대규모 육지수문모형(Land Surface Model, LSM)에서 종합적인 육지 물흐름 및 에너지흐름의 예측을 위해 새로운 지표면-지표하 연계 물흐름 모형이 지표하 물흐름 모의를 위한 3차원 체적평균 토양수분 이송방정식(Volume Averaged Soil-moisture Transpor, VAST)을 지표수 흐름모의를 위한 1차원 확산방정식과 연계하여 개발되었다. 각 흐름특성에 맞는 복합적인 수치해석법이 적용되어, 시간분할 방법에 의해 3차원 VAST 방정식의 종방향 흐름이 완전음해법에 의해 해석된 후, 횡방향 흐름이 양해법으로 구해지며, 그 후에 1차원 확산방정식은 MacCormack 유한차분법으로 계산한다. 이 새로운 흐름연계모형은 최신의 육지수문모형인 CLM(Common Land Model)내의 기존 1차원 수리수문계산부분을 대체하게 된다. CLM과 결합된 새로운 연계흐름모형은 오하이오 계곡부근의 시험유역에 적용되었으며, 모의결과는 지표면-지표하 물흐름 상호작용의 모의와 지표수 흐름추적방법을 사용한 새로운 모형의 유출예측이 실측치에 더 근접함을 보여준다. 이 개선된 육지수문모형은 지역적, 대륙적, 그리고 지구전체를 다루는 수문기상연구와 기후변화로 인한 재해예방을 위하여 기상모형인 CWRF(Climate extension of the next-generation Weather Research and Forecasting)와 연계될 예정이다.
Land-surface and soil processes significantly affect mesoscale local weather systems as well as global/regional climate. In this study, characteristics of land-surface models (LSMs) and soil models (SMs) that are frequently coupled into mesoscale meteorological models are investigated. In addition, detailed analyses on three LSMs, employed by the PSU/NCAR MM5, are provided. Some impacts of LSMs on heavy rainfall prediction are also discussed.
본 연구에서는 광역지역에 대한 지표온도를 추출할 목적으로 대상지역에 대한 시계열 Landsat TM/ETM+영상을 획득하여 기하보정 및 방사보정을 실시하고 NASA모델을 이용하여 지표온도를 추출하였다. 그리고 대상지역에 대한 피복분류를 통하여 이에 따른 고유 방사율을 적용하는 1차 보정을 실시하는 한편, 기상청 기온자료와의 상관관계를 분석하여 보정식을 설정하고 영상으로부터 획득한 지표온도를 2차적으로 보정함으로써 영상을 이용한 지표온도 추출의 정확도를 향상시키고자 하였다. 그 결과, 1,2차 보정에 의해 획득한 지표온도는 기상청자료와 약 ${\pm}3.0^{\circ}C$의 평균편차내에서 보정된 지표온도를 획득할 수 있었다. 연구결과의 재검증을 위하여 다른 시기의 Landsat 영상에 적용함으로써 대상지역에 대한 지표온도를 비교적 높은 정확도로 획득할 수 있었다.
High spatio-temporal resolution hydrologic components can give important information to monitor natural disaster. The objective of this study is to create high spatial-temporal resolution gridded hydrologic components using TOPLATS distributed land surface model and evaluate their accuracy. For this, Andong dam basin is selected as study area and TOPLATS model is constructed to create hourly simulated values in every $1{\times}1km^2$ cell size. The observed inflow at Andong dam and soil moisture at Andong AWS site are collected to directly evaluate the simulated one. RMSEs of monthly simulated flow for calibration (2003~2006) and verification (2007~2009) periods show 36.87 mm and 32.41 mm, respectively. The hourly simulated soil moisture in the cell located Andong observation site for 2009 is well fitted with observed one at -50 cm. From this results, the cell based hydrologic components using TOPLATS distributed land surface model show to reasonably represent the real hydrologic condition in the field. Therefore the model driven hydrologic information can be used to analyze local water balance and monitor natural disaster caused by the severe weather.
Sensitivity experiments of WRF model using different planetary boundary layer (PBL) and land surface model (LSM) parameterizations are evaluated for prediction of wind fields within the surface layer. The experiments were performed with three PBL schemes (YSU, Pleim, MYJ) in combination with three land surface models (Noah, RUC, Pleim). The WRF model was conducted on a nested grid from 27-km to 1-km horizontal resolution. The simulations validated wind speed and direction at 10 m and 80 m above ground level at a 1-km spatial resolution over the South Korea. Statistical verification results indicate that Pleim and YSU PBL schemes are in good agreement with observations at 10 m above ground level, while the MYJ scheme produced predictions similar to the observed wind speed at 80 m above ground level. LSM comparisons indicate that the RUC model performs best in predicting 10-m and 80-m wind speed. It is found that MYJ (PBL) - RUC (LSM) simulations yielded the best results for wind field in the surface layer. The choice of PBL and LSM parameterization will contribute to more accurate wind predictions for air quality studies and wind power using WRF.
This study aims to analyze the relations among greenbelt, urban land surface temperature empirically in order to assess the environmental effects of the greenbelt in the Seoul metropolitan area, objectively. For this purpose, this study conducts an empirical analysis of impacts of greenbelt on urban land surface temperature using a multiple-regression model. The main data employed in the analysis include real-time air pollution data, Landsat 8-OLI Landsat imagery data, KLIS data and Jip-gye-gu data. The major findings are summarized as follows. NDVI has a negative (-) correlation with the land surface temperature, and the urban temperature is high in areas with poor vegetation. The land surface temperature is low in residential or commercial areas, while the temperature is high in industrial areas. The temperature is low in green fields, open spaces, and river areas. it is found that the urban land surface temperature is low in the greenbelt zone. In the greenbelt zone, there is an effect that reduces the land surface temperature by 1% on average, as compared to that at the center of the Seoul metropolitan area. Especially, the center of the Seoul metropolitan area, in a range from 0.6% to 1.9% of the average temperature, the temperature gets lower up to approximately 3km from the greenbelt boundary.
