Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.33
no.5
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pp.415-426
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2015
Solar radiation under a clear sky is a important factor in the process by which meteorological satellite images are converted into solar radiation maps, and the quality of estimations depends on the accuracy of clear sky models. Therefore, it is important to select models appropriate to the purpose of the study and the study area. In this instance, complex models were applied using Linke turbidity, including ESRA, Dumortier, and MODTRAN, in addition to simple models such as Bourges and PdBV, which consider only the solar elevation angles. The presence of cloud was identified using the Communication, Ocean, and Meteorological Satellite and the Meteorological imager (COMS MI), and reference data were then selected. In order to calculate the accuracy of the clear sky models, the concepts of RMSE and MBE were applied. The results show that Bourges and PdBV produced low RMSE values, while PdBV had relatively steady RMSE values. Also, simple models tend to underestimate global solar irradiation during spring and early summer. Conversely, in the winter season, complex methods often overestimate irradiation. In future work, the cause of overestimation and other factors will be analyzed and the clear sky models will be adjusted in order to make them suitable for the Korean Peninsula.
Recently, although many efforts have been made to estimate insolation over Korean Peninsula based on satellite imagery, most of them have utilized overseas satellite imagery. This paper aims to estimate insolation over the Korean Peninsula based on the Korean stationary orbit satellite imagery. It utilizes level 1 data and level 2 cloud image of COMS MI, the first meteorological satellite of Korea, and OMI image of NASA as input data. And Kawamura physical model which has been known to be suitable for East Asian area is applied. Daily global horizontal insolation was estimated by using satellite images of every fifteen minutes for the period from May 2011 to April 2012, and the estimates were compared to the ground based measurements. The estimated and observed daily insolations are highly correlated as the $R^2$ value is 0.86. The error rates of monthly average insolation was under ${\pm}15%$ in most stations, and the annual average error rate of horizontal global insolation ranged from -5% to 5% except for Seoul. The experimental results show that the COMS MI based approach has good potential for estimating insolation over the Korean Peninsula.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.33
no.5
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pp.463-472
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2015
Solar radiation data are important data that can be used as basic research data in diverse areas. In particular, solar radiation data are essential for diverse studies that have been recently conducted in South Korea including those for new and renewable energy resource map making and crop yield forecasting. So purpose of this study is modification of Heliosat-II method to estimate solar irradiance in Korea by using COMS-MI imagery. For this purpose, in this study, errors appearing in ground albedo images were corrected through linear transformation. And method of producing background albedo map which is used in Heliosat-II method is modified to get more finely tuned one. Through the study, ground albedo correction could be successfully performed and background albedo maps could be successfully derived. Lastly, In this study, solar irradiance was estimated by using modified Heliostat-II method. And it was compared with actually measured values to verify the accuracy of the methods. Accuracy of estimated solar irradiance was 30.8% RMSE(%). And this accuracy level means that solar irradiance was estimated on 10% higher level than previous Heliosat-II method.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.6
no.2
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pp.1-9
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2003
Surface solar radiation over the sea is estimated using the visible and infrared spin scan radiometer (VISSR) data onboard Geostationary Meteorological Satellite(GMS)-5 from January 1997 to December 1997 in clear and cloudy conditions. The hourly insolation is estimated with a spatial resolution of $5km{\times}5km$ grid. The island pyranometer operated by the Japan Meteorological Agency(JMA) is used to validate the estimated insolation. The root mean square error of the hourly estimated insolation is $104W/m^2$ with 0.91 of the correlation coefficient. In the variability of the hourly solar radiation investigated around the Korean Peninsula, the maximum value of solar radiation is found in June at the Yellow Sea and the East Sea, while in August at the South Sea because of low pressure conditions and front in June.
