• 한국농림기상학회지
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• 제8권4호
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• pp.242-249
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• 2006

육상생태계에 나타날 수 있는 기후변화의 영향을 평가하기 위해 생태계모형의 사용이 보편화되고 있다. 작물생육모형의 경우 포장단위로 적용할 수 있으므로 기후변화정보만 적절한 공간단위로 제공된다면 경관규모에서 상세한 공간변화를 예측할 수 있다. 경기북부지역은 청정환경과 함께 고품질 콩 재배에 알맞는 기후지대이지만 기후변화에 의해 이 지역 내 콩 재배단지가 어떤 영향을 받을지 궁금하다. 향후 100년간(2011-2100) 예상되는 기후조건에서 선발된 10ha 이상 규모의 342개 단지를 대상으로 CROPGRO-Soybean에 의해 조중만생 콩 품종의 생육을 모의하였다. 이를 위해 3개 기후학적 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)에 대해 월별 30m 격자형 기후변화 자료로부터 각 재배단지의 일 최고 및 최저 기온, 강수량, 강수일수, 일사량을 추출하고, 각 평년별로 일기상자료를 통계학적 방법에 의해 무작위로 30년치씩 생성하였다. 미래 3개 평년의 기상자료에 의해 생육모형을 구동하여 342개 재배단지의 생장, 발육, 수량특성을 모의한 결과 온난화가 진행될수록 콩의 개화기와 성숙기가 단축되며, 전체적인 생육기간은 $7{\sim}9$일 정도 줄어들었다. 수량은 조중생종의 경우 온난화에 따라 $1{\sim}15%$ 정도 감소하였는데 반해 만생종은 증가 후 감소하였다. 그 결과 현존하는 재배구역의 남북간 생산성 차이가 미래에는 크게 감소하거나 품종에 따라 역전되는 현상이 기대된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제22권1호
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• pp.26-46
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• 2020

이 연구의 목표는 관개된 옥수수 밭에서의 복사, 에너지 및 엔트로피의 교환을 평가하고 문서화하는 것이다. 열역학적 관점에서, 우리는 이 농업생태계를 태양 복사로 인해 시스템 내부와 외부 사이에 큰 경도(gradient)가 부여되는 열린 열역학적 시스템으로 간주하였다. 따라서 시스템이 평형에서 멀어질 때, 열역학적 원칙에 따라 비평형 소산 과정(nonequilibrium dissipative process)인 이 생태-사회시스템이 모든 생물, 물리, 화학 및 인위적 구성 요소를 사용하여 태양으로부터 주어진 경도에 저항하여 이를 감소시키도록 움직인다고 가정하였다. 이 가설을 검증하기 위한 첫 단계로서 미국 네브라스카의 옥수수 밭에 위치한 AmeriFlux의 NE1 사이트에서 2003년부터 2014년까지 관측된 플럭스 및 미기상 자료를 사용하여 복사, 에너지 및 엔트로피의 교환을 정량화하였다. 12년 평균한 생장기간의 결과에 따르면, 시스템의 에너지 포획(순복사와 하향단파복사의 비, R_n/R_s↓)은 옥수수의 생장과 함께 증가하였고, 생장기간이 비생장기간보다 약 80% 높았다. 생장기간 동안 시스템 내의 엔트로피 생성(σ)은 평균 9.56 MJ m^-2 K^-1이었고, 주로 하향단파 복사에 의해 결정되었다. 엔트로피 수송(J)은 잠열플럭스, 순장파복사, 현열플럭스의 순으로 기여하였고, 시스템 외부 환경으로 퍼낸 양은 σ의 ~84%에 해당하는 -7.99 MJ m^-2 K^-1이었다. 따라서 매년 생장 기간동안 시스템 내에 순 축적된 엔트로피(dS/dt)는 1.57 MJ m^-2 K^-1이었다. 탄소 흡수 효율(CUE)은 1.25~1.62, 물 사용 효율(WUE)은 1.98~2.92 g C (kg H₂O)^-1이었고 모두 옥수수의 성장과 함께 증가하였다. 극심한 가뭄으로 관개가 더 빈번하게 행해진 2012년의 경우, σ와 J가 모두 평년보다 10% 많은 최대값을 보였고, 그 결과 서로 대부분 상쇄되어 dS/dt는 평년보다 조금 높은 수준에 머물렀다. 가뭄 중에도 빈번한 관개로 인해 엔트로피 수송의 주된 경로가 현열플럭스에서 잠열플럭스로 바뀌면서 생산량과 CUE는 평년 값을 웃돌았으나 물과 빛의 사용 효율은 오히려 낮아졌다. 이러한 결과에 근거하여 관개된 옥수수 생태-사회시스템의 지속가능성의 변화를 평가하기에는 아직 여러가지 문제가 남아있다. 자기-조직화 과정은 시스템과 주변 간의 경도를 효과적으로 감소시키는 역할을 한다. 따라서 엔트로피 자료와 함께, 지속가능성의 척도가 되는 자기-조직화 역량을 나타내는 스펙트랄 엔트로피, 또는 하부시스템의 구조 및 에너지·물질의 흐름의 강도와 방향의 변화를 가늠할 수 있는 역학적 과정망(dynamic process network) 분석 등의 추가 연구가 병행되어야 한다.

