• 제목/요약/키워드: Hyperbolic

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2002년 여름철 경사진 광릉 낙엽 활엽수림에서의 이산화탄소 교환 (CO2 Exchange in Kwangneung Broadleaf Deciduous Forest in a Hilly Terrain in the Summer of 2002)

  • 최태진;김준;임종환
    • 한국농림기상학회지
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    • 제5권2호
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    • pp.70-80
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    • 2003
  • 본 연구에서는 KoFlux네트워크 타워 관측소의 하나인 광릉 낙엽 활엽수림에서 최초로 직접 관측된 이산화탄소 플럭스를 보고한다. 2002년 6월부터 8월까지 에디 공분산 시스템을 다른 기상 관측 기기들과 함께 30 m 타워에 설치하였다. 관측 장소가 계곡과 같은 경사지에 위치해 있음에도 불구하고 관측된 난류 특성이, 제한된 풍향(즉, 90$\pm$45$^{\circ}$)의 경우, 평평하고 균질한 이상적인 장소에서 관측된 것들과 크게 다르지 않았다. 관측 자료 회수율은 비록 낮았으나, 분석된 예비 결과는 고무적이고, 연구해야 할 가치가 있는 것으로 나타났다. 이류 항을 무시하면, 생태계의 순 $CO_2$ 교환(NEE)은 6월에서 8월까지 약 -1.2에서 0.7 mg m$^{-2}$ s$^{-1}$의 범위를 보였다. 약한 난류가 야간 NEE에 미치는 효과를 마찰 속도(u*)및 저류 항의 산출과 관련하여 살펴보았다. 낮은 u*가 NEE에 미치는 영향은 약 0.2 m s$^{-1}$의 문턱 값을 기점으로 뚜렷하게 나타났다. 야간 NEE에 미치는 저류 항의 역할은 거의 나타나지 않았는데, 이는 밤 동안 산림 내에 축적된 $CO_2$가 경사면을 따라 배수류로 빠져나갔기 때문인 것으로 사료된다. 이는 또한 저류 항을 한 높이에서만 관측된 농도 자료를 사용함으로 생긴 오차로 인한 인위적인 결과일 수도 있다. 쌍곡선 광 반응식을 적용한 결과, 관측된 NEE 변화의 80% 이상이 설명되어, 이 산림 지역의 $CO_2$ 교환이 주로 빛에 의해 조절됨을 보여주었다. 이러한 관계식은 계절에 걸쳐 빠진 자료를 채워 넣는 자료 처리 과정에 효과적으로 사용될 수 있다. 마지막으로, 선형류 모형에 근거한 간단한 규모 분석에 의하면, 이류항의 효과가 NEE산출에 큰 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다.

제주도 표선유역 중산간지역의 최적 지하수위 예측을 위한 인공신경망의 활성화함수 비교분석 (Comparative analysis of activation functions of artificial neural network for prediction of optimal groundwater level in the middle mountainous area of Pyoseon watershed in Jeju Island)

