In this study, the prognostic model for the prediction of the road surface temperature is developed using the surface energy balance theory. This model not only has a detailed micro meteorological physical attribute but also is able to accurately represent each surface energy budget. To verify the performance, the developed model output was compared with the German Weather Service (DWD)'s Energy Balance Model (EBM) output, which is based on the energy budget balance theory, and the observations. The simulated results by using both models are very similar to each other and are compatible with the observed data.
Kim, Jhoon;Cho, Hi Ku;Jung, Yeon Jin;Lee, Yun Gon;Lee, Bang Yong
Atmosphere
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v.16
no.2
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pp.111-124
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2006
This study examines seasonal variability of the surface energy balance at the King Sejong Station, Antarctica, using measurements and estimates of the components related to the balance for the period of 1996 to 2004. Annual average of downward shortwave radiation at the surface is 81 $Wm^{-2}$ which is 37% of the extraterrestrial value, with the monthly maximum of 188 $Wm^{-2}$ in December and the minimum of 8 $Wm^{-2}$ in June. These values are relatively smaller than those at other stations in Antarctica, which can be attributed to higher cloudy weather conditions in Antarctic front zone. Surface albedo varies between ~0.3 in the austral summer season and ~0.6 in the winter season. As a result, the net shortwave radiation ranges from 117 $Wm^{-2}$ down to 3 $Wm^{-2}$ with annual averages of 43 $Wm^{-2}$. Annual average of the downward longwave radiation shows 278 $Wm^{-2}$, ranging from 263 $Wm^{-2}$ in August to 298 $Wm^{-2}$ in January. The downward longwave radiation is verified to be dependent strongly on the air temperature and specific humidity, accounting for 74% and 79% of the total variance in the longwave radiation, respectively. The net longwave radiation varies between 25 $Wm^{-2}$ and 40 $Wm^{-2}$ with the annual averages of 30 $Wm^{-2}$. Accordingly, the annual average energy balance is dominated by radiative warming of a positive net all-wave radiation from September to next March and radiative cooling of a negative net all-wave radiation from April to August. The net all-wave radiative energy gain and loss at the surface is mostly balanced by turbulent flux of sensible and latent heat. The soil heat flux is of negligible importance in the surface energy balance.
Evapotranspiration estimations are essential for monitoring drought, wild land fire risk etc. In this study, a surface energy balance method, which combines meteorological observations with spectral data derived from remote sensing measurements, was used to estimate the regional evapotranspiration in the Mongolia, a large arid and semi-arid region with heterogeneous surface conditions. The Surface Energy Balance method has been applied to Landsat+ETM and NOAA-AVHRR sensors for the estimation of evapotranspiration in the grassland of Mongolia. As a result, a daily evapotranspiration map of Mongolia was produced.
Energy Balance Model (EBM) was used to experiment the distribution of surface equilibrium temperature which responds to external forcing associated with the surface characteristics. Surface equilibrium temperature is calculated as sum of incoming solar radiation and latitudinal transport is balanced with outgoing infrared radiation. To treat incoming solar radiation, the source of the earth energy, significantly for energy balance, the experiment for surface equilibrium temperature distribution was performed considering the energy balance with the latitudinal albedo change as well as land and sea distribution. In addition, linear albedo change experiment, arctic albedo 5%, 10%, 15% change experiments and the opposite albedo change experiments between arctic and mid-latitudes were performed using incoming solar radiation as an external forcing. Moreover, with and without ice-albedo feedback experiments were performed. Increasing of arctic albedo is blocked out the incoming solar radiation so that it induces decreasing of latitudinal heat transport. It is strengthened energy transport from low latitudes by keeping arctic low energy states. Therefore the temperature change in the mid-latitudes exhibits larger response than that of arctic due to the difference of transport. The land which has lower heat capacity than sea can be reach to equilibrium temperature shortly. Also land is more sensitive to temperature change with respects to albedo. Thus it induces the thermal difference between land and sea. As a result, the equilibrium temperature exhibits differently as the difference of albedo and heat capacity which are the one of surface characteristics. Surface equilibrium temperature decreases as albedo increase and the ratio of temperature change is large as heat capacity is small. The decreasing of surface equilibrium temperature with respects to increasing of linear albedo is accelerated by ice-albedo feedback. However local change of surface equilibrium temperature decreases non-linearly.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2018.05a
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pp.146-146
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2018
Basin evapotranspiration is the result of water balance and energy balance, which is affected by climate and underlying surface characteristics, the process is complex, and spatial and temporal variability is large, the evapotranspiration estimation of river basin is an important but difficult problem in the field of hydrology, over the years, many scholars devoted to the basin actual evapotranspiration estimation and achieved excellent results. We discuss Budyko coupled water-energy balance theory and evaporation paradox, then use the Fu's equation to estimate actual evapotranspiration yearly in different areas with different dryness. The result shows that Fu's equation has high precision for estimating evapotranspiration yearly in our selected study area, and the estimation result has higher precision in the area with high dryness. Then, we propose an improved formula which can be used to estimate actual evapotranspiration monthly. Furthermore, we found that the parameter in the formula reflects general conditions of underlying surface and it is affected by several factors, at last, we tried to propose the calculation formula. The study indicates that Fu's equation provides a reliable method for evapotranspiration estimation in dry regions as well as semi-humid and semi-arid regions, which has great significance for forecasting river basin water resources and inquiring into ecological water requirement.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.17
no.3
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pp.404-412
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2005
The surface energy budget depends on many factors, such as the type of surface, the soil moisture and the vegetation canopy, the geographical location, daily, monthly and seasonal variations, and weather conditions. In the coastal region, the surface is not homogeneous at various scales for instance water, sand, mud, tall grass, and crops. The energy balance over the vegetation canopy was analyzed with the optical energy balance measuring system. The latent heat flux was more intensive than the sensible heat flux. The sensible heat flux was very small in summer due to the canopy effect and higher in spring and autumn. In summer the development of the atmospheric boundary depended on rather the vertical shear of wind than the sensible heat flux.
