고해상도 기상모의자료를 활용한 토양수분모형의 개발과 적용

Abstract

본 연구에서는 WRF(Weather Research and Forecast) 모형에 의해 생성된 중·단기 고해상도 기상모의자료를 밭 지역 토양 물수지의 기상 입력 자료로 활용하기 위해 격자 기반 토양수분 모형을 개발하고 이를 기존의 기상자료 적용 방식인 지배관측소 자료 적용 결과와 비교함으로써 토양수분 모의에 대한 WRF 기상자료의 적용성 및 효과를 분석하였다. 본 토양수분 모형은 한 지점에 대하여 토층을 4개로 구분하고 각 토층의 토양수분을 일별로 모의하며 모형의 모의 성능은 2010년 5월 18일부터 10월 6일까지 관측된 토양수분 실측치와의 비교를 통해 유효성을 검증하였다. 검증 결과 통계치를 기준으로 최상위 토층과 최하위 토층의 모의 성능이 중간 토층들에 비해 우수한 것으로 나타났으며 전 토층에서의 토양수분 모의 성능이 유효한 것으로 나타났다. WRF 기상자료의 토양수분 모의에 대한 적용성을 분석하기 위해 2015년 8월 29일부터 10월 8일 간의 경기도 광릉 지역을 도메인 중심으로 모의된 WRF 기상자료를 활용하여 대상 지역에 대한 토양수분 모의를 실시하였으며 이를 이천 기상대 자료를 적용했을 때의 토양수분 모의 결과와 비교함으로써 적용성을 분석하였다. 실측 토양수분에 대한 모의 성능을 기준으로 평가하였으며 WRF 기상자료를 적용한 경우 토양수분 실측 지점의 토양수분 값을 보다 우수하게 모의하는 것으로 나타났다. 이는 WRF 기상자료의 토양수분 모형에 대한 적용성의 근거가 되는 것으로 판단된다. 이처럼 모의된 토양수분 값을 van Genuchten 방정식을 활용하여 토양수분장력으로 전환하였으며 전환된 토양수분장력 값을 기준으로 관개 및 작물 수분 스트레스에 대한 정보를 시범 생산하였다. 토양수분, 토양수분장력, 필요수량 및 작물 수분 스트레스에 대한 정보를 시계열 및 분포도 형태로 작성하였으며 결과적으로 각 격자 지점에 대한 각 수문인자의 시계열 정보와 대상 지역에 대한 일별 분포 상태를 확인하였다. 기존 방식에 비해 WRF 기상자료를 적용한 결과 각 수문인자의 분포가 공간적 기상차이를 반영함을 확인하였고 이는 지역에 따른 필요수량의 양적 파악과 작물 수분 스트레스 상태를 제시함으로써 관개 의사 결정에 필요한 기초자료를 제공할 것으로 판단된다.