KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.5B
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pp.459-469
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2010
This study is to develop a grid-based daily runoff model considering seasonal vegetation canopy condition. The model simulates the temporal and spatial variation of runoff components (surface, interflow, and baseflow), evapotranspiration (ET) and soil moisture contents of each grid element. The model is composed of three main modules of runoff, ET, and soil moisture. The total runoff was simulated by using soil water storage capacity of the day, and was allocated by introducing recession curves of each runoff component. The ET was calculated by Penman-Monteith method considering MODIS leaf area index (LAI). The daily soil moisture was routed by soil water balance equation. The model was evaluated for 930 $km^2$ Yongdam watershed. The model uses 1 km spatial data on landuse, soil, boundary, MODIS LAI. The daily weather data was built using IDW method (2000-2008). Model calibration was carried out to compare with the observed streamflow at the watershed outlet. The Nash-Sutcliffe model efficiency was 0.78~0.93. The watershed soil moisture was sensitive to precipitation and soil texture, consequently affected the streamflow, and the evapotranspiration responded to landuse type.
Kang, Ye Seong;Ryu, Chan Seok;Kim, Seong Heon;Jun, Sae Rom;Jang, Si Hyeong;Park, Jun Woo;Sarkar, Tapash Kumar;Song, Hye young
Journal of Biosystems Engineering
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v.43
no.2
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pp.138-147
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2018
Purpose: A narrowband hyperspectral imaging sensor of high-dimensional spectral bands is advantageous for identifying the reflectance by selecting the significant spectral bands for predicting crop yield over the broadband multispectral imaging sensor for each wavelength range of the crop canopy. The images acquired by each imaging sensor were used to develop the models for predicting the Chinese cabbage yield. Methods: The models for predicting the Chinese cabbage (Brassica campestris L.) yield, with multispectral images based on unmanned aerial vehicle (UAV), were developed by simple linear regression (SLR) using vegetation indices, and forward stepwise multiple linear regression (MLR) using four spectral bands. The model with hyperspectral images based on the ground were developed using forward stepwise MLR from the significant spectral bands selected by dimension reduction methods based on a partial least squares regression (PLSR) model of high precision and accuracy. Results: The SLR model by the multispectral image cannot predict the yield well because of its low sensitivity in high fresh weight. Despite improved sensitivity in high fresh weight of the MLR model, its precision and accuracy was unsuitable for predicting the yield as its $R^2$ is 0.697, root-mean-square error (RMSE) is 1170 g/plant, relative error (RE) is 67.1%. When selecting the significant spectral bands for predicting the yield using hyperspectral images, the MLR model using four spectral bands show high precision and accuracy, with 0.891 for $R^2$, 616 g/plant for the RMSE, and 35.3% for the RE. Conclusions: Little difference was observed in the precision and accuracy of the PLSR model of 0.896 for $R^2$, 576.7 g/plant for the RMSE, and 33.1% for the RE, compared with the MLR model. If the multispectral imaging sensor composed of the significant spectral bands is produced, the crop yield of a wide area can be predicted using a UAV.
