682대, 690대로 총 3,274대를 검정하였고, 관측기종별로 강수량 1,579대, 수위 1,589대 부유사 23대, 토양수분 33대, 증발산량 50대이다. 신청기관별로는 국토교통부(홍수통제소) 1,847대, 환경부(국립환경과학원) 4대, 한국건설기술연구원(유량조사사업단 포함) 81대, K-water 338대, 한국수력원자력(주) 91대, 일반업체 913대에 대한 검정을 실시하였다. 검정을 실시한 강수량측정기기 1,579대 중 보정없이 합격된 기기는 1,495대, 허용오차기준에 미달되어 보정 실시 후 합격한 기기는 76대이며, 불합격 처리된 기기는 8대이다. 수위측정기기는 합격이 1,586대, 기준에 미달되어 불합격된 기기가 2대로 나타났다. 강수량측정기기의 각 연도대비 통계분석 결과 보정률은 2009년 97대 중 8대(8.2%), 2010년 194대 중 3대(1.5%), 2011년 180대 중 24대(13.3%), 2012년 175대 중 17대(9.7%), 2013년 165대 중 15대(9.1%), 2014년 547대 중 8대(1.5%), 2015년 221대 중 9대(4.1%)로 다소 낮은 수치로 나타났다. 이처럼 보정률이 낮게 나타난 이유는 관할기관의 검정을 위한 유지관리 및 사업자의 사전검사 등을 통해 감소한 것으로 판단되며, 이와 같은 결과는 수문자료의 품질 및 신뢰도 향상으로 이어졌다. 그러나 여전히 선진국에 비해 수문조사기기 검정의 중요성에 대한 인프라 구축이 미흡한 실정이다. 수문조사기기 검정의 선진국이라 할 수 있는 미국의 경우 USGS에서 HIF(Hydrogical Istrumentation Facility)라는 별도 조직을 운영하여 관측기기의 렌탈, 수리, 교정 및 검정, 개발, 교육 등 이러한 작업을 일괄 수행하고 있고 조직 내 자체 시설로 수중펌프 시험소, 자연과 유사한 환경에서 테스트 하는 장소, 대형온도챔버 등을 갖추고 있으며, 이러한 시설을 이용하여 기기의 교정 및 검정, 연구 등을 현장과 비슷한 환경에서 다양한 실험을 통해 검정방법을 비교, 분석하는 것을 볼 수 있다. 현재 우리나라의 수문조사기기는 다양한 방법으로 현장에 설치되어 검정방법의 다양성이 요구된다. 향후 우리나라도 HIF와 같이 다양하고 선진화된 시설과 기술을 개선하고 다각적인 시험 과정을 통해 수준 높은 검정방법체계를 갖추려는 노력이 필요하다.

• 한국토양비료학회지
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• 제33권6호
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• pp.405-415
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• 2000

본 연구는 황 원소를 이용하여 시설재배지의 일부 토양에서 나타나는 알칼리 반응을 교정하고자 실시하였다. 황 원소의 산화와 토양 pH에 미치는 효과를 살펴보기 위하여 토양 pH 8.3을 6.3으로 낮추는데 소요되는 황 시용량을 완충곡선으로부터 계산하여 황 소요량의 1~10배 수준까지 첨가하고 50% water holding capacity에 해당하는 수분을 가한 다음, $30^{\circ}C$로 유지되는 항온실에서 정치하였다. Incubation 동안 1주 간격으로 토양 pH 및 sulfate-S의 생성량을 조사한 결과, 토양 pH는 최초의 8.3에서 4~6주 사이에는 목표 pH인 6.3 부근으로 감소하였고, 이 때의 sulfat-S의 생성율은 100%를 상회하여 완충곡선법을 이용한 황 시용량 결정법이 적절함을 확인하였다. Pot 재배시험 결과, 중화량에 해당하는 황시용구의 토양 pH는 중성부근에 이르렀으나 상추수량은 무처리구와 차이가 없었으며, 목표 pH로 낮추기 위한 황 소요량의 약 3배 이상 과량 첨가한 처리구의 토양 pH는 4.8 수준으로 급격히 감소하고 토양중 추출성 미량원소의 농도가 증가하여 상추 수량은 현저히 감소하는 한편, 식물체중 N/S비율의 감소가 나타나 과다한 황 시용으로 토양 양분의 불균형화 및 작물의 수량감소를 초래하였다. 따라서 토양 pH 조정을 목적으로 황 원소를 시용할 경우 정확한 시용량을 준수하고, 토양에 존재하는 기존의 sulfate-S 농도가 높을 경우에는 분시를 통하여 토양내 sulfate-S 농도가 일시적으로 크게 증가하지 않도록 관리해야 할 것으로 판단되었다. 또한 liming의 경우 포장에서는 실내나 pot 조건과 다르게 포장의 석회인자(Liming factor)를 구하여 석회시용량을 조절하는 것과 같이 토양의 pH를 낮추는 경우도 포장의 acidifying factor에 관한 별도의 연구가 필요할 것으로 생각된다. 한편 완충곡선법을 이용한 황 시용량 결정법을 보다 단순화하기 위하여 0.1N-HCl을 이용한 완충곡선법을 고안하였으며, 이 방법은 토양산도를 목표 pH까지 저감시키는데 소요되는 0.1N-HCl의 량을 구하여 제안된 계산식에 적용하면 쉽게 황 소요량을 구할 수 있으므로 알칼리성 토양 상토 및 호산성 작물재배토양의 pH조정에 이용 가능할 것이다.

