• 한국농공학회논문집
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• 제62권5호
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• pp.63-72
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• 2020

Solar-sharing, which is an agricultural photovoltaic system installing solar panels on the upper part of crop growing field, has especially drawn attention. Because paddy fields for cultivating crops are large flat areas, there have been various attempts to utilize solar energy for solar photovoltaic as well as growth of crops in agriculture. Solar-sharing was first proposed in Japan, and has been actively studied for optimization and practical uses. The domestic climate differs from the climate conditions in which the solar-sharing has been widely studied, therefore, it is required to develop the solar-sharing technology suitable for the domestic climate. In this study, a simulation model was developed to analyze the change of solar radiation resulted from the solar-sharing installation. Monthly solar illumination intensity and the change of illumination intensity according to the various conditions of solar panel installation were simulated. The results of monthly illumination analysis differed by altitude of the sun, which was related to season. In addition, it was analyzed that the monthly illumination decreased by up to 42% due to solar-sharing. Accordingly, it is recommended that solar-sharing should be installed as a way to maximize the efficiency of solar photovoltaic system while minimizing the decrease in solar radiation reaching the crops.

• 한국농림기상학회지
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• 제2권2호
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• pp.47-61
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• 2000

북한 시ㆍ군별 벼 생육모의결과를 토대로 벼 재배 적합성 여부를 판정하였다. 생육모의에 필요한 시ㆍ군 별 일 기상자료는 지형기후학적 공간내삽기법을 근거로 한 3단계 과정을 통해 생산하였다. 우선 기온의 경우 51개 남북한 표준관측소의 14년간(1981~1994) 월평균값을 관측지점 위도, 해발고도, 해안거리, 경사도, 개방도 등 지리지형변수에 회귀시켜 얻은 통계모형(RMSE=0.4~1.6$^{\circ}C$)을 북한전역에 적용시켜 1 km$\times$1 km수평 격자점 단위로 월별 평균값을 추정하였다. 강수량의 경우 상대적으로 자료가 풍부한 남한의 지형-강수 관계를 도출하여 이를 북한지방에 적용한 윤 (2000)의 방법에 의해 월별 강수량 분포도를 작성하였다. 일사량의 경우 남한 19개 관측소의 14년간(1984~1997) 월 평균 수평면 전천일사량 관측값의 추정식([일사량, MJ m$^{-2}$ day$^{-1}$)=0.344+0.4756[대기외 일사량]+0.0299[남쪽 개방도]-1.307[운량]-0.01[상대습도], 결정계수 0.92, RMS error 0.95)에 의해 북한 지방 27개 지점의 일사량 자료를 복원하였다. 이를 거리역산가중법으로 공간내삽하여 북한전역의 월별 일사량 분포도를 작성하였다. 두 번째 단계에서는 얻어진 1 km$\times$1km 격자점 기후값을 183개 북한 시ㆍ군별로 공간평균값을 취했다. 마지막으로 시ㆍ군 단위 월별 기후값을 이용하여 통계적인 방법 (Pickering et al., 1994)에 의해 30년간의 일별 기상자료를 생성하였다. 북한의 대표적인 벼 품종 생육조사자료를 토대로 CERES-rice 모형의 유전적 모수를 조정하고, 준비된 기상자료를 입력시켜 183개 시ㆍ군별 벼의 생육을 30년치씩 모의하였다. 생육모의결과 중 성숙기와 수량 관련 특성을 점수화 하여 각 시ㆍ군의 벼 재배용 농업기후학적 잠재력을 정량적으로 표현하였다.

• 한국작물학회지
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• 제55권4호
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• pp.284-291
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• 2010