Yeo, Hong Koo;Park, Moonhyeong;Kang, Joon Gu;Kim, Taewook
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.7
no.6
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pp.61-74
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2004
Hydraulic engineers and scientists working on river restoration recognize the need for a deeper understanding of natural streams as a complex and dynamic system, which involves not only abiotic elements(flow, sediments) but also biotic components. From this point of view, the role played by riverine vegetation dynamics and flow conditions becomes essential. Hydro-mechanic interaction between flow and flexible plants covering a river bed is studied in this paper and some previous works are discussed. Measurements of turbulence and flow resistance in vegetated open channel were performed using rigid and flexible tube. Measuring detailed turbulent velocity profiles within and above submerged and flexible stems allowed to distinguish different turbulent regimes. Some interesting relationships were obtained between the velocity field and the deflected height of the plants, such as a reduced drag coefficient in the flexible stems. Turbulent intensities and Reynolds stresses were measured showing two different regions : above and inside the vegetation domain. In flexible vegetated open channel, the maximum values of turbulent intensities and Reynolds stresses appear above the top of canopy. Method to predict a flow resistance in flexible vegetated open channel is developed by modifying an analytical model proposed by Klopstra et al. (1997). Calculated velocity profiles and roughness values correspond well with flume experiments. These confirm the applicability of the presented model for open channel with flexible vegetation. The new method will be verified in the real vegetated conditions in the near future. After these verifications, the new method should be applied for nature rehabilitation projects such as river restorations.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.14-14
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2017
The discipline of plant breeding is experiencing a renaissance impacting crop improvement as a result of new technologies, however fundamental questions remain for predicting the phenotype and how the environment and genetics shape it. Inexpensive DNA sequencing, genotyping, new statistical methods, high throughput phenotyping and gene-editing are revolutionizing breeding methods and strategies for improving both quantitative and qualitative traits. Genomic selection (GS) models use genome-wide markers to predict performance for both phenotyped and non-phenotyped individuals. Aerial and ground imaging systems generate data on correlated traits such as canopy temperature and normalized difference vegetative index that can be combined with genotypes in multivariate models to further increase prediction accuracy and reduce the cost of advanced trials with limited replication in time and space. Design of a GS training population is crucial to the accuracy of prediction models and can be affected by many factors including population structure and composition. Prediction models can incorporate performance over multiple environments and assess GxE effects to identify a highly predictive subset of environments. We have developed a methodology for analyzing unbalanced datasets using genome-wide marker effects to group environments and identify outlier environments. Environmental covariates can be identified using a crop model and used in a GS model to predict GxE in unobserved environments and to predict performance in climate change scenarios. These new tools and knowledge challenge the plant breeder to ask the right questions and choose the tools that are appropriate for their crop and target traits. Contemporary plant breeding requires teams of people with expertise in genetics, phenotyping and statistics to improve efficiency and increase prediction accuracy in terms of genotypes, experimental design and environment sampling.
Airborne Lidar (light detection and ranging) can be an effective alternative in forest inventory to overcome the limitations of conventional field survey and aerial photo interpretation. In this study, we attempt to develop methodologies to identify individual trees and to estimate tree height from airborne Lidar data. Initially, digital elevation model (DEM) data representing the exact ground surface were generated by removing non-ground returns from the multiple-return laser point clouds, obtained over the coniferous forest site of rugged terrain. Based on the canopy height model (CHM) data representing non-ground layer, individual tree heights are extracted through pseudo-grid method and moving window filtering algorithm. Comparing with field survey data and aerial photo interpretation on sample plots, the number of trees extracted from Lidar data show over 90% accuracy and tree heights were underestimated within 1.1m in average at two plantation stands of pine (Pinus koraiensis) and larch (Larix leptolepis).
Having employed the transitional probability model based on Markov chain, the study was carried out to examine successional trends for community types in the natural deciduous forest of Mt. Jumbong. The species composition of oncoming generation in overstory was estimated from that of mid-story, and the species composition in mid-story was based upon that of understory. Successional trend for each community was predicted from the reorganized probability matrix of tree replacement by the square of climax index, which was evaluated by the factors of light absorption, reproduction, and wood quality. As the result of analysis, following table shows the oncoming generation of steady state and dominant species in overstory and mid-story by community types. Even though Acer pseudo-sieboldianum and Carpinus cordata could hardly reach the canopy layer due to the intrinsic growth form, these species were predicted to maintain high compositional ratio so as to play an important ecological role in the study forest ecosystem.
Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
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2008.06a
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pp.310-317
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2008
Although aerial LiDAR had been launched commercially several years ago, it is still difficult to study data acquisition conditions and effects with various datasets because of its acquisition cost. Thus, this research was performed to study data acquisition conditions and effects with virtually various datasets. For this research, 3D tree models and forest stand models were built to represent graded tree sizes and tree plantation densities. Also, a variable aerial LiDAR acquisition model was developed. Then, through controlling flight height parameter, one of the data acquisition parameters, virtual datasets were collected for various data acquisition densities. From those datasets, forest canopy volumes and maximum tree heights were estimated and the estimated results were compared. As the results, the estimated is getting closer to the expected during the data acquisition density increase. This research would be helpful to perform further studios on relations between forest inventory accuracy and LiDAR cost.