  • 신문주;김진우;문덕철;이정한;강경구
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제54권spc1호
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    • pp.1143-1154
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    • 2021
  • 활성화함수의 선택은 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 모델의 지하수위 예측성능에 큰 영향을 미친다. 특히 제주도의 중산간 지역과 같이 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 경우 적절한 지하수위 예측을 위해서는 다양한 활성화함수의 비교분석을 통한 최적의 활성화함수 선택이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡한 제주도 표선유역 중산간지역 2개 지하수위 관측정을 대상으로 5개의 활성화함수(sigmoid, hyperbolic tangent (tanh), Rectified Linear Unit (ReLU), Leaky Rectified Linear Unit (Leaky ReLU), Exponential Linear Unit (ELU))를 ANN 모델에 적용하여 지하수위 예측결과를 비교 및 분석하고 최적 활성화함수를 도출하였다. 그리고 최근 널리 사용되고 있는 순환신경망 모델인 Long Short-Term Memory (LSTM) 모델의 결과와 비교분석하였다. 분석결과 지하수위 변동폭이 상대적으로 큰 관측정과 상대적으로 작은 관측정에 대한 지하수위 예측에 대해서는 각각 ELU와 Leaky ReLU 함수가 최적의 활성화함수로 도출되었다. 반면 sigmoid 함수는 학습기간에 대해 5개 활성화함수 중 예측성능이 가장 낮았으며 첨두 및 최저 지하수위 예측에서 적절하지 못한 결과를 도출하였다. 따라서 ANN-sigmoid 모델은 가뭄기간의 지하수위 예측을 통한 지하수자원 관리목적으로 사용할 경우 주의가 필요하다. ANN-ELU와 ANN-Leaky ReLU 모델은 LSTM 모델과 대등한 지하수위 예측성능을 보여 활용가능성이 충분히 있으며 LSTM 모델은 ANN 모델들 보다 예측성능이 높아 인공지능 모델의 예측성능 비교분석 시 참고 모델로 활용될 수 있다. 마지막으로 학습기간의 정보량에 따라 학습기간의 지하수위 예측성능이 검증 및 테스트 기간의 예측성능보다 낮을 수 있다는 것을 확인하였으며, 관측지하수위의 변동폭이 크고 변동양상이 복잡할수록 인공지능 모델별 지하수위 예측능력의 차이는 커졌다. 본 연구에서 제시한 5개의 활성화함수를 적용한 연구방법 및 비교분석 결과는 지하수위 예측뿐만 아니라 일단위 하천유출량 및 시간단위 홍수량 등 지표수 예측을 포함한 다양한 연구에 유용하게 사용될 수 있다.

융해-동결작용을 고려한 말뚝 기초에 관한 수치해석 연구 (Numerical Analysis of Pile Foundation Considering the Thawing and Freezing Effects)

  • 박우진;박동수;신문범;서영교
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제39권5호
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    • pp.51-63
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    • 2023
  • 계절성 동토의 온도 변화에 따른 융해 및 동결작용에 의한 지반의 거동이 말뚝 기초의 변위 및 지지력에 끼치는 영향을 파악하기 위한 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 온도 변화에 따른 지반-말뚝 상호작용을 모사하기 위해 유한요소법 기반의 TM 모델링(Thermo-Mechanical coupled Modeling)을 적용하였으며, 동결 지반은 온도 의존적 비선형 물성을 적용하였다. 지반의 구성 모델은 소성 거동을 모사하기 위한 MCR 모델(Mohr Coulomb with Rankine Tensile cut-off Model)과 HDP 모델(Nonlinear Hyperbolic Drucker-Prager Model)을 각각 적용하였으며, 말뚝의 길이 및 너비 조건을 선정해 수치해석 결과를 비교 및 분석하였다. 수치해석 결과는 HDP 구성 모델이 비교적 작은 지반 거동과 지지력을 보였으나, 전체적으로는 말뚝의 길이 및 너비 조건에 따라 지지력 및 말뚝 머리의 변위 결과의 양상과 그 크기는 유사하게 나타났다. 지반의 융해-동결작용으로 인한 말뚝 머리(pile head)의 수직 변위는 길이 조건이 짧을수록 변위의 변화 폭이 크게 나타났다. 수직 변위는 길이 조건에 따라 MCR 구성 모델에서는 최대 0.0387m의 융해 침하와 0.0277m의 동결 융기가 발생했으며, HDP 구성 모델에서는 최대 0.0367m의 융해 침하와 0.0264m의 동결 융기가 발생했다. 또한 두 탄소성 모델에 대한 말뚝의 지지력 결과는 말뚝의 길이 조건보다 너비 조건에서 더 큰 차이를 보였으며, 너비 조건 L에서 최대 약 14.7%, M에서 최대 약 5.4%, S에서 최대 약 5.3%가 발생하였다. 이에 말뚝 머리의 수직 변위와 말뚝의 지지력은 말뚝-지반의 접촉 면적에 영향을 크게 받으며, 지반 내 활성층의 활성도에 따라 차이를 보였다.