고 고형분함량 감자 생산을 위한 수확시기를 예측하는 데 있어 에너지 소모량의 추정에 대한 연구결과는 다음과 같다. 1. 각 지역별로 포장의 파종시기부터 수확시기까지 최근 5년간(2005년~2009년) 평균기온, 강수량, 상대습도, 일조시간, 바람, 지중온도 등의 농업환경을 조사한 결과 파종기 저온피해와 괴경비대기 장마기간을 회피한다면 가공용 원료감자는 가공품 생산에 필요시마다 물량을 수급하기 때문에 만숙재배를 하지 않아 품종의존도가 낮아 수확시기의 환경에 대한 비중이 큰 것으로 판단되었다. 2. 파종시기부터 출현까지에는 지중온도에 영향을 많이 받아 지역별 편차가 심해 시뮬레이션에서는 출현시기를 기준으로 감자의 수확적기를 예측하는 것이 바람직하였다. 3 수확시기를 예측하기 위한 생장모형은 $Tp=\frac{Tm{\cdot}Wm^{Tp}}{Wm^{Tm}}$를 사용하고, 생장량 Wm을 계상하는 기본 생장모형은 $Wm={\int}^m_tf(x)dt$를 사용하였다. 4. 기본 생장모형을 통해 Wm을 계상할 때는 광합성율(${\Delta}A$)과 식물체내 에너지 소모(${\Delta}E$) 개념을 적용해야 보다 정밀한 수확시기를 예측할 수 있었으며, 식물체내 에너지 소모에 대한 정의는 기후변화에 대응하여 농업환경에 대처하는 식물체내 에너지 소모를 계상하는 것으로 최근 5년간(2005년~2009년) 수확시기에 따라 고형분함량을 측정한 결과 광합성율만 계상할 때 보다 에너지 소모개념을 적용한 것이 효과적이었다.

• 한국작물학회지
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• 제53권1호
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• pp.8-14
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• 2008

Ammonia ($NH_3$) volatilization from a silty clay loam paddy soil applied with non, straight urea, and coated urea, respectively, under transplanting in Milyang, Korea from 2002 and 2003 was simulated by a Water and Nitrogen Management Model (WNMM). Based on the data from the in-situ measurements, $NH_3$ volatilization during the rice growth was 6.04% and 1.46% of the applied nitrogen (N) from straight urea and coated urea, respectively. The bulk aerodynamic approach in WNMM satisfactorily predicted the difference in $NH_3$ loss during the given rice growing seasons from the two urea fertilizers. $R^2$ for the correlation between the predicted and observed NH3 loss during the calibration year (2002) was 0.53 less than 0.68 of the application year (2003). This difference could be due to the weather condition such as heavy rainfall and temperature during the calibration year.

• 생물환경조절학회지
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• 제25권2호
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• pp.123-132
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• 2016

The importance of energy saving technology for managing greenhouse was recently highlighted. For practical use of energy in greenhouse, it is necessary to simulate energy flow precisely and estimate heating/cooling loads of greenhouse. So the main purpose of this study was to develope and to validate greenhouse energy model and to estimate annual/maximum energy loads using Building Energy Simulation (BES). Field experiments were carried out in a multi-span plastic-film greenhouse in Jeju Island ($33.2^{\circ}N$, $126.3^{\circ}E$) for 2 months. To develop energy model of the greenhouse, a set of sensors was used to measure the greenhouse microclimate such as air temperature, humidity, leaf temperature, solar radiation, carbon dioxide concentration and so on. Moreover, characteristic length of plant leaf, leaf area index and diffuse non-interceptance were utilized to calculate sensible and latent heat exchange of plant. The internal temperature of greenhouse was compared to validate the greenhouse energy model. Developed model provided a good estimation for the internal temperature throughout the experiments period (coefficients of determination > 0.85, index of agreement > 0.92). After the model validation, we used last 10 years weather data to calculate energy loads of greenhouse according to growth stage of greenhouse crop. The tendency of heating/cooling loads change was depends on external weather condition and optimal temperature for growing crops at each stage. In addition, maximum heating/cooling loads of reference greenhouse were estimated to 644,014 and $756,456kJ{\cdot}hr^{-1}$, respectively.

• 한국농림기상학회지
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• 제23권1호
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• pp.68-81
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• 2021

농업 생태계는 주요 온실가스의 배출원 중 하나로, 농경지에서의 온실가스 배출량을 최소화하면서 최적의 수량을 얻기 위한 기후변화 적응옵션을 도출하기 위해서는, 상세한 공간적 규모에서 여러 모형들을 연계하여 구동하는 것이 유리하다. 본 연구에서는 DSSAT 모형과 DNDC 모형을 연계하여 상세한 공간 규모에서 기후변화 영향평가를 수행할 수 있도록 지원하기 위한 도구를 개발하고자 하였다. 객체 지향 언어인 R과 C++을 사용하여 DNDC 모형의 격자형 입력자료를 생성하기 위한 DRIFT (DNDC Regional Input File Tool)을 구현하였다. 기후변화 조건에서 격자별 작물 생육모의를 위해 생성된 DSSAT 모형의 입력자료 및 출력자료를 사용하여 DNDC 모형의 입력자료를 생성하였다. 생성된 입력자료를 사용하여 미래 기후변화 조건에서의 온실가스 배출량을 모의하였다. 입력자료를 생성하는 시간은 격자 지점의 수에 비례하여 증가하였다. 그 중, DSSAT 모형의 담수 깊이 자료를 DNDC 모형의 담수 기간으로 변환하는 과정에서 시간이 비교적 오래 걸렸으나, 그 외의 입력자료를 생성하는 데에는 짧은 시간만이 소요되었다. 본 연구에서는 비교적 적은 지점을 대상으로 하였으나, 대량의 자료를 처리하고자 할 경우 일부 계산과정을 병렬화함으로써 구동시간을 줄일 필요가 있을 것이다. 이후 다른 모형들에 대한 확장을 통해 모형 간 연계를 위한 입력자료 생성에 소요되는 시간을 줄일 수 있을 것이다.