The purpose of this study was to compare the energy expenditure of normal-weight and overweight Korean middle-aged women (40-60 yr). Middle-aged oveweight ($BMI\;{\geq}\;25$, n= 20) and normal-weight women were ($BMI\;{\leq}\;23$, n = 20) were recruited in Seoul. Anthropometric measurements, body composition, energy intake, daily activity time, and energy costs of some daily activities were measured. Energy expenditure at rest and while reading the newspaper, washing dishes, mopping the floor, and walking on a treadmill at 1.0, 2.0, 3.5mph were measured by indirect calorimeter and total daily energy expenditure was estimated by summation of energy costs of different activities. The overweight group had significantly higher values of body weight, triceps skinfold thickness, thigh circumference, waist circumference, hip circumference, BMI, WTR, WHR, body surface area, percentage body fat, fat mass, fat free mass (FFM), and muscle mass compared to normal-weight group. The energy intakes of both groups were close to RDA and other nutrient intake status was also satisfactory. There were no significant differences in intakes of energy and nutrients between the two groups. Overweight subjects showed lower energy expenditure per kg body weight for reading the newspaper, washing dishes and mopping the floor, and walking on a treadmill at 2.0 and 3.5 mph, however, energy expenditure per kg FFM did not differ between the two groups. Daily energy expenditure for all activities was significantly higher in the overweight compared to the normal-weight group due to higher body weight. Both overweight and normal-weight groups showed negative energy balance between energy intake and energy expenditure, and there was no significant difference in energy balance between the two roups. Total daily energy expenditure correlated highly with FFM and body surface area. The result of present study does not offer an explanation on the energy imbalance and weight gain of overweight women.
Boundary conditions for thermal-hydraulic problems of soils play an essential role in the numerical accuracy. This study presents a boundary condition considering the thermo-hydraulic interaction between the ground and the atmosphere. Ground surface energy balance consists of solar radiation, ground radiation, wind convection, latent heat from water evaporation, and heat conduction to the ground. Equations for each heat flux are presented, and numerical analyses are performed in conjunction with the FEM program for the thermal-hydraulic phenomenon of unsaturated soils. Numerical results using the weather data at the Ulsan Meteorological Observatory are similar to the measured surface temperature. Latent heat caused by water evaporation during the daytime lowers the surface temperature of the bare soil, and a thermal equilibrium is reached at nighttime when the effect of the ground condition is significantly reduced. The temperature change of the surface ground is diminished at the deeper ground due to its thermal diffusion. Numerical analysis where the surface ground temperature is the primary concern requires considering the thermo-hydraulic interaction between the ground and the atmosphere.
A road surface temperature prediction model (UM-Road) using input data of the Unified Model (UM) output and road physical properties is developed and verified with the use of the observed data at road weather information system. The UM outputs of air temperature, relative humidity, wind speed, downward shortwave radiation, net longwave radiation, precipitation and the road properties such as slope angles, albedo, thermal conductivity, heat capacity at maximum 7 depth are used. The net radiation is computed by a surface radiation energy balance, the ground heat flux at surface is estimated by a surface energy balance based on the Monin-Obukhov similarity, the ground heat transfer process is applied to predict the road surface temperature. If the observed road surface temperature exists, the simulated road surface temperature is corrected by mean bias during the last 24 hours. The developed UM-Road is verified using the observed data at road side for the period from 21 to 31 March 2013. It is found that the UM-Road simulates the diurnal trend and peak values of road surface temperature very well and the 50% (90%) of temperature difference lies within ${\pm}1.5^{\circ}C$ (${\pm}2.5^{\circ}C$) except for precipitation case.
We performed comprehensive quality control for eddy-covariance measurements from 3 farmland sites and 1 industrial site adjacent to Nakdong river. The quality control program is based on Foken and Wichura (1996) and Vicker and Mahrt (1997) and we added criteria for trend and standard deviation for scalar variables and modified criteria for non-stationarity condition of Foken and Wichura (1996) to consider random error of fluxes. The classification of data quality is designed for the raw data and the processed flux data, separately. Use of added criteria efficiently reduces the number of outlier for water vapor and $CO_2$ fluxes and use of modified criteria for non-stationarity reduces the number of outlier for scalar fluxes and increases the number of data with accepted quality for further work. Energy balance ratio is higher in farmlands than industrial site, which is due to neglect of heat storage term in industrial site. Among farmland sites, C4 site shows higher energy balance ratio than other sites. This is due to more homogeneous surface of C4 site than other farmland sites. However, energy balance ratio is very low or even negative at night. Mismatch between the flux footprint and the other energy component footprint over the heterogeneous surface is main cause for energy imbalance at night. Other possible causes are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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