• 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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• 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.

• Journal of Wetlands Research
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• v.11 no.1
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• pp.105-113
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• 2009

Heat energy exchange is very important processes in the coastal wetland ecosystems. We observed and analyzed the net radiation flux, the sensible heat flux, the latent heat flux and the soil heat flux, which are balanced in the heat energy balance, over a reclaimed land covered with reeds at Goheung, Jeonllanamdo where is horizontally plane. The atmospheric turbulence had been measured in order to estimate the heat transfer during 5 intensive observation periods (IOPs). It was considered that the soil consists of water, fine particles, and vegetation canopy that changes color and density according to the season. We examined the characteristics of the heat flux and the vegetation effect on the air temperature control. It was noted that the heat was transported mainly by latent heat flux in the summer season and the vegetation canopy decreased the daily temperature range due to the heat storage. The air temperature was lower at the IOPs site than near urban area. This showed that the coastal wetland covered with the vegetation control the thermal environment.

• 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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• 2010.05a
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• pp.1585-1590
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• 2010

토양으로부터 발생하는 증발과 식물에서 일어나는 증산을 모두 포함하는 증발산은 일반적으로 연구된 물리식과 경험식 등을 이용하여 산정하고 lysimeter 실측 자료를 이용하여 지역 특성에 맞게 검증하는 방법을쓰고 있다. 하지만 이와 같은 방법은 어느 한 점에만 국한되어 적용되기 때문에 공간적인 제약이 있으며 외부환경의 영향을 크게 받는 증발산의 특성상 이를 일반화하는 데에도 어려움이 따른다. 따라서 이러한 점들을 보완하고 해결하기 위해 원격탐사 (Remote Sensing)를 이용하여 넓은 지역에 분포되어 있는 증발산량을 공간적으로 산정하고자 한다. 증발산량은 크게 물수지, 에너지수지 방법을 이용하여 구할 수 있으며, 본 연구에서는 에너지수지 방법을 기반으로 한 원격 이미지 처리 모형을 이용하여 에너지 수지식의 각 항을 이루는 순복사 에너지, 토양열 플럭스, 현열 플럭스와 함께 증발산을 나타내는 잠열 플럭스를 통합적으로 처리하여 산정, 이를 지도로 나타내고 기본적인 통계분석을 실시하였다. 작성된 지도는 유역 내 토지 피복, 식생 분포, 고도 등 외부 인자들의 변화에 따라 증발산량이 공간적으로 어떻게 변화하는지를 알아볼 때 유용하게 쓰일 것이며, 다른 증발산 지도와의 비교를 통해 연구지역에서의 시간 변동성을 파악하는 데에도 도움이 될 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.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.21 no.3
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• pp.135-145
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• 2019

Analysis of a long cycle or a trend of time series data based on a long-term observation would require comparability between data observed in the past and the present. In the present study, we proposed an approach to ensure the compatibility among the instruments used for the long-term observation, which would allow to secure continuity of the data. An open-path gas analyzer (Model LI-7500, LI-COR, Inc., USA) has been used for eddy covariance flux measurement in the Gwangneung deciduous forest for more than 10 years. The open-path gas analyzer was replaced by an enclosed-path gas analyzer (Model EC155, Campbell Scientific, Inc., USA) in July 2015. Before completely replacing the gas analyzer, the carbon dioxide ($CO_2$) and latent heat fluxes were collected using both gas analyzers simultaneously during a five-month period from August to December in 2015. It was found that the $CO_2$ fluxes were not significantly different between the gas analyzers under the condition that the daily mean temperature was higher than $0^{\circ}C$. However, the $CO_2$ flux measured by the open-path gas analyzer was negatively biased (from positive sign, i.e., carbon source, to 0 or negative sign, i.e., carbon neutral or sink) due to the instrument surface heating under the condition that the daily mean temperature was lower than $0^{\circ}C$. Despite applying the frequency response correction associated with tube attenuation of water vapor, the latent heat flux measured by the enclosed-path gas analyzer was on average 9% smaller than that measured by the open-path gas analyzer, which resulted in >20% difference of the sums over the study period. These results indicated that application of the additional air density correction would be needed due to the instrument heat and analysis of the long-term observational flux data would be facilitated by understanding the underestimation tendency of latent heat flux measurements by an enclosed-path gas analyzer.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.191-191
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• 2023

기후변화 대응을 위한 탄소 중립의 중요성이 대두되는 요즘, 생태계의 가장 큰 메탄 저장소로서 지구의 탄소 순환에 주요한 영향을 미치는 습지에 대한 이해는 필수적이다. 전지구 지면 모델인 Community Land Model(CLM)에 Functionally Assembled Terrestial Ecosystem Simulator(FATES) 외부 모듈을 함께 구동한 지면 생태계 모델 CLM-FATES는 지면 heterogeneity와 다양한 식생 종류를 고려하여 에너지 플럭스, 토양 수문, 생화학적 과정 등을 모의함으로써 탄소 동태 변화를 포함한 장기적 생태계 동태 변화 모의를 가능하게 한다. 본 연구는 CLM-FATES 모델을 미국 캘리포니아주 Mayberry Wetland (US-Myb)와 Twitchell East End Wetland (US-Tw4)에 적용하였다. 모델의 대기 입력 자료로는 FLUXNET-CH4에서 제공하는 에디 공분산 기반 플럭스 관측 자료를 사용하였다. 기존 CLM-FATES 모델은 토양이 장기간 포화 혹은 침수되어 지표 위 혹은 지표면 가까이 발달한 지하수면을 가지고 있는 습지의 수문학적 특성을 잘 반영하지 못해 정밀한 습지 생태계 동태 변화 모의에 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 CLM-FATES를 통한 보다 정확한 습지 생태계 모의를 위해 모델 내 토양 수문 관련 모듈을 수정하여 모델이 습지의 수문학적 특성을 반영할 수 있도록 하였다. 모델 구동 결과 도출한 잠열, 총일차생산량(Gross Primary Production: GPP)과 순생태계생산량(Net Ecosystem Production, NEP) 플럭스, 메탄 플럭스, 엽면적지수(Leaf Area Index; LAI)와 지표수 높이에 대해 관측값 대비 RMSE 및 R² 값을 계산하여 모의 결과의 적절성을 분석하였다. 이러한 모델 개선 경험을 바탕으로 추후 우리나라 습지 사이트에 모델을 적용하여 습지 탄소 동태 예측에 활용할 계획이다.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.30 no.6
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• pp.709-720
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• 2009

Field observation and numerical experiments were conducted to understand the impact of water retention pavement on the surface heat budget and on the regional circulation. The numerical model applied in this study is the atmospheric dynamic model Local Circulation Model (LCM) with two dimensional grid system, and a field observation was carried out under the clear sky and calm conditions of the weather on 19 July 2007. In the field observation, the maximum value of surface temperature on pavement covered with water retention material reached the $41.2^{\circ}C$ at 1430 LST and the values was lower for $16.1^{\circ}C$ than that of asphalt without the material. The Case BET03 assumed to be 0.3 for the surface evaporation efficiency was in good agreement with the observation and its sensible and latent heat fluxes were numerically estimated to be 229 and 227 $W/m^2$, respectively. Results of the numerical experiments demonstrated that the water retention pavement tends to induce the increase of latent heat flux associated with the lower surface temperature and mixing height during the daytime. Discontinuity of latent heat caused by the water retention pavement also tends to promote the development of mesoscale circulation called as land-land breeze or country breeze.