최대경계선을 이용한 벼 수량의 기상반응분석과 수량 예측 I. 최대경계선 분석과 수량예측모형 구축 (Upper Boundary Line Analysis of Rice Yield Response to Meteorological Condition for Yield Prediction I. Boundary Line Analysis and Construction of Yield Prediction Model)

  • 김창국;이변우;한원식
    • 한국작물학회지
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    • 제46권3호
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    • pp.241-247
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    • 2001
  • 우리나라 벼 수량의 기상반응을 종합적으로 검토하여 벼 수량예측모델을 구축하고자 1985년부터 1999년까지 15년간 수행한 20개 지역의 벼 지역적응시험 자료를 이용하여 기상에 대한 수량반응의 최대경계선(boundary line)분석을 하였으며, 이에 근거하여 수량예측모형을 설정하였다. 1. 벼의 생육기간을 영양생장기, 생식생장기, 등숙기로 구분하고 각 발육단계를 15-20일 간으로 구분하여 각 시기의 기상요소에 대한 수량반응의 최대경계선은 평균기온( $T_{a}$ )과 일조시수( $S_{h}$)에 대해서는 지수함수 f( $T_{a}$ )=$\beta$$_{0}$(1-exp(-$\beta$$_1$/$\times$ $T_{a}$ ), f( $S_{h}$)=$\beta$$_{0}$(1-exp(-$\beta$$_1$$\times$ $T_{h}$)로 나타났으며 일교차(Tr)는 2차함수 f( $T_{r}$)=$\beta$0(1-( $T_{r}$-$\beta$$_1$)$^2$)로, 이 식에서 상수항 $\beta$$_{0}$를 제거하여 수량에 대한 각 기상요소의 영향도를 0-1로 나타내는 기상지수로 나타내었다. 2. 각 생육시기의 평균기온, 일조시간 및 일교차에 대한 수량반응의 최대경계선이외에 불임에 의한 등숙률 저하와 그에 따른 수량감소를 고려하기 위하여 Uchijima(1976)가 제안한 냉각도일수(cooling degree day)를 출수전 30일간의 생식생장기에 계산하여 이에 대한 수량과 등숙률 반응의 최대경계선을 계산하였는데 냉각도일수가 증가하면 수량이 감소하는 지수함수로 잘 표현되어 기존의 연구들과 같은 결과였다. 3. 기상지수는 벼의 생육기간을 영양생장기, 생식생장기 및 등숙기로 구별하고 각 시기별로 수량 기상지수를 각 기상요소 기상지수를 기하평균하여 산출하였는데 각 시기별 수량기상지수의 수량변이 설명도는 각각 0.383-0.430, 0.460-0.534, 0.4603-0.587로 결정계수는 영양생장기<생식생장기<등숙기의 순으로 컸다. 4. 최대경계선 분석방법을 통하여 얻어진 각 생육시기별 수량기상지수를 기하평균하여 구한 종합수량기상지수와 수량과의 직선회귀식을 구하여 수량예측모형(Model I, II, III)을 작성하였다. Model I, II, III)은 각각 결정계수가 0.6512, 0.6703, 0.6129로 모든 생육단계에 걸쳐서 기간을 15-20일 단위로 세분하여 모든 기간의 수량에 대한 기상지수를 고려하여 전 생육기간의 종합수량기상지수를 산출한 Model II가 기상변화에 따른 수량변이의 설명도가 가장 높았다.

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단위유량도와 비수갑문 단면 및 방조제 축조곡선 결정을 위한 조속계산 (Calculation of Unit Hydrograph from Discharge Curve, Determination of Sluice Dimension and Tidal Computation for Determination of the Closure curve)