• 한국작물학회:학술대회논문집
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• 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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• pp.315-315
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• 2017

In Japan, more than 80 % of soybean growing area is converted fields and excess water is one of the major problems in soybean production. For example, recent study (Yoshifuji et al., 2016) suggested that in the fields of shallow groundwater level (GWL) (< 1m depth), rising GWL even in a short period (e.g. 1 day) causes inhibition of soybean growth. Thus it becomes more and more important to predict GWL and soil moisture in detail. In addition to conventional surface drainage and underdrain, FOEAS (Farm Oriented Enhancing Aquatic System), which is expected to control GWL in fields adequately, has been developed recently. In this study we attempted to predict GWL and soil moisture condition at the converted field with FOEAS in Biwa lake reclamation area, Shiga prefecture, near the center of the main island of Japan. Two dimensional HYDRUS model (Simuinek et al., 1999) based on common Richards' equation, was used for the calculation of soil water movement. The calculation domain was considered to be 10 and 5 meter in horizontal and vertical direction, respectively, with two layers, i.e. 20cm-thick of plowed layer and underlying subsoil layer. The center of main underdrain (10 cm in diameter) was assumed to be 5 meter from the both ends of the domain and 10-60cm depth from the surface in accordance with the field experiment. The hydraulic parameters of the soil was estimated with the digital soil map in "Soil information web viewer" and Agricultural soil-profile physical properties database, Japan (SolphyJ) (Kato and Nishimura, 2016). Hourly rainfall depth and daily potential evapo-transpiration rate data were given as the upper boundary condition (B.C.). For the bottom B.C., constant upward flux, which meant the inflow flux to the field from outside, was given. Seepage face condition was employed for the surrounding of the underdrain. Initial condition was employed as GWL=60cm. Then we compared the simulated and observed results of volumetric water content at depth of 15cm and GWL. While the model described the variation of GWL well, it tended to overestimate the soil moisture through the growing period. Judging from the field condition, and observed data of soil moisture and GWL, consideration of soil structure (e.g. cracks and clods) in determination of soil hydraulic parameters at the plowed layer may improve the simulation results of soil moisture.

• 한국농림기상학회지
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• 제8권4호
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• pp.229-241
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• 2006

본 연구에서는 실측 일기상자료 대신 예측 기후평년 값을 적용하여 기후변화와 그에 상응한 벼 작황의 지리적 분포양상을 복원함으로써 지구온난화에 따른 우리나라 벼농사지대의 생산성을 재평가하였다. 기상청 56개 지점 종관자료(일 최고/최저 기온의 월별 평균값)를 1971-2000년 30년 단위로 수집하여 270m 해상도의 수치기후도를 작성하고, 벼논픽셀에 해당되는 기후자료를 추출하였다. 동일한 시군에 속하는 벼논픽셀의 기후자료를 평균함으로써 시군단위의 '벼논맞춤형 기후자료'를 준비하였다. 같은 방법으로 기상연구소에서 제작한 2011-2100년 기간의 3개 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100) 기후시나리오에 근거하여 해당 평년의 기후자료를 추정하였다. 농촌진흥청의 정밀토양도로부터 해당 픽셀의 토성과 토심정보를 검색하고 이를 토대로 유효수분 조견표에 의해 토양자료를 준비하였다. 자포니카형 벼의 특성을 갖도록 개조한 벼 생육모형(CERES-Japonica)에 이들 자료를 입력하고 조생종(오대벼), 중생종 (화성벼), 만생종 (동진벼)의 생육을 모의하였다. 시군 공간평균을 기준으로 3품종 모두 가까운 미래(2011-2040년)에는 출수기가 일주일 정도 빨라지고, 먼 미래(2071-2100년)에는 최대 20일 까지 단축될 수 있다. 생리적 성숙기는 3품종 모두 가까운 미래(2011-2040년)에는 15일 정도 단축되고, 먼 미래(2071-2100년)에는 최대 한달까지도 빨라질 수 있어 출수기에 비해 단축정도가 심하다. 평야지 수량의 경우 조생종인 오대벼는 10a당 6-25%, 중생종 화성벼는 3-26%, 만생종 동진벼는 3-25%까지 감소하였다. 하지만 산간지역에서는 발육속도가 빨라지고 수량이 증가하거나 큰 변화가 없는 곳도 많아 온난화조건에서도 지역별 정밀기후 추정과 이에 근거한 최적품종의 선택, 이앙기 및 수확기 등 생육기간의 조절이 온난화 대응기술로서 유효할 것으로 기대된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제18권4호
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• pp.253-263
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• 2016