• 한국농림기상학회지
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• 제3권4호
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• pp.215-219
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• 2001

기후변화 예측 및 영향평가, 수치대기모형의 개선, 농업 및 산림생태계 관리 등 지역 및 지구규모에서 최신의 지표피복정보를 요구하고 있으나 NOAA-AVHRR을 이용하는 기존의 분류체계에서는 우리나라의 주요 식생인 벼논이 독립적으로 분류되지 못했다. Landsat-TM 등 상업적 위성자료를 이용할 경우 벼논의 정밀한 분류가 가능하나 갱신에 많은 노력과 시간이 필요하여 실용적이지 못하다. 본 실험에서는 쉽게 구할 수 있는 NOAA-AVHRR자료를 사용하되, 벼 군락의 시기별 분광특성차를 벼논피복의 검출에 이용하여 간단하면서도 신뢰성 있는 결과를 얻었다. 5월과 8월의 식생지수값의 지리적 분포특성에 근거하여 각각 유사한 특성을 가진 4개 그룹(도시, 삼림, 수역, 농경지)으로 나누고, 8월에 삼림으로 분류된 화소들 가운데 5월에는 수역으로 분류되는 화소들만 발췌하여 벼논으로 간주하는 방법이다. 이 방법에 의해 벼논으로 분류된 화소들을 1,455개 읍면 단위로 취합하여 재배 면적 및 그 분포를 농림부 통계자료와 비교한 결과 이 방법이 USGS의 분류방법 보다 정확하며 신뢰성이 있는 것으로 나타났다.

• 한국농림기상학회지
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• 제20권2호
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• pp.214-227
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• 2018

농업생태계의 복잡한 상호작용을 고려하여 작물생육을 모의하기 위해 객체지향형 작물모델을 개발하였다. 대기, 작물, 토양 및 재배관리를 대표하는 Atmosphere 클래스, Plant 클래스, Soil 클래스, Grower 클래스가 설계되었다. 또한, 이들 클래스들이 구현된 객체들을 하나의 시스템으로 연계하여 통합시스템을 구축하였다. 사례연구로써, 농촌진흥청 본원의 전작시험 포장에서 1985년부터 1986년까지 수행된 실험에서 얻어진 옥수수와 콩의 수량 관측자료와 통합시스템으로 모의된 결과값을 비교하였다. 단작과 간작조건에서 통합시스템으로 예측된 옥수수의 수량은 4% 이내의 낮은 오차율로 모의되었다. 이삭중을 제외한 지상부 건물중의 경우, 옥수수와 콩의 관측값보다 과소추정되는 경향이 있었다. 예를 들어, 옥수수의 경우 잎과 줄기의 생체중 모의값은 관측값에 비해 약 31% 적게 추정되었다. 옥수수가 수확된 시점에서 같이 수확이 된 콩의 경우, 옥수수 보다는 비교적 작은 과소추정 오차를 가졌다. 비록 간단한 형태의 모델들로 구성되었으나, 이러한 모델을 활용하여 복잡한 상호작용을 모의할 수 있는 통합시스템이 개발될 수 있다는 것을 보여주었다. 추후 연구에서, 보다 상세한 작물 생육 모의를 위해 기존의 과정중심의 작물 모델을 역설계하여 통합시스템을 구축하는 연구가 진행되어야 할 것으로 사료되었다.

