• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.10-14
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• 2016

육상의 증발산량(evapotranspiration, ET)은 대기 중 수증기의 상변화를 통해 대기와 지표 사이의 물과 에너지 순환에 영향을 미치며, 강수량, 유출량과 함께 수자원에 영향을 미치는 주요 인자이다. 강수량과 유출량은 직접 관측이 가능한 반면, 증발산량은 숨어있는 잠열로서 관측하기 어렵다. 플럭스 타워나 라이지메타(Lysimeter) 등을 이용하여 증발산량을 직접 관측하고 있으나 이들 지상관측은 일부 지점(point)에서 제한적으로 이루어지고 있으며, 관측 지점의 수를 확대하게되면 관측 기기의 유지 보수 등의 많은 시간과 비용이 든다는 한계가 있다. 이러한 지상관측의 한계를 극복하고 넓은 영역의 증발산량 변화를 관측하기 위해 위성을 이용한 증발산량을 추정하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 기상청 국가기상위성센터(National Meteorological Satellite Center, NMSC)에서는 우리나라 최초의 정지 기상 위성인 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS) 자료를 지표 에너지 수지식(Surface Energy Budget Equation)에 적용하여 동아시아 지역의 지면과 식생 특성을 반영한 '일(daily) 증발산량 산출 알고리즘'을 개발하였다. 현열을 계산하기 위해 다양한 입력 변수가 사용되어지고 계산 과정이 복잡하기 때문에, 본 연구에서는 '반 경험적인 계수인 B 계수 모델'을 사용하여 현열 산출 기법을 단순화하였다. 본 알고리즘을 이용하여 2011년 4월부터 현재까지 동아시아(위도 $20{\sim}50^{\circ}N$, 경도 $100{\sim}145^{\circ}E$)의 해상도 1km의 일 증발산량을 산출하였고, 위성 증발산량의 검증을 위해 지면 특성이 다른 청미천(농경지), 설마천(혼효림) 지역의 플럭스 타워 증발산량 자료(유량조사사업단 제공)와 비교 분석하였다. 2011년 4월부터 2014년 12월까지 청미천 지역에서의 플럭스 타워 관측과 비교한 결과, 총 665개 자료에 대하여 RMSE는 2.82 mm/day, Bias는 2.56 mm/day의 결과를 보였다. 동일한 기간에 대하여 설마천 지역에서의 플럭스 타워 관측과 비교한 결과, 총 582개 자료에 대하여 RMSE는 1.92 mm/day, Bias는 1.45 mm/day의 결과를 보였다. 기상청 국가기상위성센터의 위성증발산량이 봄과 가을철에 다소 높게 산출되는 경향이 있었으나, 증발산량의 변화경향은 유사하게 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 동아시아 지역 위성 증발산량 변화를 감시하고 있으며 향후, 수문 및 기후 분야에서 가뭄 모니터링 등의 연구에도 활용할 수 있을 것이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.3
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• pp.301-314
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• 2013

Spatial heterogeneous characteristics of solar radiation energy from Climate Change gives rise to energy imbalance in the general ecological system including water resources. To understand energy flow, flux towers are up and running throughout the world. In step with, in domestic major areas, there have been observed using several flux towers. In this study, downward shortwave radiation, downward long wave radiation, and net radiation that take important part in hydro-meteorology and ecology were calculated by proposed physical equations using flux data of the Seolmacheon and Choengmicheon, then, the calculated net radiation and observed net radiation were individually compared and validated. The results confirmed applicability of physical methods for insufficient hydro-meteorological data and possibility for observed data of hydro-meteorological variables.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.5 no.2
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• pp.138-149
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• 2003