A land surface parameterization has been used to simulate influences of the terrestrial surface on the atmosphere. A simple biosphere model (SiB2), one of land surface parameterization, calculates exchange of radiation, sensible heat, latent heat, and momentum between the surface and the atmosphere (Sellers, et al., 1996).(omitted)
Eutrophication of surface waters is of concern worldwide, because it can result in many undesirable water-quality and ecological problems, such as hypoxic 'dead' zones and harmful algal blooms, both associated with considerable economic costs. In this study, we used LSM (Land Surface Model) to simulate nitrogen in five major rivers in the Southern Korean Peninsula. The main objective of this research was to enhance nitrogen data for input of LM3V model in South Korea. Input data for nitrogen fluxes were categorized into three sections including agriculture fertilizer, livestock manure, atmosphere deposition, biological fixation, and sewage pollutants were used as the nitrogen input. For using LM3V model, the nitrogen input data were regenerated by considering states of agriculture and industry in South Korea at a $1/8^{\circ}$ resolution. Then, we simulated stream/river flows and N loads throughout the entire drainage networks in South Korea at a $1/8^{\circ}$ resolution. By using the same parameters for the entire country ($100,210km^2$), composed of 5 river basins with varying climate and land use, the model simulates spatial (11 sites) and temporal (1999~2010) patterns of flows and nitrate-N loads are resonable by comparing observed flow and nitrate-N loads. The r (Pearson's linear correlation) for water temperature, flow and nitrate-N at river were 080~0.93, 0.62~0.92 and 0.5~0.9 respectively. Based on enhanced N input data and model results, we find that LM3V model as land surface model can be applied in South Korea with interaction of atmosphere and land conditions.
토양수분은 기후, 토양 및 지표면의 조건 등에 의해 영향을 받는다. 특히, 급격한 도시화 및 산업화의 영향으로 다른 영향인 자들 보다 지표면 조건의 변화가 크게 바뀌고 있다고 할 수 있으며 본 연구에서는 이러한 지표면 조건의 변화가 토양수분에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 간단한 토양수분 동역학 모형을 이용하여 평가해 보았다. 먼저, 본 논문에서는 토양수분의 시간적 공간적 통계특성을 정량화 해보기 위해 논문의 전반부를 Washita ’92 자료 및 Monsoon ’90 자료의 1차원 및 2차원의 통계적 특성을 정리하는데 할해하였으며, 논문의 후반부에서 지표면 조건의 변화를 모형 매개변수의 통계적인 특성을 변화시킴으로서 고려하고 각각의 경우 토양수분이 어떻게 반응하는가를 살펴보았다. 사용된 모형은 선형저수지의 개념에 토양상층에서의 공간적 거동을 고려하기 위하여 확산의 개념을 도입하여 구성된 모형이다. 모형의 주요 매개변수는 손실률과 확산계수로 나타나고, 이들은 관측자료의 통계특성을 이용하여 추정될 수 있다. 지표면 조건의 변화는 모형의 매개변수에 다양한 통계특성을 적용하고 고려하게 된다. 특히, 본 연구에서는 지표면 조건의 평균적인 변화보다 이의 공간적인 분산도의 변화에 초점을 맞추어 분석하였다. 이는 평균적인 지표면 조건의 변화는 선형저수지의 이론에 근거하여 그 영향을 쉽게 판단할 수 있기 때문이다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 지표면 상태의 분산도가 커질 경우 토양수분은 더 쉽게 손실된다, (2) 토양수분의 분산도는 모의 초기에 강우의 영향으로 크게 나타나나 시간이 경과함에 따라 감소하고 점차 지표면 상태의 분산특성를 나타내게 된다, (3) 지표면 유출이나 토양상층에서의 토양수분 이동에 따른 확산의 영향은 지표면 유출이 존재하는 강우기간으로 제한되며 전체적으로 토양수분의 변화에 미미한 영향을 미친다.
This study presents a performance evaluation of four different land surface models (LSM) available in Weather Forecast Research (WRF). The research site was located in Haean Basin in South Korea. The basin is very unique by its geomorphology and topography. For a better representation of the complex terrain in the mesoscale model were used a high resolution topography data with a spatial resolution of 30 meters. Additionally, land-use layer was corrected by ground mapping data-sets. The observation equipments used in the study were an ultrasonic anemometer with a gas analyzer, an automatic weather station and a tethered balloon sonde. The model simulation covers a four-day period during autumn. The result shows significant impact of LSM on meteorological simulation. The best agreement between observation and simulation was found in the case of WRF with Noah LSM (WRF-Noah). The WRF with Rapid Update Cycle LSM (WRF-RUC) has a very good agreement with temperature profiles due to successfully predicted fog which appeared during measurements and affected the radiation budget at the basin floor. The WRF with Pleim and Xiu LSM (WRF-PX) and WRF with Thermal Diffusion LSM (WRF-TD) performed insufficiently for simulation of heat fluxes. Both overestimated the sensible and underestimated the latent heat fluxes during the daytime.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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