• 아시안잔디학회지
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• 제16권1호
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• pp.11-18
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• 2002

실제 골프장 토양환경에서 비료종류에 따른 계절별.토심별 토양 pH 변화를 규명하고자 안양 베네스트 골프클럽 내 들잔디 '중지'(Zoysta japonica Steud.)로 조성된 포장에서 산도 교정용으로 많이 이용하는 규산질비료(SiO$_2$) 및 석회석(CaCO$_3$) 2종류를 사용하여 규산질 비료 3수준, 석회석 비료 3수준으로 처리하여 실험한 결과 토층별로 현저한 차이가 관찰되었는데 전체 pH 평균을 보면 0~5cm의 표토가 6.54, 5~10cm가 5.80, 10~15cm의 심토에서는 5.04로 나타났다. 비료종류별 처리효과는 3개의 모든 층에서 1% 유의수준에서 고도의 유의성이 있는 것으로 나타났다. 표토인 0~5cm층에서 규산질 비료는 모두 유의한 증가를 보이지 않은 반면 석회질 비료구가 50kg/10a, 100kg/10a에서 유의적으로 증가하였으나 10~15cm 층에서는 규산질 비료 시비구가 100kg/10a, 200kg/10a에서 효과가 있었으나 석회질 비료는 유의한 증가가 인정되지 않았다. 그러나 5~10cm 층에서는 두 가지 비종 모두 유의한 증가를 나타내어 토심에 따른 차이가 있음을 알 수 있었다. 그리고 계절에 따른 경시적 토양산도 차이가 인정되고 이는 토심별로 차이가 인정되므로 토양 샘플 채취시 샘플시기를 고려해야 함을 알 수 있었다. 특히 표토(0~5cm)층의 토양산도가 지하층인(5~10cm, 10~15cm)에서보다 높은 것은 토양산도가 규소나 석회 같은 비료 함량에 의해서만 결정되는 것이 아니고 토양 모암의 상태나 유기물 함량, 강수량 등의 수분 함량, 온도, 토양의 통기성이나 호흡 등H$^{+}$ 이온농도에 영향을 미치는 제반여건이 영향을 미치는 것으로 이를 종합적으로 활용하여 토양산도를 조정해야 함을 알 수 있다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제20권1호
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• pp.88-94
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• 1977