Korean regional network of tower flux sites, KoFlux, has been initiated to better understand $CO_2$, water and energy exchange between ecosystems and the atmosphere, and to contribute to regional, continental, and global observation networks such as FLUXNET and CEOP. Due to heterogeneous surface characteristics, most of KoFlux towers are located in non-ideal sites. In order to quantify carbon and energy exchange and to scale them up from plot scales to a region scale, applications of various methods combining measurement and modeling are needed. In an attempt to infer regional-scale flux, four methods (i.e., tower flux, convective boundary layer (CBL) budget method, MM5 mesoscale model, and NCAR/NCEP reanalysis data) were employed to estimate sensible heat flux representing different surface areas. Our preliminary results showed that (1) sensible heat flux from the tower in Haenam farmland revealed heterogeneous surface characteristics of the site; (2) sensible heat flux from CBL method was sensitive to the estimation of advection; and (3) MM5 mesoscale model produced regional fluxes that were comparable to tower fluxes. In view of the spatial heterogeneity of the site and inherent differences in spatial scale between the methods, however, the spatial representativeness of tower flux need to be quantified based on footprint climatology, geographic information system, and the patch scale analysis of satellite images of the study site.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.39 no.1
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• pp.89-102
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• 2018

We analyzed the meteorological and radiation characteristics of Seoul metropolitan area using data from energy flux towers that were installed and operated by the Weather Information Service Engine (WISE). The meteorological and radiation variables included temperature, pressure, wind speed, wind direction, relative humidity, surface temperature, rainfall amount, upward and downward solar radiation, upward and downward longwave radiation, albedo and emissivity from 14 energy flux stations located in the Seoul metropolitan area from July 2016 to July 2017. According to the monthly data during the period, the albedo is low and emissivity is high at the Jungnang station in the urban and opposite at Bucheon station in the suburban area. For a station in natural state, the albedo was higher than urban stations because solar radiation reflects effectively. Relatively high temperatures were shown at stations located in urban area with low albedo and high emissivity, in general. However, temperature was high at Gajwa and Ttukseom stations, the albedo was relatively high due to the station environment surrounded by glass wall buildings and the Han river. In the station located in suburban area, both emissivity and temperature were low. Among these stations, Bucheon station had the highest emissivity values because the surface temperature was relatively lower than that of the suburban area. As a result, the albedo decreased and the emissivity increased at stations in urban areas. Additionally, Seoul metropolitan area had less than $100Wm^{-2}$ of net radiation, which implied that radiation energy could be absorbed in the atmosphere.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.244-244
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• 2017

2015년 국토교통부(영산강홍수통제소)에서는 물 순환 과정의 규명에 이용되는 증발산량 자료의 제공을 목적으로 무안지역에 플럭스 타워를 설치하여 운영하고 있다. 무안 플럭스 타워는 에디공분산 방법을 이용하여 증발산량 자료를 관측하는 방식으로, 본 연구에서는 무안 관측소에서 생산된 자료의 정상성 검토를 위하여 2015년과 2016년 운영 결과를 비교 분석하였다. 무안관측소의 2015년도 연 증발산량은 615.8mm(연 강수량 대비 56.0%)로 나타났으며, 2016년도 연 증발산량은 721.5mm(연 강수량 대비 49.5%)로 나타났다. 연 증발산량은 전년대비 약 100mm 증가하는 양상을 보였으며, 강수량 대비 비율은 6.5% 감소하는 것으로 분석되었다. 2015년 대비 2016년 무강우일수는 6일 증가 하였으나, 실제 순복사에너지는 $18,320w/m^2$ 감소하는 것으로 나타났다. 실제 이 차이는 2개년 평균치의 약 2% 내외 수준으로 예년대비 순복사에너지는 거의 비슷한 것으로 분석되었다. 복합적 요인에 의해 정량적 크기가 결정되는 증발산량의 특성상 추가적인 분석이 필요하나, 2016년의 경우 전년대비 증가한 강우의 영향이 지배적이였던 것으로 검토되었다(2015강수량 : 1,099mm, 2016강수량 : 1,457mm). 월별 증발산량 비교 분석결과 정량적인 차이는 존재했으나 전년과 마찬가지로 1월부터 증발산량이 증가하여 8월에 최대 증발산량을 보인 후 감소하는 형태를 나타냈으며, 5월과 6월이 증발산량이 역전되는 양상도 동일하게 나타났다. 이는 남부지역 모내기 시기인 5월경 관개용수(Irrigation water) 공급에 따른 유입원의 증가와 함께 5월 대비 6월(장마철) 흐린날(Cloudy condition) 증가에 따른 상대적인 순복사에너지(5월: 약20만$w/m^2$, 6월: 약17만$w/m^2$)의 감소가 주 원인이였던 것으로 검토되었다. 이를 통해 볼 때 무안 증발산량 자료는 추가적인 경년변화 연구가 필요하겠으나, 국가통계자료로써 유의미한 자료로 판단되며, 향후 증발산량에 대한 지속적인 연구 및 관측망의 확대를 통해 국가 이수관련 정책수립에 유용한 자료로 이용 될 수 있을것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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• 2016.10a
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• pp.93-93
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• 2016

