Seo, Ho Cheol;Kim, Jeong Bin;Lee, Jae Hyeong;Kim, Yeonjoo
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2017.05a
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pp.173-173
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2017
지구표면에서 발생하는 물순환, 에너지순환, 탄소순환은 토지-대기-식생간의 물리화학적 관계에 의하여 발생하며 이를 모사하기 위해 지면 및 기후모델이 활용된다. 본 연구에서는 NCAR의 지면모형인 Community Land Model(CLM) v4.5를 동아시아에 적용하고자 한다. 동아시아 범위에서 Fluxtower가 설치되어 물, 에너지, 탄소 플럭스 자료가 관측된 지점에서 모형을 구동하고 결과를 평가하였다. CLM 결과에 따른 증발산(Evapotranspiration), 잠열(Latent heat), 헌혈(Sensible heat)과 같은 물 및 에너지 순환에 관한 결과 뿐 아니라 총 일차생산량(Gross primary production), 순생태계순환(Net ecosystem exchange), 생태계 호흡량(Ecosystem respiration)과 같은 탄소순환에 관한 결과를 비교, 분석하였다. 특히, 기초 결과 분석에 따라 지면 모형 내의 여러 모듈 중에서 화재 관련 모듈에 초점을 맞추어 CLM 모형을 개선하였다. 화재는 식생의 성장에 많은 영향을 미치는 모듈로서 탄소순환 모의에 중요한 역할을 한다. 전 지구 대상 모의를 기반으로 하는 CLM에서 삼림 및 초지 지역의 화재 발생는 국내총생산(Gross domestic product, GDP) 및 인구밀도에 따라 모수화되어 있으나, 이는 전 지구 혹은 지역 대상이 아닌 지점 수준의 모형적용을 위해 부적합하다. 이에 관련 모수들을 재산정하고 개선된 모형 결과를 정량화하기 위해 위에서 언급한 물순환, 에너지순환, 탄소순환 관련된 변수들의 모의값을 Fluxtower 관측값과 비교, 분석하였다.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.76-76
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2015
토양수분은 생태수문학에서 식생과의 상호작용의 중요한 인자이자, 대기와의 상호작용으로 인한 총체적인 물 순환에 밀접한 관련이 있다. 수문학적으로는 증발, 침투, 지하수 함량, 토양 침식, 식생 분포 등을 지배하는 중요한 요소이고, 특히 시 공간적 분포특성은 강수 사상 후 토양으로의 침투 및 토양수분의 재분포, 증발산과 불포화대에서의 오염물의 이송을 예측하는데 매우 중요하다. 또한, '07년 하천법 개정으로 증발산량 및 토양수분량이 신규 수문조사 항목으로 추가되어, 토양수분 측정에 대한 필요성이 높아졌다. 따라서, 2008년 5월, K-water연구원에서는 현재 시험유역으로 운영하고 있는 용담시험유역에 토양수분관측망(6개 관측소)을 구축하였다. 토양수분계는 토양수분을 결정하는 가장 중요한 인자인 강우자료의 획득이 이루어지는 지점에 설치하여 정확도와 신뢰도를 높일 수 있도록 용담시험 유역 내 6개 우량관측소에 설치하였다. 하지만 장비의 노후화에 따른 자료 취득의 어려움으로 인하여 2013년 4월, 토양수분계를 전면 교체하였다. 토양수분계는 기존의 FDR 방식에서 EC 농도에 대한 영향이 가장 적고, 플럭스 타워에 위치한 토양수분계 센서와 동일한 TDR 방식의 센서로 장비를 전면 교체하였다. 센서 설치 장소 변경에 따른 TDR 센서의 검증과 그리고 흙의 종류, 입도, 다짐도, 온도 등에 의한 오차가 발생 여부를 판단하기 위하여 이에 대한 보정을 실시하였다. 원지반 시료채취를 통하여 토양수분량을 측정하였고, TDR 센서에 의해 측정된 토양수분량과 채취된 시료에서 측정된 토양수분량의 결과를 비교하였고, 각 지점별 토양구성비와 전기전도도 조건을 고려하여 각 토층별 계수적용을 달리하여 센서 보정을 실시하였다. 그 결과 기존 센서 제조사에서 제안한 방정식을 그대로 사용하는 것 보다는 센서 검증을 통하여 얻은 계수보정에 의한 토양수분 변환식을 사용하는 것이 정확한 현장 자료를 확보할 수 있고, 신뢰도 높은 자료를 얻을 수 있다고 판단된다.
