미호강 유역에서의 Sentinel-1 및 LightGBM 기반 고해상도 공간 토양수분 산정

초록

토양수분은 지표-대기 간의 수문 및 에너지 순환을 매개하는 핵심변수로써 수문기상 및 방재 분야에서 중요한 역할을 수행한다.이에 국·내외에서 다양한 지점 기반 관측망을 구축하고 있으나, 이는 공간적 대표성을 확보하는데 제한점이 있다. 본 연구에서는 Sentinel-1 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar)와 Light Gradient Boosting Model (LightGBM)을 활용하여 미호강 유역을 대상으로 고해상도 토양수분을 산정하고 검증하였다. Sentinel-1 C-band 후방산란계수와 토양수분의 시계열적 경향성을 분석한 결과 Vertical-Vertical 편광 후방산란계수(σVV)가 Vertical-Horizontal 편광 후방산란계수(σVH)보다 토양수분에 민감하게 반응하였다.이를 토대로 LightGBM 기반 고해상도 토양수분 산정 모형을 통계적으로 평가한 결과 상관계수(correlation coefficient)는 0.722, 평균제곱근오차(Root Mean Square Error)는 4.69%로 나타났다. 입력자료별 SHapley Additive exPlaination (SHAP) 분석 결과, 연중일의 기여도가 가장 높았으며, σVV가 σVH에 비해 높은 변수 중요도를 나타내었다. 고해상도 토양수분의 공간분포 분석 결과, 강우 직후 농지·초지에서 25-40%의 높은 토양수분이 나타난 반면, 산림은 차단·차광 효과로 완만한 변동을 보였다.

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