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.46 no.2
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• pp.111-122
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• 2013

The necessity of clear understanding of water and energy cycles has been attracted recently due to the climate change. The micrometeorological flux tower networks play a role of cornerstone of the hydrological and ecological analyses. Although the eddy covariance techniques used for flux tower have been proven to be applicable for estimation of latent heat flux, the raw data are often underestimated and needs to be corrected. Among several methods, the Bowen ratio is recognized as the most useful method in which the net radiation and other flux data (Ground heat flux, Sensible heat flux) are used and needed to be validated. In this study, in order to validate the net radiation from flux tower in Seolmacheon and Cheongmicheon watersheds, we compare it with two version of calculated net radiation: (1) FAO 56 Daily net radiation proposed by Allen et al. (1998). (2) Instantaneous net radiation proposed by Bastiaanssen (1995). The results showed that the net radiation from the flux data had similar tendency with those calculated based on physical theory. In addition, after it was applied to Bowen ratio method, the corrected latent heat flux was considerably improved with making the energy balance much more closed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.6-6
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• 2016

최근 전 지구적인 기후 변화에 따라 수문 순환을 이루고 있는 다양한 수문 기상 인자들의 변동성에 영향을 미치고 있다. 특히, 증발산은 수문순환을 구성하는 중요한 인자로서 대기와 지표간의 상호 작용을 파악하기 위해서는 이에 대한 정확한 이해 및 산정이 필수적이다. 일반적으로 증발산량을 산정하기 위해서 증발 접시 및 에디 공분산 기반 플럭스 타워에서 관측된 지점 자료만을 이용하여 증발산량의 변동성을 파악하는 연구들이 수행되어왔다. 그러나 지점 자료만을 이용하여 증발산량을 산출하게 되면 공간적인 변동성을 파악하는데 있어서 한계점이 발생하게 된다. 이러한 제약 사항을 해결하기 위해서, 인공위성 기반의 수문 기상인자를 물리식 기반 증발산량 산정식의 입력 자료로 구축하여 증발산량을 산정하고 이에 대한 시 간적인 변동성을 파악하는 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 인공위성 기반 증발산량 산정 알고리즘의 대표적인 예로 공기동역학적 항과 에너지 수지 항들을 동시에 고려할 수 있는 Penman-Monteith 방법을 근간으로 수정하여 만들어낸 Remote Sensing based Penman-Monteith (RS-PM) 알고리즘이 있다. 그러나 RS-PM 기반의 증발산량 경우 태양복사열, 풍속, 온도, 습도와 같은 많은 수문기상인자들이 입력 자료를 요구한다. 이에 따라, 본 연구에서는 기존의 방법에 비해 상대적으로 적은 입력 자료를 사용하는 Modified Satellite-Based Priestley-Taylor (MS-PT) algorithm의 적용성을 평가하기 위해 MODerate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 자료를 이용하여 한반도에서 순복사에너지 (Net radiation) 및 실제 증발산량 (Actual evapotranspiration)을 산정하였다. 또한, 이에 대한 검증을 위해 청미천 유역에 설치되어있는 에디 공분산 기반 플럭스 타워에서 관측된 순복사 에너지 및 실제 증발산량에 대한 통계적 검증을 실시하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.219-219
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• 2011