  • 최귀열
    • 한국농공학회지
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    • 제7권1호
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    • pp.861-876
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    • 1965
  • During my stay in the Netherlands, I have studied the following, primarily in relation to the Mokpo Yong-san project which had been studied by the NEDECO for a feasibility report. 1. Unit hydrograph at Naju There are many ways to make unit hydrograph, but I want explain here to make unit hydrograph from the- actual run of curve at Naju. A discharge curve made from one rain storm depends on rainfall intensity per houre After finriing hydrograph every two hours, we will get two-hour unit hydrograph to devide each ordinate of the two-hour hydrograph by the rainfall intensity. I have used one storm from June 24 to June 26, 1963, recording a rainfall intensity of average 9. 4 mm per hour for 12 hours. If several rain gage stations had already been established in the catchment area. above Naju prior to this storm, I could have gathered accurate data on rainfall intensity throughout the catchment area. As it was, I used I the automatic rain gage record of the Mokpo I moteorological station to determine the rainfall lntensity. In order. to develop the unit ~Ydrograph at Naju, I subtracted the basic flow from the total runoff flow. I also tried to keed the difference between the calculated discharge amount and the measured discharge less than 1O~ The discharge period. of an unit graph depends on the length of the catchment area. 2. Determination of sluice dimension Acoording to principles of design presently used in our country, a one-day storm with a frequency of 20 years must be discharged in 8 hours. These design criteria are not adequate, and several dams have washed out in the past years. The design of the spillway and sluice dimensions must be based on the maximun peak discharge flowing into the reservoir to avoid crop and structure damages. The total flow into the reservoir is the summation of flow described by the Mokpo hydrograph, the basic flow from all the catchment areas and the rainfall on the reservoir area. To calculate the amount of water discharged through the sluiceCper half hour), the average head during that interval must be known. This can be calculated from the known water level outside the sluiceCdetermined by the tide) and from an estimated water level inside the reservoir at the end of each time interval. The total amount of water discharged through the sluice can be calculated from this average head, the time interval and the cross-sectional area of' the sluice. From the inflow into the .reservoir and the outflow through the sluice gates I calculated the change in the volume of water stored in the reservoir at half-hour intervals. From the stored volume of water and the known storage capacity of the reservoir, I was able to calculate the water level in the reservoir. The Calculated water level in the reservoir must be the same as the estimated water level. Mean stand tide will be adequate to use for determining the sluice dimension because spring tide is worse case and neap tide is best condition for the I result of the calculatio 3. Tidal computation for determination of the closure curve. During the construction of a dam, whether by building up of a succession of horizontael layers or by building in from both sides, the velocity of the water flowinii through the closing gapwill increase, because of the gradual decrease in the cross sectional area of the gap. 1 calculated the . velocities in the closing gap during flood and ebb for the first mentioned method of construction until the cross-sectional area has been reduced to about 25% of the original area, the change in tidal movement within the reservoir being negligible. Up to that point, the increase of the velocity is more or less hyperbolic. During the closing of the last 25 % of the gap, less water can flow out of the reservoir. This causes a rise of the mean water level of the reservoir. The difference in hydraulic head is then no longer negligible and must be taken into account. When, during the course of construction. the submerged weir become a free weir the critical flow occurs. The critical flow is that point, during either ebb or flood, at which the velocity reaches a maximum. When the dam is raised further. the velocity decreases because of the decrease\ulcorner in the height of the water above the weir. The calculation of the currents and velocities for a stage in the closure of the final gap is done in the following manner; Using an average tide with a neglible daily quantity, I estimated the water level on the pustream side of. the dam (inner water level). I determined the current through the gap for each hour by multiplying the storage area by the increment of the rise in water level. The velocity at a given moment can be determined from the calcalated current in m3/sec, and the cross-sectional area at that moment. At the same time from the difference between inner water level and tidal level (outer water level) the velocity can be calculated with the formula $h= \frac{V^2}{2g}$ and must be equal to the velocity detertnined from the current. If there is a difference in velocity, a new estimate of the inner water level must be made and entire procedure should be repeated. When the higher water level is equal to or more than 2/3 times the difference between the lower water level and the crest of the dam, we speak of a "free weir." The flow over the weir is then dependent upon the higher water level and not on the difference between high and low water levels. When the weir is "submerged", that is, the higher water level is less than 2/3 times the difference between the lower water and the crest of the dam, the difference between the high and low levels being decisive. The free weir normally occurs first during ebb, and is due to. the fact that mean level in the estuary is higher than the mean level of . the tide in building dams with barges the maximum velocity in the closing gap may not be more than 3m/sec. As the maximum velocities are higher than this limit we must use other construction methods in closing the gap. This can be done by dump-cars from each side or by using a cable way.e or by using a cable way.

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