• 한국농림기상학회지
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• 제21권2호
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• pp.85-96
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• 2019

일사량은 자연 생태계와 농업 생태계에서 에너지 수지와 물 순환을 추정하는데 중요한 변수이다. 일별 일사량을 추정하기 위해 심층 신경망(DNN) 모델이 개발되었다. 일조시간 등의 변수보다 기상 관측소에서의 가용성이 더 높은 온도와 강수량이 심층 신경망 모델의 입력 자료로 사용되었다. five-fold crossvalidation 을 사용하여 심층 신경망을 훈련시키고 검증하였다. 국내 15 개의 기상 관측소에서 30 년 이상 장기간의 기상 자료가 수집되었다. Cross-validation을 통해 얻어진 심층 신경망 모델은 수원 지역 기상 관측소의 일별 일사량 추정치에 대해 비교적 작은 RMSE($3.75MJ\;m^{-2}\;d^{-1}$) 값을 가졌다. 심층 신경망 모델은 수원 지역 기상 관측소의 일사량의 변위의 약 68%를 설명했다. 1985 년과 1998 년의 일사량 관측값은 일조시간에 비해 상당히 낮은 값이 관측되었다. 이는 후속 연구에서 일사량 관측 데이터의 품질 평가가 필요할 것임을 시사했다. 해당 연도의 데이터를 분석에서 제외했을 때, 심층 신경망 모델의 추정값은 통계적 수치가 약간 높게 나타났다. 예를 들어, $R^2$ 와 RMSE 의 값은 각각 0.72 와 $3.55MJ\;m^{-2}\;d^{-1}$ 이었다. 심층 신경망 모델은 기온과 강수량을 통해 일사량을 추정하는데 유용하며, 이는 미래 기후 시나리오 자료에 대해서 활용할 수 있을 것이다. 따라서, 공간에 대한 제약이 완화된 심층 신경망 모델은 작물 모델의 입력 자료로 일사량이 필요한 작물 생산성에 대한 기후 변화 영향 평가에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

• 한국농림기상학회지
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• 제17권4호
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• pp.358-383
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• 2015

지구 온난화를 유발하는 온실가스들의 구체적인 배출량을 정량화하는 수단으로서 2000년대 중반부터 '탄소발자국'의 개념이 발전하였다. 아직도 명확한 정의나 측정 단위 또는 범위에 대한 규정이 존재하지 않지만, '개인이나 조직에 의해 제품의 전 생산 과정에서 직간접적으로 대기로 배출된 전체 온실가스의 양을 이산화탄소 상당량으로 나타낸 것'이라는 의미로 널리 사용되고 있다. ISO/TS 14067에 따르면, 제품의 탄소발자국은 온실가스를 배출하는 단위 공정들의 활동량 자료에 해당 공정의 배출계수를 곱하고 이를 모두 합산하여 산정한다. 이를 바탕으로 소비자들에게 비교 선택의 기회를 제공하고 생산자들의 자발적인 온실가스 배출 감축 활동을 장려하기 위한 '탄소성적표지' 제도가 전 세계적으로 다양하게 시행되고 있다. 이 제도의 일환으로 농업 분야에서 시범 운영되고 있는 '저탄소농축산물인증제'는 구매자의 윤리적 소비를 돕는 판단 근거로서 활용 가치가 클 것으로 기대된다. 이 과정에서 농산물에 대한 전과정평가의 경계를 설정하는 데에는 주로 사용 및 폐기 단계가 제외된 'cradle to gate' 접근법이 사용된다. 범위를 넓혀 농림 부문 전체에 대한 탄소발자국 산정은 "국가 온실가스 인벤토리 보고서"에서 유일하게 배출량뿐만 아니라 제거량도 고려해야 하는 특징을 가지고 있다. 현재 산정이 이루어지지 않는 농경지의 다년생 입목 바이오매스에 축적된 탄소의 변화량을 계산할 수 있다면 전체 온실가스 배출량을 상당 부분 감축할 수 있을 것이다. 이를 위해 전 과정의 이산화탄소 교환을 직접 정량화할 수 있는 타워 기반의 플럭스 관측이 사용될 수 있다. 탄소발자국 정보는 다른 지표들과 융합하여 지속가능한 농림생태계를 위한 좀 더 총체적인 지표 개발에 사용될 수 있다.