순 장파복사량은 지표면으로 입사되는 하강 장파복사량(Downward Longwave Radiation, $R_{ld}$)과 지표면에서 반사되는 상승 장파복사량(Upward Longwave Radiation, $R_{lu}$)의 차이로 정의되는데 이는 에너지 수지 및 농업기상 연구의 중요한 주제 중 하나로서 다루어져 온 순복사량의 중요한 요소이다. 일반적으로 $R_{lu}$의 경우 지표면 온도와 방사율(emissivity)를 이용하여 산출되므로 정확히 추정이 가능하나, $R_{ld}$의 경우 대기 최상층에서 관측되는 방사량과 지표면 근처의 방사량을 함께 고려해야 하므로 실측이 어렵다. $R_{ld}$는 야간 복사계(pyrgeometer)를 이용하여 직접적으로 측정할 수 있지만 관측기기 자체가 구비되어있는 관측소가 적어 매우 드물게 이용된다. 또한 단파 복사 에너지 측정 기기에 비해 비용이 많이들고 종종 관측값이 큰 오차를 가지고 있기 때문에 실무에 적용하기 힘든 단점이 있다. 따라서 기상 관측소에서 얻어지는 증기압과 온도 관측치를 물리식, 경험식 등에 적용하여 산정하게 된다. 현재는 $R_{ld}$의 추정은 관측된 방사량간의 관계를 나타내는 경험식을 기반으로 지표면 근처의 대기 온도와 습도를 이용하여 산출하는 방법이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 증발산 산정 알고리즘 개발의 시발점으로써 $R_{ld}$를 먼저 구하고 $R_{lu}$를 구하였다. 신뢰성 높은 방법을 이용하여 $R_{ld}$를 구하게 되면 정확도 높은 $R_N$을 구하는 데 기여할 수 있으며, 궁극적으로 보다 정확한 증발산을 산정할 수 있게 된다. $R_{ld}$는 일반적으로 clear sky 조건 하에서의 복사 에너지 플럭스($R_{ldc}$)를 구한 후 구름의 양에 따라 보정한다. 하강 장파복사량의 경우 널리 사용되는 공식 중 하나인 Brutsaert의 공식을 사용하였다. 광릉, 해남에 위치한 플럭스 타워지점에서 실측된 기온과 실제 수증기압을 입력인자로 사용하여 지점별 $R_{ldc}$를 먼저 구하고 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) 영상자료를 이용하여 검증한 뒤 최종적으로 남한지역을 대상으로 순 장파복사량 지도를 작성하였다. 이를 위해 MODIS 07 대기 프로파일 산출물(Atmospheric Profile Product)중 기온 및 이슬점온도를 추출하여 산정식의 입력자료로서 사용하였다. 상승 장파복사량의 경우 MODIS 11 지표면 온도 산출물(Land Surface Temperature product)를 이용하여 산정하였다. 이는 남한 지역의 증발산량 추정 및 에너지 수지 연구를 위한 중요한 기본 자료로서 유용하게 사용될 수 있으리라 사료된다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.16 no.3
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• pp.246-260
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• 2014

A 90-m horizontal-resolution numerical model was configured to study the micrometeorological features of local winds in the valley of Gwangneung KoFlux (Korea Flux network) Sites (GDK: Gwangneung Deciduous forest site in Korea, GCK: Gwangneung Coniferous forest site in Korea) during summer days. The U. S. Geological Survey (USGS) Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data were employed for high-resolution model terrain height. Model performance was evaluated by comparing observed and simulated near-surface temperature and winds. Detailed qualitative analysis of the model-simulated wind field was carried out for two selected cases which are a clear day (Case I) and a cloudy day (Case II). Observed winds exhibited that GDK and GCK, as well as Case I and Case II, had differences in timing, duration and strength of daytime and nighttime wind direction and speeds. The model simulation results strongly supported the existence of the drainage flow in the valley of the KoFlux tower sites. Overall, the simulated model fields realistically presented the diurnal cycle of local winds in and around the valley, including the morning drainage-upslope transition and the evening reversal of upslope wind. Also, they indicated the complexity of local winds interactions by presenting that daytime westerly winds in the valley were not always pure mountain winds and were often coupled with larger-scale wind systems, such as synoptic-scale winds or mesoscale sea breezes blowing from the west coast of the peninsula.