석회(石灰)의 시용(施用)이 미경지(未耕地)의 산성토양(酸性土壤)에 시용(施用) 인산(燐酸)의 침출성(浸出性)에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 점토(粘土)의 함량(含量)을 달리하는 두개의 토양(土壤)에 대(對)하여 실내실험(室內實驗)을 행하였다. 석회(石灰)와 인산(燐酸)의 시용율(施用率), 수분상태(水分狀態) 및 석회(石灰)의 시용시기(施用時期)를 달리하여 석회(石灰)와 인산(燐酸) 반응(反應)한 후의 토양(土壤)의 pH와 침출성인산(浸出性燐燐酸)의 농도(濃度)를 측정(測定)하고 얻은 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 중화당량(中和當量)의 석회(石灰)와 인산흡수계수(燐酸吸收係數)의 5%에 상당(相當)하는 인산(燐酸)을 토양(土壤)에 가하여 24시간내(時間內)의 pH변화(變化)를 측정(測定)한 바의 양토(壤土)의 pH는 시간(時間)과 함께 pH 7.0 이상으로 상승(上昇)하고 포장용수량(圃場容水量)에서의 pH가 더 높은 값을 나타내었다. 그러나 사양토(砂壤土)의 pH는 5시간(時間) 후 7.0에 달(達)하여 평형상태(平衡狀態)를 유지하였으며 수분상태(水分狀態)에 따른 변화(變化)는 거의 없었다. 2. 양토(壤土)에서는 중화당량(中和當量)의 석회시용(石灰施用)으로 pH가 7.5 근방으로 상승(上昇)하였으나 그 이상의 석회시용(石灰施用)에 의한 pH 변화는 완만하였으며 인산(燐酸) 시용율(施用率)에 따른 pH변화는 없었다. 사양토(砂壤土)에서는 석회(石灰)의 시용율(施用率)과 함께 pH가 상승(上昇)하였으며 인산시용율(燐酸施用率)이 증가할수록 석회(石灰)의 산도교정효율(酸度矯正效率)은 떨어졌다. 3. 석회(石灰)와 인산(燐酸)을 동시(同時)에 시용(施用)하였을 때 양토(壤土)에서는 석회(石灰)의 시용율(施用率)이 증가할수록 침출성인산(浸出性燐燐酸)의 농도(濃度)가 감소하였으나 사양토(砂壤土)에서는 석회(石灰)의 영향이 없었다. 4. 인산시용전(燐酸施用前) 석회(石灰)의 시용시기(施用時期)가 이를수록 인산시용(燐酸施用) 1주일 후에 측정된 pH는 떨어지는 경향을 나타내었다. 양토(壤土)에서는 수분상태(水分狀態)의 차이에 의한 영향이 없었으나 사양토(砂壤土)에서는 50%포장용수량(圃場容水量)에서 반응(反應)하였을 때의 pH가 높았다. 5. 양토(壤土)에서는 인산시용전(燐酸施用前) 석회(石灰)의 시용시기(施用時期)가 이를수록 침출성(浸出性) 인산(燐酸)의 농도(濃度)가 높았으며 50%포장용수량(圃場容水量에서 반응(反應)하였을 때 더 많은 인산(燐酸)이 침출(浸出)되었다. 한편 사양토(砂壤土)에서는 침출성(浸出性) 인산의 농도(濃度)는 인산시용전석회(燐酸施用前石灰)의 시용시기(施用時期) 및 반응시간중(反應時間中)의 수분상태(水分狀態)에 영향을 받지 않았다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권2호
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• pp.171-182
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• 2014

본 연구에서는 가뭄해석을 위한 이변량 결합가뭄지수를 산정하고 국내 활용성을 평가하였다. 이변량 결합가뭄지수 산정을 위해 결합분포함수는 Clayton copula, 매개변수 추정은 교정방법을 이용하였으며, 입력변수로는 1977~2012년 동안의 강수량 및 토양수분량 자료를 선정하였다. 우리나라에 대한 이변량 결합가뭄지수를 산정한 후, 기존 가뭄지수인 SPI 및 SSI와 같이 시계열 분석, 지역별 분석 및 ROC 분석을 수행하여 활용성을 평가하였다. 분석결과 SPI는 가뭄의 시작, SSI는 가뭄의 해갈을 적절히 고려하였으며, 이변량 결합가뭄지수는 SPI 및 SSI의 거동 특성을 적절히 반영하는 것으로 나타났다. 또한 이변량 결합가뭄지수가 SPI 및 SSI에 비해 ROC score가 높게 산정되었으며, 지역별 분석에서도 지역의 가뭄 상황을 적절히 재현하여 활용성이 우수하게 나타났다. 이변량 결합가뭄지수는 기존 가뭄지수의 해석적 한계를 보완하였다는 측면에서 국내 가뭄해석의 활용성이 높다고 판단된다.