Lidar point clouds provide three dimensional information of terrain surface and have a great advantage to generate precise digital elevation model (DEM), particularly over forested area where some laser signals are transmitted to vegetation canopy and reflected from the bare ground. This study initially investigates the characteristics of lidar-derived height information as related to vertical structure of forest stands. Then, we propose a new filtering method to separate ground points from Lidar point clouds, which is a prerequisite process both to generate DEM surface and to extract biophysical information of forest stands. Laser points clouds over the forest stands in central Korea show that the vertical distribution of laser points greatly varies by the stand characteristics. Based on the characteristics, the proposed filtering method processes first and last returns simultaneously without setting any threshold value. The ground points separated by the proposed method are used to generate digital elevation model, furthermore, the result provides the possibilities to extract other biophysical characteristics of forest.
Mean annual soil loss was calculated and critical soil erosion areas were identified for the Congaree River Basin in South Carolina, USA using the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) model. In the RUSLE model, the mean annual soil loss (A) can be calculated by multiplying rainfall-runoff erosivity (R), soil erodibility (K), slope length and steepness (LS), crop-management (C), and support practice (P) factors. The critical soil erosion areas can be identified as the areas with soil loss amounts (A) greater than the soil loss tolerance (T) factor More than 10% of the total area was identified as a critical soil erosion area. Among seven subwatersheds within the Congaree River Basin, the urban areas of the Congaree Creek and the Gills Creek subwatersheds as well as the agricultural area of the Cedar Creek subwatershed appeared to be exposed to the risk of severe soil loss. As a prototype model for examining future effect of human and/or nature-induced changes on soil erosion, the RUSLE model customized for the area was embedded into ESRI ArcGIS ArcMap 9.0 using Visual Basic for Applications. Using the embedded model, users can modify C, LS, and P-factor values for each subwatershed by changing conditions such as land cover, canopy type, ground cover type, slope, type of agriculture, and agricultural practice types. The result mean annual soil loss and critical soil erosion areas can be compared to the ones with existing conditions and used for further soil loss management for the area.
Kim, Hakyoung;Lee, Meehye;Kim, Saewung;Guenther, Alex.B.;Park, Jungmin;Cho, Gangnam;Kim, Hyun Seok
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.17
no.3
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pp.217-226
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2015
To investigate the distributions of BVOCs (Biogenic Volatile Organic Compounds) from mountain near mega city and their role in forest atmospheric, BVOCs and their oxidized species were measured at a 41 m tower in Mt. Taehwa during May, June and August 2013. A proton transfer reaction-mass spectrometer (PTR-MS) was used to quantify isoprene and monoterpenes. In conjunction with BVOCs, $O_3$, meteorological parameters, PAR (Photosynthetically Active Radiation) and LAI (Leaf Area Index) were measured. The average concentrations of isoprene and monoterpenes were 0.71 ppbv and 0.17 ppbv, respectively. BVOCs showed higher concentrations in the early summer (June) compared to the late summer (August). Isoprene started increasing at 2 PM and reached the maximum concentration around 5 PM. In contrast, monoterpenes concentrations began to increase 4 PM and stayed high at night. The $O_3$ maximum was generally found at 3 PM and remained high until 5 PM or later, which was concurrent with the enhancement of $O_3$. The concentrations of BVOCs were higher below canopy (18 m) than above canopy, which indicated these species were produced by trees. At night, monoterpenes concentrations were negatively correlated with these of $O_3$ below canopy. Using MEGAN (Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature), the emissions of isoprene and monoterpenes were estimated at 1.1 ton/year and 0.9 ton/year, respectively at Mt. Taehwa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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