단일식물인 국화의 생육은 온도, 일장, 일사량 등 기상 환경과 재배관리 조건에 영향을 받는다. 기상환경과 재배관리를 고려한 국화의 생육예측모델은 국화 재배 시 의사결정을 위한 도구로 이용될 수 있을 것이다. 이 연구에서는 국화 생육모델 구축을 위한 기초 작업으로 온도와 일장뿐만 아니라 에세폰 처리, 야간 전조처리리 등 재배관리 정보를 입력변수로 하여 국화 품종 백선의 출엽과 식물계절을 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 모델은 국화의 생육시기를 유약기(Juvenile phase), 유약기 이후 발뢰기까지 기간, 발뢰기부터 개화기까지의 기간의 기간으로 구분하여 계산을 하도록 구성하였다. 유약기는 출엽속도의 온도 반응 곡선과 유약기의 종료를 결정하는 기준 엽수를 이용하여 추정하도록 구성 하였다. 한편 모주와 이식 후 식물체에 대한 에세폰 처리가 유약기 종료시점의 엽수를 증가시키는 것으로 가정하여 모델에 반영하였다. 유약기 이후에는 온도와 일장에 관한 함수를 이용하여 발육속도를 계산하여 발뢰기와 개화기를 예측하도록 하였는데 야간전조 처리는 임계일장 이상의 장일로 가정하여 모델에 반영하였다. 그리고 최종 엽수는 잎의 출엽이 발뢰 직전까지 진행되는 것으로 가정하여 예측하였다. 위와 같이 구성된 모델의 계수는 온도반응 실험과 정식시기 실험 등을 이용하여 추정하였고 프로그램 언어인 Java를 이용하여 구현하였다. 모델의 계수 추정에 이용한 자료(calibration 자료)뿐만 아니라 이와는 별개의 자료(validation 자료) 모두에 대하여 모델이 비교적 정확하게 발뢰기와 개화기를 예측할 뿐만 calibration에 비하여 validation의 정확도가 떨어지지 않았다. 한편 생육시기에 따른 출엽수와 최종엽수를 모델이 비교적 정확하게 예측하였으나 생육시기에 따라 다소 과소 또는 과대 예측을 하여는 경향을 보여, 온도 이외의 요인을 반영할 수 있는 실험을 통해 개선할 필요가 있는 것으로 판단되었다.

• 국제학술발표논문집
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• The 10th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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• pp.1316-1316
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• 2024

Greenhouses require various control systems to create an optimal environment, and from an architectural engineering perspective, the uniformity of the internal environment is crucial for crop growth. However, greenhouses are structurally exposed to external weather conditions, leading to a high probability of variations in temperature, humidity, CO2 levels, lighting, etc., across different zones within the greenhouse. Such non-uniformity can impact the growth rate, quality, and yield of crops, highlighting the necessity of maintaining a consistent environment within the greenhouse. To address this, experiments utilizing Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations were conducted targeting greenhouses in Pocheon, South Korea, focusing on the central heating and cooling systems to propose an optimal design considering the uniformity of internal temperatures. Subsequently, validation was performed using measurements from temperature and humidity sensors within the greenhouses. The heating and cooling systems operate based on indoor temperatures, activating cooling when indoor temperatures exceed the set cooling temperature in summer and heating when temperatures fall below the set heating temperature in winter. A standard greenhouse model was set as case 1, and experiments were conducted by adjusting the position and spacing of the fabric ducts of the heating and cooling systems, resulting in six categorized cases. Variations in temperature and humidity distribution were observed among the cases, and quantitative analysis provided optimal positions and spacing for the fabric ducts. The results of this study can serve as foundational data for developing environmental control solutions for agricultural facilities.