지구환경문제와 에너지 수급관계를 감안할 때, 청정 및 대체에너지 연구개발은 불가피하며, 그 중에서도 태양에너지는 대표적인 대안의 하나로 인식된다. 따라서 태양에너지의 적극적인 활용에 필요한 기초자료의 마련은 필수적이다. 태양에너지의 이용 및 관련 절약 기술에 필요한 태양에너지 자원(기상)에 대한 기술자료는 최소한 30년간의 측정 자료를 필요로 한다. 이들 자료에는 시간별 수평면전 일사량, 법선면 직달일사량 및 수평면 산란일사량은 물론 시간별 평균치로 운량, 기온, 습도 등이 포함된다. 이들 자료로부터 자료의 분포, 평균 및 최고, 최저값 등과 같은 기초자료들을 선별하여 관련 시스템 설계에서 요구하는 기준을 충족하여야 하는 것이다. 그러나 우리나라의 경우, 태양에너지 자원에 대한 정밀한 측정은 1982년 이후 수평면 전일사량, 1990년 이후에서나 법선면 직달일사량에 대하여 본격적으로 이루어진 실정으로, 자료의 표준화 및 신뢰성 확보에는 여전히 상당한 시간과 노력이 요구되는 실정이다. 지속적인 측정과 더불어 요구되는 것으로 측정자료의 가공기술을 들 수 있다. 즉, 측정자료의 품질평가 및 관리 기술, 미측정 또는 불량자료의 복원 기술 및 측정 지역외 자료의 추정을 위한 보간기술 등이다. 이와 같은 기초자료 및 기술에 관한 연구개발은 보다 구체적인 적용에 앞서 필수적으로 이루어져야 할 과제이다.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.13
no.1
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pp.41-46
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2011
Reliable information on the surface solar radiation is indispensable for rebuilding food production system in the famine plagued North Korea. However, transfer of the related modeling technology of South Korea is not possible simply because raw data such as solar radiation or sunshine duration are not available. The objective of this study is restoring solar radiation data at 27 synoptic stations in North Korea by using satellite remote sensing data. We derived relationships between MODIS radiation estimates and the observed solar radiation at 18 locations in South Korea. The relationships were used to adjust the MODIS based radiation data and to restore solar radiation data at those pixels corresponding to the 27 North Korean synoptic stations. Inverse distance weighted averaging of the restored solar radiation data resulted in gridded surfaces of monthly solar radiation for 4 decadal periods (1983-1990, 1991-2000 and 2001-2010), respectively. For a direct application of these products, we produced solar irradiance estimates for each sub-grid cell with a 30 m spacing based on a sun-slope geometry. These products are expected to assist planning of the North Korean agriculture and, if combined with the already prepared South Korean data, can be used for climate change impact assessment across the whole Peninsula.
Choi, Ji Nyeong;Lee, Sanghee;Seong, Sehyun;Ahn, Ki-Beom;Kim, Sug-Whan;Kim, Jinho;Park, Sanghyun;Jang, Sukwon
Korean Journal of Remote Sensing
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v.36
no.3
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pp.411-423
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2020
Localized solar irradiance is normally derived from atmospheric transmission influenced by atmospheric composition and conditions of the target area. Specially, for the area with complex coastal lines such as Taean gun, the accurate estimation of solar irradiance requires for in depth analysis of atmospheric transmission characteristics based on the localized vertical profiles of the key atmospheric parameters. Using MODTRAN (MODerate resolution atmospheric TRANsmission) 6, we report a computational study on clear day atmospheric transmission and direct solar irradiance estimation of Taean gun using the data collected from 3 ground stations and radiosonde measurement over 93 clear days in 2018. The MODTRAN estimated direct solar irradiance is compared with the measurement. The results show that the normalized residual mean (NRM) is 0.28 for the temperature based MODTRAN atmospheric model and 0.32 for the pressure based MODTRAN atmospheric model. These values are larger than 0.1~0.2 of the other study and we understand that such difference represents the local atmospheric characteristics of Taean gun. The results also show that NRM tends to increase noticeably in summer as the temperature increases. Such findings from this study can be very useful for estimation and prediction of the atmospheric condition of the local area with complex coastal lines.
In this study, we estimated solar radiation by multiple regression analysis using sunshine duration and precipitation data, which are highly correlated to solar radiation. We found the regression equation using data obtained from GROM (Gangwon Regional Office of Metrology, station 105, 1980-2007) located in Gangneung, South Korea and validated the equation by applying data obtained from new GROM (newly relocated, station 104, 2009-2014) and data obtained from GWNU (Gangneung-Wonju National University, 2013-2014) located between stations 104 and 105. By using sunshine duration data alone, the estimation using data from station 104 resulted in a correlation coefficient of 0.96 and a standard error of $1.16MJm^{-2}$, which was similar to the previous results; the estimation using data from GWNU yielded better results with a correlation coefficient of 0.99 and a standard error of $0.57MJm^{-2}$. By using sunshine duration and precipitation data, the estimation (using data from station 104) yielded a correlation coefficient of 0.96 and a standard error of $0.99MJm^{-2}$, resulting in a lower standard error compared to what was obtained using sunshine duration data alone. The maximum solar radiation bias increased from -26.6% (March 2013) to -31.0% (February 2011) when both sunshine duration and precipitation data were incorporated into the estimation rather than when sunshine duration data alone was incorporated. This was attributed to the concentrated precipitation found during May and July-September, which resulted in negative coefficients of the estimating equation in other months. Therefore, the monthly average solar radiation should be estimated carefully when employing the monthly average precipitation for those places where precipitation is concentrated during summer, such as the Korean peninsula.
