• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.44-44
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• 2023

지표면 위 에너지 수지, 즉 순 복사에너지가 어떤 비율로 지열, 현열, 잠열로 분할되는지를 이해하는 것은 매우 중요한 문제이지만, 에너지 분할과 주변 환경 변수 사이의 인과관계를 역학적으로 설명하는 것은 난제로 남아있다. 이 연구에서는 지표면 에너지 분할에서 어떠한 조건에서라도 보편적으로 발견되는 특성을 찾아서 다양한 식생 조건에서 관측된 복사에너지 및 열 플럭스 관측소의 자료를 토대로 각 에너지 항의 시간 변동성을 분석했다. 시계열 분석을 위해 공분산 기법을 통해 관측한 현열 및 잠열 자료를 제공하는 Fluxnet 자료를 사용했으며, International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) 구분법에 따라 낙엽수림, 상록수림, 농지 및 사바나에 위치한 관측소의 자료를 비교 분석했다. 모든 관측소에서 에너지 수지에서 현열과 잠열의 합이 전체 순 복사에너지에서 차지하는 비중은 시간에 따라 큰 변화를 보이지 않는다는 특성을 발견했다. 하지만, 현열 또는 잠열이 차지하는 비중은 큰 계절성을 보여주고 있었다. 이를 종합하면 현열과 잠열이 상호보완적으로 발생한다는 것을 의미한다. 한편 시간에 따른 두 열 플럭스의 움직임은 해당 관측소 근처에서 서식하는 식생 특성과 깊게 관련됐음을 확인했다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.7-7
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• 2015

가뭄 및 홍수 등 재해를 방지하고 효율적인 물 관리를 위해서는 지표와 대기 사이에 이루어지는 수문기상 요소의 정량화가 필요하다. 수문기상요소는 관측을 통해 파악하는 것이 가장 정확하지만 광범위한 지역에 대한 관측은 한계가 있으므로 일반적으로 지면모델(Land Surface Model)을 많이 이용한다. 본 연구에서 Noah LSM(Noah Land Surface Model)과 TOPLATS(TOPmodel based Land-Atmosphere Transfer Scheme) 및 DHSVM(Distributed Hydrology Soil Vegetation Model)의 세 모델을 활용하여 안동댐 유역의 수문기상정보를 산출하고 관측자료와 검증함으로 각 모델의 특성을 분석하자 한다. 본 연구에서 사용된 관측자료는 국립기상과학원에서 운영중인 안동댐 유역 플럭스타워의(A6, A7) 지표근처 기상장과 에너지 요소이다. '13년 10월부터 '14년 11월까지 기간에 대해 각 지점에서 관측된 현열 및 잠열 플럭스의 품질관리를 수행하였으며, 이 자료를 본 연구의 검증자료로 활용하였다. 각 모델을 강제하기 위한 지표근처 기상자료는 두 지점에서 관측된 기온, 풍향 풍속, 상대습도, 강수, 지중온도 및 장 단파 복사량이며, 각 모델에서 산출된 잠열 및 현열 플럭스, 토양수분과 증발산량을 관측값과 비교 검증하였다. 본 연구결과는 한국수자원학회 학술발표회를 통하여 소개될 예정이며, 향후 멀티모델 앙상블 시스템 구축에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.434-434
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• 2023

다양한 지면 모형은 대기 강제력 데이터 세트에 의해 구동되며 육지의 물, 에너지 및 생지화학적 순환의 해석에 활용된다. 그 중 에너지 플럭스 교환을 추정하는 것은 극심한 가뭄, 폭염, 물 부족 등 극한 기후 현상에서 중요한 역할을 한다. 에너지 플럭스는 기상기후조건과 토지피복의 변화에 따른 영향을 받고 있는데 그 영향을 구체적으로 조사하는 것은 생태계 프로세스의 매커니즘을 구성하는 데 필수적이다. 본 연구에서는 최신버전인 Community Land Model 버전 5.0 (CLM5)를 이용하여 동북아시아 지역의 에너지 플럭스의 시공간분포를 분석하였다. CLM5의 시뮬레이션은 1991년부터 2010년까지 2.5° × 2.5° 그리드에서 실행되었고 주요 에너지 인자인 순복사량, 현열, 잠열을 모의하였으며, 실행결과는 FLUXNET의 동북아시아 사이트의 관측자료를 이용하여 모델을 검증 및 평가하였다. 대기 강제력 변수의 차이는 모의 결과에 영향을 미치기 때문에 수문인자와 토지피복유형에 따른 에너지 플럭스의 변동성을 분석하였고 잠열을 식생 증발산열과 지면 증발열로 파티션하여 연구지역에 따른 각 구성요소의 비율을 산정하였다. 20년간의 순복사열, 잠열과 온도의 시공간적 변동성의 연 추세를 분석한 결과 동북아시아의 대부분 지역에서 잠열과 온도는 소폭 증가되였고 순복사열은 중국 내륙과 몽골지역에서 감소되였다. 본 연구는 지표와 대기 사이의 에너지 교환에 대해 분석하였으며 이후 증발산 및 물 플럭스와의 연동성과 관계성 분석에 활용하여 기후변화를 이해하는 데 기여할수 있을 것으로 사료된다.

