콩과 같은 밭작물은 주로 토양으로부터 수분을 공급받으며 토양 수분 조건에 따라 생육 반응이 민감하게 반응한다. 작물의 생육과 재배 지역의 토양 조건, 기상 등에 따라 적정 토양 수분을 유지하는 것은 작물 생산량의 증가를 위해 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 머신러닝 기법을 이용하여 토양 수분 함량 예측 모델을 개발하였다. 깊이에 따른 토양 수분과 외기, 강수량 등 기상 변수와의 상관 관계를 구명하고, 깊이별 토양 수분예측을 위한 부분최소제곱회귀(PLSR) 모델을 알고리즘을 개발하였다. 콩 재배포장의 10cm, 20cm, 30cm 깊이의 토양수분은 FDR 방식의 센서로 측정하였 고, 콩 작물 주변 환경인자(재배환경의 기온, 상대습도, 풍속, 일사량, 일조시간)는 주변의 기상관측소에서 측정된 데이터를 이용하였다. 이를 이용하여 깊이별 미래의 토양수분함량 예측 모델을 개발한 결과, 10cm와 20cm깊이에서 주요 인자는 현재 토양수분함량과 기온이었으며, 30cm 깊이에서의 주요 인자는 현재 토양수분함량과 기온, 풍속으로 나타났다. 토양 깊이가 깊어짐에 따라 토양수분함량 예측 정확도가 향상되었으며, 이는 표면에 가까울수록 토양수분함량이 변화가 크기 때문으로 예상된다. 또한 미래의 토양 수분함량예측시 1시간 후 예측 정확도가 가장 우수하였으며, 이때의 Rv 2와 RMSEV가 10cm 깊이에서 0.993와 1.069%, 20cm 깊이에서 0.994와 0.821% 였으며, 30cm 깊이에서 0.999와 0.149% 였다. 본 연구 결과는 콩 생육환경 진단을 위해 재배 포장의 토양수분함량을 토양층별로 미래의 토양수분함량도 예측이 가능함을 보여준다.

전 세계적으로 기후변화에 대한 관심이 증대되고 있으며 이는 지금껏 우리가 경험하지 못한 이상기후 현상과 이로써 발생하는 에너지, 식량, 물 관련 위기가 직접적으로 나타나고 있기 때문이다. 또한 가뭄, 태풍, 폭설 및 폭우 등의 극한의 재난 및 재해로 인한 피해가 발생하고 있어 이에 대한 예측 및 대비를 위한 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 기후변화에 관한 정부 간 협의체 (Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC)는 미래 예측 산출물인 기후변화 시나리오를 제공하고 있으며, 제 5차 보고서에서는 새로운 온실가스 시나리오인 대표농도경로(Representative Concentration Pathway; RCP) 시나리오를 제안하였다. 이는 온실가스 감축정책의 수행 여부에 따라 4가지 시나리오 (RCP 2.6, 4.5, 6.0, 8.5)로 구분된다. 기상청에서는 각각의 시나리오 자료를 제공하고 있고, 본 연구에서는 동아시아를 대상으로 한 RCP 4.5 및 8.5를 대표적인 토양-식생-대기 순환(Soil-Vegetation-Atmosphere Transfers; SVAT) 모형 중 하나인 Common Land Model (CLM)의 강제입력자료로 활용하여 토양수분에 대한 과거 및 미래 예측 결과를 산출하였다. 이 두 자료를 활용한 산출 결과를 비교하여 온실가스 감축정책의 수행 단계에 따른 토양수분 산출 결과 간의 차이를 분석하였다. 추후 더 다양한 시나리오를 활용하여 수문기상인자에 대한 예측을 수행하도록 할 계획이다.

여러 가지 토양수분의 예측인자에 대한 해상도 문제를 고찰하였다. 다양한 인자에 대한 민감도는 통계적인 분석을 기반으로 논의되었다. 수치지형모형에서 세 가지 흐름 결정 알고리즘의 해상도에 대한 통계적인 분석이 수행되었다. 단방향 흐름알고리즘으로 계산한 상부사면 기여면적은 다른 두 알고리즘(다방향 알고리즘, DEMON)보다 더욱 민감한 것으로 나타났다. 습윤지수의 경우는 해상도나 계산과정의 변화에 상대적으로 민감도가 미소한 것으로 나타났다.

Iowa is in a very interesting position for a climatologist with respect to soil moisture, It is located in a transition zone between humid climates to the east, and dry climates to the west, As a result of this, soil moisture reserves may vary widely from year to year, and even from place to place within a year. A wet situation may prevail where free water can be found in the 5-foot profile and the tile are running.(omitted)