• 한국농림기상학회지
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• 제18권4호
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• pp.307-319
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• 2016

국가농림기상센터(NCAM)에서는 수요자 맞춤형 영농 영림을 지원하기 위하여 전용 수치모델링시스템인 지면대기모델링패키지(LAMP) 버전 1을 구축하였다. 이 패키지는 두 가지의 큰 축으로 구성되어 있다. 하나는 WRF 기상모델과 Noah-MP 지면모델의 결합시스템인 WRF/Noah-MP 시스템이고, 다른 하나는 Noah-MP 지면 모델의 오프라인 독립구동형 1차원 버전이다. 전자는 7일 이상의 중기 기상예측 자료를 1km 내외의 고해상도로 생산하는 일을 담당하고, 후자는 대표적인 농림생태계에 대하여 1년 지면모의 자료를 15분 간격으로 생산하는 일을 담당한다. 본 연구의 목적은 NCAM-LAMP의 두 구성 요소를 간단히 설명하고, 초기의 수치모의 성능을 평가하는데 있다. WRF/Noah-MP 결합시스템은 동아시아를 포함하는 어미격자 도메인에 최고 810m의 수평 해상도를 갖는 3개의 둥지격자로 구축되었으며, 가장 안쪽 도메인은 광릉 활엽수림 관측지와 침엽수림 관측지(GDK 및 GCK)를 포함한다. 이 결합시스템은 현재 미국 환경예측센터의 FNL 자료를 초기 및 경계자료로 이용하여 구동되며, 여러 개의 약 8일 모의 결과를 연결시켜 장기간에 대한 모의 자료를 생산하였다. 정량적 검증 변수는 WRF/Noah-MP 결합시스템의 2m 기온, 10m 바람, 2m 습도, 강수이며, 기상청 ASOS 관측 자료와 WRF/Noah-MP 결합시스템 모의 자료 사이의 차이를 이용하여 각 도메인에서 동적 식생 포함 유무에 따른 모의 오차를 계산하였다. 강수 모의의 정확도는 탐지확률(POD)과 공평위협점수(ETS)로 구성된 표를 이용하여 조사하였다. 오프라인 독립구동형 지면모델은 1년 기간에 대해 모의 결과를 생산하였으며, KoFlux 관측자료와 비교하여, 순복사 플럭스, 현열 플럭스, 잠열 플럭스 및 토양 수분 함량을 평가하였다. WRF/Noah-MP 결합시스템의 모의 결과에 따르면, 모든 도메인 중에서 도메인 4(810m 해상도)에서 2m 기온, 10m 바람 및 2m 습도에 대하여 가장 작은 RMSE를 보였다. 동적 식생을 포함시키면 모든 도메인에서 10m 바람의 모의 오차가 감소하게 되는 경향을 보였다. 도메인 2(7,290m 해상도)에서는 강수 모의 점수가 가장 높았으나, 동적 식생을 포함시킴에 따른 효과는 별로 없었다. 독립구동형 1차원 Noah-MP의 지면모의 결과는 복사 플럭스와 토양 수분의 패턴 및 크기를 포착하였으며, 엽면적지수의 모델 입력 부분을 보충하고, 모델 물리과정의 적절한 조합을 찾아내는 노력을 통해 개선될 수 있는 여지를 남겼다.