This study is to evaluate the RHESSys (Regional Hydro-Ecological Simulation System) simulated streamflow (Q), evapotranspiration (ET), soil moisture (SM), gross primary productivity (GPP) and photosynthetic productivity (PSNnet) with the measured data. The RHESSys is a hydro-ecological model designed to simulate integrated water, carbon, and nutrient cycling and transport over spatially variable terrain. A 8.5 $km^2$ Seolma-cheon catchment located in the northwest of South Korea was adopted. The catchment covers 90.0% forest and the dominant soil is sandy loam. The model was calibrated with 2 years (2007-2008) daily Q at the watershed outlet and MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) GPP, PSNnet and 3 year (2007~2009) daily ET data measured at flux tower using the eddy-covariance technique. The coefficient of determination ($R^2$) and the Nash-Sutcliffe model efficiency (ME) for Q were 0.74 and 0.63, and the average $R^2$ for ET and GPP were 0.54 and 0.93 respectively. The model was validated with 1 year (2009) Q and GPP. The $R^2$ and the ME for Q were 0.92 and 0.84, the $R^2$ for GPP were 0.93.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.11
no.1
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pp.27-38
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2009
The multi-level profile system is designed to measure the vertical profile of $H_2O$ and $CO_2$ concentrations in the surface layer to estimate the storage effects within the plant canopy. It is suitable for long-term experiments and can be used also in advection studies for estimating the spatial variability and vertical gradients in concentration. It enables the user to calculate vertical fluxes of water vapor, $CO_2$ and other trace gases using the surface layer similarity theory and to infer their sources or sinks. The profile system described in this report includes the following components: sampling system, calibration and flow control system, closed path infrared gas analyzer(IRGA), vacuum pump and a datalogger. The sampling system draws air from 8 inlets into the IRGA in a sequence, so that for 80 seconds air from all levels is measured. The calibration system, controlled by the datalogger, compensates for any deviations in the calibration of the IRGA by using gas sources with known concentrations. The datalogger switches the corresponding valves, measures the linearized voltages from the IRGA, calculates the concentrations for each monitoring level, performs statistical analysis and stores the final data. All critical components are mounted in an environmental enclosure and can operate with little maintenance over long periods of time. This report, as a practical manual, is designed to provide helpful information for those who are interested in using profile system to measure evapotranspiration and net ecosystem exchanges in complex terrain.
Talucder, Mohammad Samiul Ahsan;Kim, Joon;Shim, Kyo-Moon
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.23
no.4
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pp.235-250
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2021
The overarching question of this study is how a typical rice cultivation system in Gimje, Korea was keeping up with the triple-win challenge of climate-smart agriculture (CSA). To answer this question, we have employed (1) quantitative data from direct measurement of energy, water, carbon and information flows in and out of a rice cultivation system and (2) appropriate metrics to assess production, efficiency, GHG fluxes, and resilience. The study site was one of the Korean Network of Flux measurement (KoFlux) sites (i.e., GRK) located at Gimje, Korea, managed by National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration. Fluxes of energy, water, carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) were directly measured using eddy-covariance technique during the growing seasons of 2011, 2012 and 2014. The production indicators include gross primary productivity (GPP), grain yield, light use efficiency (LUE), water use efficiency (WUE), and carbon uptake efficiency (CUE). The GHG mitigation was assessed with indicators such as fluxes of carbon dioxide (FCO2), methane (FCH4), and nitrous oxide (FN2O). Resilience was assessed in terms of self-organization (S), using information-theoretic approach. Overall, the results demonstrated that the rice cultivation system at GRK was climate-smart in 2011 in a relative sense but failed to maintain in the following years. Resilience was high and changed little for three year. However, the apparent competing goals or trade-offs between productivity and GHG mitigation were found within individual years as well as between the years, causing difficulties in achieving the triple-win scenario. The pursuit of CSA requires for stakeholders to prioritize their goals (i.e., governance) and to practice opportune interventions (i.e., management) based on the feedback from real-time assessment of the CSA indicators (i.e., monitoring) - i.e., a purpose-driven visioneering.