Kim, Jin Uk;Lee, Yong Gwan;Chung, Jee Hun;Kim, Seong Joon
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2019.05a
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pp.103-103
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2019
본 연구에서는 Terra MODIS 위성영상과 Mapping Evapotranspiration at high Resolution with Internalized Calibration (METRIC) 모형을 이용하여 2012년부터 2017년까지 한반도 전국의 증발산량을 산정하고 플럭스 타워 실측 증발산량과 비교하였다. METRIC은 전 세계에 널리 적용된 바 있는 에너지 수지 기반의 Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) 모형의 개념과 기술을 기반으로 현열(Sensible Heat Flux) 추정 모듈을 개선한 모형이다. 본 연구에서 METRIC 모형은 기존 C#으로 개발되어 있던 SEBAL 코드에서 현열 추정 모듈을 수정하였고 연산 속도 개선을 위해 Python으로 재작성하였다. METRIC 모형의 위성 자료로 Terra MODIS 위성의 MOD13A2(16day, 1km) NDVI, MOD11A1(Daily, 1km) Land Surface Temperature (LST) 및 MCD43A3(Daily, 500m) Albedo를 구축하였으며 500m 공간해상도의 Albedo는 1000m 해상도로 resample하여 활용하였다. 기상자료는 기상청 기상관측소의 풍속, 풍속측정높이, 습도, 10분 간격 이슬점 온도, 일사량 자료를 위성 자료와 같은 공간해상도로 내삽(Interpolation)하여 구축하였다. 모형결과 검증을 위해 국내 플럭스 타워 (설마천, 청미천, 덕유산) 증발산량 관측 자료와의 결정계수(Coefficient of determination, $R^2$), RMSE(Root mean square error) relative RMSE (RMSE%), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) 및 IOA(Index of Agreement)를 산정하고, 기존 SEBAL 모형 결과와의 비교를 통해 본 모형의 개선점을 보이고자 한다.
Ahn, Ung San;Kim, Dae Sin;Yun, Young Seok;Ko, Suk Hyung;Kim, Kwon Su;Cho, In Sook
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.21
no.1
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pp.1-28
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2019
This study analyzed the density and mortality rate of Korean fir at 9 sites where individuals of Korean firs were marked into the live and dead trees with coordinates on orthorectified aerial images by digital photogrammetric system. As a result of the analysis, Korean fir in each site showed considerable heterogeneity in density and mortality rate depending on the location within site. This make it possible to assume that death of Korean fir can occur by specific factors that vary depending on the location. Based on the analyzed densities and mortality rates of Korea fir, we investigated the correlation between topographic factors such as altitude, terrain slope, drainage network, solar radiation, aspect and the death of Korean fir. The density of Korean fir increases with altitude, and the mortality rate also increases. A negative correlation is found between the terrain slope and the mortality rate, and the mortality rate is higher in the gentle slope where the drainage network is less developed. In addition, it is recognized that depending on the aspect, the mortality rate varies greatly, and the mean solar radiation is higher in live Korean fir-dominant area than in dead Korean fir-dominant area. Overall, the mortality rate of Korean fir in Mt. Halla area is relatively higher in areas with relatively low terrain slope and low solar radiation. Considering the results of previous studies that the terrain slope has a strong negative correlation with soil moisture and the relationship between solar radiation and evaporation, these results lead us to infer that excess soil moisture is the cause of Korean fir mortality. These inferences are supported by a series of climate change phenomena such as precipitation increase, evaporation decrease, and reduced sunshine duration in the Korean peninsula including Jeju Island, increase in mortality rate along with increased precipitation according to the elevation of Mt. Halla and the vegetation change in the mountain. It is expected that the spatial patterns in the density and mortality rate of Korean fir, which are controlled by topography such as altitude, slope, aspect, solar radiation, drainage network, can be used as spatial variables in future numerical modeling studies on the death or decline of Korean fir. In addition, the method of forest distribution survey using the orthorectified aerial images can be widely used as a numerical monitoring technique in long - term vegetation change research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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