본 연구에서는 Cosmic-ray 토양수분량 관측시스템 구축 시 필요한 검증 네트워크 설계 기법 개발에 목적을 두고 유전율식(dielectric constant) 장비인 Frequency Domain Reflectometry (FDR)와 연계하여 Cosmic-ray 검증시스템을 구축·운영하였다. Cosmic-ray 검증시스템 평가에 필요한 시범지역은 기존 계측 장비와의 연계성과 다양한 수문자료의 활용성을 고려하여 설마천 유역에 구축하였다. 시범지역은 Cosmic-ray 장비와 FDR 센서(10개소)로 구축하였으며 2018년 7월부터 현재까지 운영되고 있다. 본 연구에서는 검증시스템의 신뢰도를 높이기 위해 코어법(soil core sampling method)을 통해 산출한 용적수분함량(volumetric water content)을 유전율식 장비와 정기적으로 검증하였다. 연구기간 중 수행한 코어법과 FDR 센서를 검증한 결과, 두 자료의 통계량이 bias=-0.03 m3/m3과 RMSE=0.03 m3/m3의 유의한 값을 보였다. 또한 연구기간 동안 FDR 센서의 시계열 특성은 모든 강우에 정상적으로 반응하였다. 그러나 일부 지점에서는 낙엽 및 캐노피의 차단과 상부사면의 유출 등으로 인해 상이한 특성을 보였다. Cosmic-ray 영향원(influence line) 내 FDR 센서의 대표성 분석은 시간 안정성 해석법(temporal stability analysis, TSA)을 이용하여 토심별(10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm)로 분석하였다. 10개소에 대한 토심별 토양 수분량의 대표성을 TSA로 분석한 결과, 토심 10 cm에서는 FDR 5, 토심 20 cm에서는 FDR 8, 토심 30 cm에서는 FDR 2, 토심 40 cm에서는 FDR 1에서 가장 우수한 대표 특성을 보였다. 본 연구의 시범지역 운영 기간이 짧다는 한계는 있지만 지금까지의 분석 결과를 토대로 하여 볼 때, Cosmic-ray 관측시스템 구축 시에는 검증 장비로는 유전율식을 활용하고, Cosmic-ray 영향원 내 토양수분량의 대표성 분석은 TSA 방법으로 수행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 MODIS 위성 기반 증발산량의 적정성을 평가하기 위해 Revised RS-PM 알고리즘으로 일증발산량 지도를 작성하여 에디 공분산 기반의 증발산량과 비교․분석하였다. 또한, 작성된 MODIS 기반의 일증발산량 지도의 공간적인 특성을 평가하기 위해 전적비교 지점을 기준으로 물 수지 성분을 산정하여 이의 특성을 분석하였다. 에디 공분산 기반의 증발산량은 플럭스 타워에서 관측된 잠열 플럭스를 KoFlux 프로그램으로 좌표변환, 밀도보정을 수행하여 이상치를 제거한 후 정량화하였다. 이상치 특성으로 발생된 빈 구간(no value)의 자료는 FAO-PM, MDV, Kalman Filter의 3가지 방법으로 보충(Gap-filling)하였다. 면적강우량과 유출량 은 KICT (2013)로부터 자료를 제공받아 정량화하였으며, 유역 평균증발산량은 Revised RS-PM 알고리즘으로 작성된 일증발산량 지도로부터 산정하였다. 유역의 저류변화량은 토양수분 변화량이 유역을 대표한다는 가정 하에 관측된 토심별 자료에 유효토심을 고려하여 산정하였다. MODIS 위성과 에디 공분산 기반의 증발산량을 비교·분석한 결과, MODIS 위성 기반에서 330.6 mm 정도 증발산량이 크게 산정되었으며, Bias와 RMSE는 평균 -0.91, 2.90의 특성을 나타내었다. 전적비교 지점을 기준으로 물 수지를 분석한 결과, 177.43 mm 정도의 편차로 인해 물 수지가 폐합되지 못하였다. 에디 공분산 기반의 증발산량과 물 수지 분석 결과를 토대로 적정성을 평가해 볼 때, MODIS 위성 기반의 증발산량은 설마천 유역의 실제 증발산량을 대표하지 못하였다.

최근 들어 기후변화로 인해 물과 에너지 순환에 관한 정확한 이해가 요구되고 있다. 현재 미기상학적 플럭스 타워 네트워크는 수문학적, 생태학적 분석에 있어서 주춧돌역할을 하고 있다. 하지만 플럭스 타워의 에디공분산 방법을 활용한 잠열 플럭스 측정은 여러 가정사항에 따른 시스템적 오류를 내포하고 있고 이에 따라 과소평가된 잠열 플럭스 원시자료의 보정이 필요하다. 몇몇의 보정방법 중 보엔비를 활용한 방법이 가장 유용한 방법 중 하나로서 여기에는 플럭스타워에서 측정한 순 복사에너지 및 기타 플럭스(현열, 지열) 등이 요구되며 이러한 자료에 대한 정확한 측정 및 검증이 필요하다. 본 연구에서는 설마천, 청미천 유역의 플럭스타워에서 측정된 순 복사에너지를 검증하기 위해 두 가지 형태의 이론적으로 계산된 순 복사에너지와의 비교검증을 실시하였다-(1) FAO 56 기반의 일평균 순 복사에너지 (2) Bastiaansen (1995)가 제안한 순간 순 복사에너지. 본 연구의 결과는 플럭스타워에서 측정된 순 복사에너지는 이론적으로 계산된 순 복사에너지와 상당히 비슷한 경향성을 보인다는 것을 제시했다. 또한, 측정된 순 복사에너지를 이용하여 관측된 잠열플럭스를 보엔비 보정방법에 적용시킨 결과 에너지수지에 더욱 부합하는 것을 알 수 있었다.