Park, Ki Jin;Kim, Ki Young;Kim, Chan Young;Park, Jong Min
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.5
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pp.637-648
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2024
The frequency of extreme weather events such as heavy and extreme rainfall has been increasing due to global climate change. Accordingly, it is essential to quantify hydrometeorological variables for efficient water resource management. Among the various hydro-meteorological variables, Land Surface Temperature (LST) and Evapotranspiration (ET) play key roles in understanding the interaction between the surface and the atmosphere. In Korea, LST and ET are mainly observed through ground-based stations, which also have limitation in obtaining data from ungauged watersheds, and thus, it hinders to estimate spatial behavior of LST and ET. Alternatively, remote sensing-based methods have been used to overcome the limitation of ground-based stations. In this study, we evaluated the applicability of the National Aeronautics and Space Administration's (NASA) ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station (ECOSTRESS) LST and ET data estimated across Korea (from July 1, 2018 to December 31, 2022). For validation, we utilized NASA's MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data and eddy covariance flux tower observations managed by agencies under the Ministry of Environment of South Korea. Overall, results indicated that ECOSTRESS-based LSTs showed similar temporal trends (R: 0.47~0.73) to MODIS and ground-based observations. The index of agreement also showed a good agreement of ECOSTRESS-based LST with reference datasets (ranging from 0.82 to 0.91), although it also revealed distinctive uncertainties depending on the season. The ECOSTRESS-based ET demonstrated the capability to capture the temporal trends observed in MODIS and ground-based ET data, but higher Mean Absolute Error and Root Mean Square Error were also exhibited. This is likely due to the low acquisition rate of the ECOSTRESS data and environmental factors such as cooling effect of evapotranspiration, overestimation during the morning. This study suggests conducting additional validation of ECOSTRESS-based LST and ET, particularly in topographical and hydrological aspects. Such validation efforts could enhance the practical application of ECOSTRESS for estimating basin-scale LST and ET in Korea.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.12
no.4
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pp.277-288
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2010
The multi-level $H_2O/CO_2$ profile system has been widely used to quantify the storage and advection effects on energy and mass fluxes measured by eddy covariance systems. In this study, we expanded the utility of the profile system by accommodating air sampling devices for isotope analyses of water vapor and $CO_2$. A pre-evacuated 2L glass flask was connected to the discharge of an Infrared Gas Analyzer (IRGA) of the profile system so that airs with known concentration of $H_2O$ and $CO_2$ can be sampled. To test the performance of this sampling system, we sampled airs from 8 levels (from 0.1 to 40 m) at the KoFlux tower of Gwangneung deciduous forest, Korea. Air samples in the 2L flask were separated into its component gases and pure $H_2O$ and $CO_2$ were extracted by using a vacuum extraction line. This novel technique successfully produced vertical profiles of ${\delta}D$ of $H_2O$ and ${\delta}^{13}C$ of $CO_2$ in a mature forest, and estimated ${\delta}D$ of evapotranspiration (${\delta}D_{ET}$) and ${\delta}^{13}C$ of $CO_2$ from ecosystem respiration (${\delta}^{13}C_{resp}$) by using Keeling plots. While technical improvement is still required in various aspects, our sampling system has two major advantages over other proposed techniques. First, it is cost effective since our system uses the existing structure of the profile system. Second, both $CO_2$ and $H_2O$ can be sampled simultaneously so that net ecosystem exchange of $H_2O$ and $CO_2$ can be partitioned at the same temporal resolution, which will improve our understanding of the coupling between water and carbon cycles in terrestrial ecosystems.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.13
no.2
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pp.56-68
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2011
Wet canopy evaporation ($E_{WC}$) has been recognized as a significant component of total evapotranspiration, especially in forests and therefore it is critical to accurately assess $E_{WC}$ to understand forest hydrological cycle. In this review, I focused on the measurement methods and evaluating the magnitudes of $E_{WC}$ at diverse forest types (e.g., deciduous, coniferous, mixed, and rain forests). I also present the general issues to be considered for $E_{WC}$ measurements. The commonly used measurement methods for $E_{WC}$ include the water balance, energy balance, and the Penman-Monteith (PM) methods. The magnitudes of $E_{WC}$ ranged from 5 to 54% of precipitation based on the literature review, showing a large variation even for a similar forest type possibly related to canopy structure, rainfall intensity, and other meteorological conditions. Therefore, it is difficult to draw a general conclusion on the contribution of $E_{WC}$ to evapotranspiration from a particular forest type. Errors can arise from the measurements of precipitation (due to varying wind effect) and throughfall (due to spatial variability caused by canopy structure) for water balance method, the measurements of sensible heat flux and heat storage for energy balance method, and the estimation of aerodynamic conductance and unaccounted sensible heat advection for the PM method. For a reliable estimation of $E_{WC}$, the combination of ecohydrological and micrometeorological methods is recommended.
In this study, the actual evapotranspiration products of Global Land Data Assimilation System (GLDAS), Global Land Evaporation Amsterdam Model (GLEAM) and MOD16, which are satellite- and reanalysis-based dataset, were validated at the flux tower sites (i.e., CFK and SMK) managed by Korea Institute of Hydrological Survey, and the uncertainty and correlation analysis were conducted using Triple Collocation (TC) method. The result of validation with the flux tower showed better agreement in the order of GLEAM> GLDAS>MOD16. At the result of three combinations (S1: flux tower vs. GLDAS vs. MOD16, S2: flux tower vs. GLDAS vs. GLEAM, S3: flux tower vs. GLEAM vs. MOD16), the order of best to worst is GLEAM, GLDAS, MOD16, and flux tower for CFK (GLDAS> GLEAM>MOD16>flux tower for SMK). Since the error variance and correlation coefficients of the flux tower show relatively worse performance in TC analysis than the other products, By applying TC method to three products (GLDAS vs. GLEAM vs. MOD16), the uncertainty of each dataset were evaluated at the Korean Peninsula, As a results, the GLDAS and GLEAM performed reasonable performance (low error variance and high correlation coefficient), whereas results of MOD16 showed high error variance and low correlation coefficient at the cropland.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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