• 한국농림기상학회지
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• 제8권2호
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• pp.86-96
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• 2006

새로운 개념과 알고리즘으로 완성된 지표 변수 데이터베이스인 Ecoclimap-1이 전 지구 영역에 대해 1km의 해상도로 제공 된 바 있다. 이것은 기상과 기후의 모델에서 토양과 식물과 대기 사이의 이동을 정량적으로 표현하기 위해 고안 되었으며, Ecoclimap-1 데이터베이스를 구성하는 지표변수 자료들은 토지피복지도와 기후지도를 중첩하여 얻어진 생태기후 지도를 기본 주제도로 사용하여 각 클래스에 대한 값(per-class)로 제공된다. 생태기후지도의 제작은 일반적으로 사용하는 토지피복분류가 나타내지 못하는 동질 피복 내 생장 주기의 변동성을 고려하기 위한 것이다. 그러나 이렇게 중첩하여 얻은 주제를 사용하더라도 역시 같은 class내부의 식생 생장 주기의 변동성은 여전히 높게 나타나는 경향을 보였다. 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 새로운 방법으로, SPOT/VEGETATION S10 NDVI 자료를 이용하여 토지피복지도와 기후지도의 단순 중첩이 아닌 동일 토지피복 클래스 내의 sub-clustering을 통하여 보다 동질의 하위 집단으로 분류한다. 본 연구는 Ecoclimap-2 project의 전 지구 데이터 베이스 구축의 일환으로 동북 아시아 지역의 생태기후지도 제작을 수행하였다. 사용된 토지피복지도는 University of Maryland Global Land Cover Database를 사용하였고 기후지도는 각 토지피복 클래스의 sub-clustering시 초기 군집의 수를 결정하기 위한 보조 자료로 사용하였다. 1999년부터 2004년 총 6년 동안의 NDVI 10-day 자료를 이용하였고 한 UMD토지피복 class내에 존재하는 모든 화소의 시 공간 긴밀도를 분석하여 비슷한 NDVI 정보를 가지는 화소들을 통합하였다. 이러한 과정을 통해 동북아시아를 총 29개의 ecosystem으로 정의 하였다. 이러한 ecosystem map은 앞으로의 기후 모델 연구에 있어 중요한 기본 주제도로 유용할 것으로 보이며 또한 생태계모델, 기상모델의 중요한 input 자료로서 쓰여 질 것으로 사료 된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제12권4호
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• pp.277-288
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• 2010

다중 수증기/이산화탄소 연직농도시스템(이하 프로파일시스템)은 에디공분산 방법에 의해 측정된 에너지 및 물질 플럭스에 대한 저류항 및 이류의 영향을 정량화하기 위해 광범위하게 이용되고 있다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 프로파일시스템의 용도를 보다 확장하여 안정동위원소 분석을 위한 공기시료 채취에 활용하였다. 프로파일시스템에서 기체농도 측정에 이용되는 적외선기체분석기의 유출부에 2L 용량의 진공 플라스크를 연결하여 수증기와 이산화탄소의 농도가 측정된 공기시료가 채취되도록 개조하였다. 이 방법의 적용성을 검증하기 위하여 광릉 활엽수림 내에 설치되어 있는 플럭스타워에서 8개의 높이(0.1~40m)로 부터 공기시료를 채취하였다. 플라스크에 채취된 공기시료로부터 실험실에서 진공추출라인을 이용하여 순수한 수증기와 이산화탄소가 분리되었고, 질량분석기를 이용하여 수증기의 수소 안정동위원소 조성 그리고 이산화탄소의 탄소 안정동위원소 조성을 각각 측정하였다. 이와 같은 방법으로 얻어진 자료를 이용하여 산림내 수증기의 수소 안정동위원소 조성과 이산화탄소의 탄소 안정동위원소 조성의 수직적 분포를 확인하였고, 아울러 Keeling plot 을 적용하여 증발산된 수증기의 수소 동위원소 조성 및 생태계 호흡에 의해 발생된 이산화탄소의 탄소동위원소 조성을 산출하였다. 비록 현단계에서 여러 가지 기술적인 개선점이 존재하지만, 본 연구에서 이용한 방법은 기존에 활용되고 있는 방법과 비교하여 두 가지 장점이다. 첫째, 이 방법은 기존에 운용되고 있는 프로파일 시스템의 구조를 그대로 활용함으로써 상대적으로 저비용으로 이용이 가능하다. 둘째, 수증기와 이산화탄소의 동시 시료채취와 동위원소 분석이 가능하여 증발산 및 순생태교환량 구성요소의 구분이 동일한 시간적 해상도로 이루어질 수 있다. 이러한 결과는 생태계 물과 탄소 순환 과정의 상호관련성에 대한 보다 향상된 이해를 위한 기본 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제9권1호
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• pp.1-16
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• 2007