• 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.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.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.34 no.6
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• pp.561-574
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• 2013

This study investigates energy fluxes measured near Gangjeong-Goryeong Weir of the Nakdong River of South Korea for more than a year, from July 2011 to September 2012, in order to analyze the applicability of the data for future impact analyses. Each of the two study sites is located in a rural area, surrounded by agricultural fields, and an urban industrial area. Sensible and latent heat fluxes are analyzed according to the wind direction. In the summertime, when the wind blows from the river, sensible heat tends to decrease and latent heat tends to increase at both sites. This result is considered to be caused by moisture transfer from the river. Bowen ratio, energy balance closure, momentum flux, and stability are analyzed as well. The Bowen ratio of the rural agricultural site turns out higher than that of the urban site regardless of the season. The energy balance closure is higher at the agricultural site compared to the urban area, which is mainly due to exclusion of the storage term calculation at the urban site. The momentum flux is greater at the urban site both in winter and summer. The instability lasts longer during daytime and in the summertime, when there is a strong turbulence. The data from these sites are appropriate to be used in analyzing the impact of river in surrounding areas for future studies.

• Journal of Wetlands Research
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• v.18 no.2
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• pp.166-172
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• 2016

Accurate understanding of land surface is essential to analyze energy exchanges between earth surface and atmosphere. For the quantization of energy fluxes, the various researches about Land Surface Model(LSM) have been progressed. Among the various LSMs, the researches using Common Land Model(CLM) and Variable Infiltration Capacity(VIC) model are performed briskly. The CLM which is advanced LSM can calculate realistic results with few user defined parameters. The VIC model which is also typical LSM is widely used for estimation of energy fluxes and runoff in various fields. In this study, the energy fluxes which are net radiation, sensible heat flux, and latent heat flux were estimated using CLM and VIC model at Southern Sierra-Critical Zone Observatory(SS-CZO) site in California, United States. In case of net radiation and sensible heat flux, both models showed good agreement with observations, however, the CLM showed underestimated patterns of net radiation and sensible heat flux during precipitation period. In case of latent heat flux, the CLM represented better estimation of latent heat flux than VIC model which underestimated the latent heat flux. Through the estimation of energy fluxes and analysis of models' pros and cons, the applicability of CLM and VIC models and need of multi-model application were identified.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.34 no.3
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• pp.519-533
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• 2018

The sensible heat flux (SHF)and latent heat flux (LHF) over Korean Peninsula ocean during recent 4 years were calculated using Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment (COARE) 3.5 bulk algorithm and satellite-based atmospheric-ocean variables. Among the four input variables (10-m wind speed; U, sea surface temperature; $T_s$, air temperature; $T_a$, and air humidity; $Q_a$) required for heat flux calculation, Ta and $Q_a$, which are not observed directly by satellites, were estimated from empirical relations developed using satellite-based columnar atmospheric water vapor (W) and $T_s$. The estimated satellite-based $T_a$ and $Q_a$ show high correlation coefficients above 0.96 with the buoy observations. The temporal and spatial variability of monthly ocean heat fluxes were analyzed for the Korean Peninsula ocean. The SHF showed low values of $20W/m^2$ over the entire areas from March to August. Particularly, in July, SHF from the atmosphere to the ocean, which is less than $0W/m^2$, has been shown in some areas. The SHF gradually increased from September and reached the maximum value in December. Similarly, The LHF showed low values of $40W/m^2$ from April to July, but it increased rapidly from autumn and was highest in December. The analysis of monthly characteristics of the meteorological variables affecting the heat fluxes revealed that the variation in differences of temperature and humidity between air and sea modulate the SHF and LHF, respectively. In addition, as the sensitivity of SHF and LHF to U increase in winter, it contributed to the highest values of ocean heat fluxes in this season.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.15 no.4
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• pp.273-281
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• 2013

Based on the results of continuous flux measurements at the Gimje paddy flux site in the southwestern coast of Korea, carbon dioxide and energy exchanges between customarily cultivated rice-barley double cropping paddy field and the atmosphere during the 2012 rice growing season (from $9^{th}$ Jun. 2012 through $20^{th}$ Oct. 2012) were analyzed. Carbon dioxide and energy (H, LE) fluxes were estimated by the eddy covariance method. Environmental parameters (net radiation, precipitation, etc.) and plant biomass (LAI, plant height, etc.) were measured along with fluxes. After the quality control and gap-filling, the observed fluxes were analyzed. The results have been showed that net ecosystem exchange (NEE), gross primary production (GPP), and ecosystem respiration (Re) during the rice cropping period were -277.1, 710.3, and 433.2 g C $m^{-2}$, respectively.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.1B
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• pp.29-36
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• 2011

Evapotranspiration (ET) from the various surfaces needs to be understood because it is a crucial hydrological factor to grasp interaction between the land surface and the atmosphere. A traditional way of estimating it, which is calculating it empirically using lysimeter and pan evaporation observations, has a limitation that the measurements represent only point values. However, these measurements cannot describe ET because it is easily affected by outer circumstances. Thus, remote sensing technology was applied to estimate spatial distribution of ET. In this study, we estimated major components of energy balance method (i.e. net radiation flux, soil heat flux, sensible heat flux, and latent heat flux) and ET as a map using Mapping Evapo-Transpiration with Internalized Calibration (METRIC) satellite-based image processing model. This model was run using Landsat imagery of Gyeongan watershed in Korea on Feb 1, 2003 and Sep 13, 2006. Basic statistical analyses were also conducted. The estimated mean daily ETs had respectively 22% and 11% of errors with pan evaporation data acquired from the Suwon Weather Station. This result represented similar distribution compared with previous studies and confirmed that the METRIC algorithm had high reliability in the watershed. In addition, ET distribution of each land use type was separately examined. As a result, it was identified that vegetation density had dominant impacts on distribution of ET. Seasonally, ET in a growing season represented significantly higher than in a dormant season due to more active transpiration. The ET maps will be useful to analyze how ET behaves along with the circumstantial conditions; land cover classification, vegetation density, elevation, topography.