자연은 잘 이용하면 자원이지만 잘못하면 재해가 되는 이중성을 갖는다. 작목선택, 작부체계, 비배관리에 기후, 토양, 물자원 등 환경정보 활용이 필수이며, 환경정보를 잘 활용하면 자원 활용도를 높여 수량과 품질 개선, 자연재해-에너지소비-오염 경감에 기여한다. 이러한 관계를 잘 알고 있기 때문에 어느 나라에서나 환경정보를 관리하는 부처가 존재한다. 시민생활의 안전과 행복을 위한 일기예보를 위시하여 산업, 교통, 국방을 위한 특수한 기상정보가 기상청에 의해 제공되나, 식량간보와 국토보전의 막중한 임무를 띤 농업분야의 특화된 기상정보는 없다. 이러한 현실인식을 바탕으로 농림부는 '전자기후도 기반 유역단위 농업기상 예보시스템' 사업을 2006년부터 4년간 경희대학교와 한국농림수산정보센터가 공동으로 수행하도록 지원하고 있다. 이 사업은 지난 수년간 크게 발전한 공간정보기술과 소기후추정기술을 이용하여, 1) 전국 840개 표준유역별로 30m 해상도의 전자기후도를 제작함으로써 농업기후자원을 필지단위로 정확히 파악하며, 2)기상청 디지털예보를 기반으로 농업기상예보 해상도를 영농규모 수준으로 높여서, 3) 적지적작, 적지적수 및 유역규모 생태계관리의 의사지원수단을 제공함을 목적으로 한다. 사업성과는 기상청-산림청-농촌진흥청 합동조직인 국가농업기상센터에서 활용하며 시군 자치단체는 한국농림수산정보센터의 기술이전에 의해 독자적인 시스템을 구축할 수 있다. 모든 정보는 초고속인터넷, 휴대폰, 위성통신 등을 통해 수요자에게 배포될 것이며, 이를 통해 우리의 농업기상서비스는 전통적인 발전단계를 뛰어넘어 단번에 선진국 수준에 도달하게 될 것으로 기대된다.공하는 과정에서도 관리를 철저히 하도록 해야 한다. 4. 뽕가지의 항산화능은 춘기, 추기 모두 뽕잎에 비해 상당히 낮은 항산화능을 보였으나, 항산화식품 소재로서 뽕가지를 이용할 경우 5월 하순${\sim}$6월 초순의 신소지를 이용하거나 껍질을 분리하여 이용하도록 한다.으며, 특히 5지점 (S5)은 나머지 4개 지점 (S1 ${\sim}$ S4)의 수질에 비해 뚜렷한 수질악화를 보였는데, 이는 제 5지점 부근의 공단과 분뇨처리시설로부터 유입된 폐수에 의한 점 오염원의 효과로 사료되었다. 어류의 지표종 특성에 따르면, 버들치 (Rhynchocypris oxycephalus), 갈겨니 (Zacco temmincki)와 같은 수질에 대해 민감한 어종은 상류(S1 ${\sim}$ S2)에서의 출현빈도가 하류지점에의 출현빈도에 비해 뚜렷하게 높게 나타나 수질 특성을 반영하는 것으로 나타났으며, 트로픽구조 측면에서 내성종 (Tolerant species)및 잡식성종(Omnivore species)이 하류로 갈수록 증가하는 경향을 보였다.대가 발달한다. 이것으로 볼 때 지열류량은 지질구조와 무관하지 않음을 파악할 수 있다. 특히 이러한 단층대 주변은 지열수의 순환이 깊은 심도까지 가능하므로 이러한 대류현상으로 지표부근까지 높은 지온 전달이 되어 나타나는 것으로 판단된다.의 안정된 방사성표지효율을 보였다. $^{99m}Tc$-transferrin을 이용한 감염영상을 성공적으로 얻을 수 있었으며, $^{67}Ga$-citrate 영상과 비교하여 더 빠른 시간