본 연구에서는 최신의 연구 트렌드인 빅데이터와 인공지능을 농업분야에 접목하여 유전자 알고리즘(GA)과 전지구 기후 재분석 자료를 활용한 마늘 생산량의 장기 예측 모형을 개발하고 그 예측성능을 평가해 보았다. 해당 모형은 마늘의 파종량을 수정할 수 있는 11월에 예측 자료를 생산하므로, 마늘의 생산 시기와 시간공간적으로 떨어진 전지구 기후 재분석 자료로부터 마늘생산량의 예측 인자로 활용할 수 있는 시그널을 찾아 장기적 마늘 생산량 예측에 활용하였다. 그 결과 결정론적 예측과 확률론적 예측 모두 마늘 생산량의 경년변동성을 통계적으로 99% 신뢰수준에서 관측과 유사하게 모의하였으며, 범주형 예측에서도 이분위 예측에서 93.3%, 삼분위 예측에서 73.3%의 적중률을 보이며 우수한 예측 성능을 나타내었다. 또한, 예측인자들 사이의 선형 및 비선형적 관계를 모두 고려하는 GA방법을 사용하였을 때, 선형적 앙상블 방법을 적용하였을 때 보다 높은 예측성능과 안정적인 예측결과를 보이는 것을 알 수 있다. 본 연구에서 개발된 마늘 생산량 예측 모형은 기존의 단기예측 위주의 농산물 생산량 예측의 한계를 극복하고 한 해의 농사가 시작되기 전 잠재 생산량을 전망 정보를 생산하여 농산물의 수요·공급 및 가격안정화를 위한 장기적 계획을 수립하는 것에 도움이 될 것으로 생각된다.
In this study, a dynamic modeling scheme is presented to describe the probabilistic structure of soil water and plant water stress index under stochastic precipitation conditions. The proposed model has the form of the Fokker-Planck equation, and its applicability as a model for the probabilistic evolution of the soil water and plant water stress index is investigated under a climate change scenario. The simulation results of soil water confirm that the proposed soil water model can properly reproduce the observations and show that the soil water behaves with consistent cycle based on the precipitation pattern. The simulation results of plant water stress index show two different PDF patterns according to the precipitation. The simple impact assessment of climate change to soil water and plant water stress is discussed with Korean Meteorological Administration regional climate model.
The red imported fire ant is considered one of the most notorious invasive species because of its adverse impact on both humans and ecosystems. Public concern regarding red imported fire ants has been increasing, as they have been found seven times in South Korea. Even if red imported fire ants are not yet colonized in South Korea, a proper quarantine plan is necessary to prevent their widespread distribution. As a basis for quarantine planning, we modeled the potential distribution of the red imported fire ant under current climate conditions using six different species distribution models (SDMs) and then selected the random forest (RF) model for modeling the potential distribution under climate change. We acquired occurrence data from the Global Biodiversity Information Facility (GBIF) and bioclimatic data from WorldClim. We modeled at the global scale to project the potential distribution under the current climate and then applied models at the local scale to project the potential distribution of the red imported fire ant under climate change. Modeled results successfully represent the current distribution of red imported fire ants. The potential distribution area for red imported fire ants increased to include major harbors and airports in South Korea under the climate change scenario (RCP 8.5). Thus, we are able to provide a potential distribution of red imported fire ant that is necessary to establish a proper quarantine plan for their management to minimize adverse impacts of climate change.
Two climate change scenarios, the RCP (Representative Concentration Pathways) 4.5 and the RCP 8.5 in the fifth Assessment Report (AR5) by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), were applied in the Yocheon basin area using the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model to estimate changes in flow rates and pollutant loadings in the future. Field stream flow rate data in Songdong station and water quality data in Yocheon-1 station between 2013~2015 were used for model calibration. While $R^2$ value of flow rate calibration was 0.85 and $R^2$ value of water qualities were in the 0.12~0.43 range. The total study period was divided into 4 sub periods as 2030s (2016~2040), 2050s (2041~2070) and 2080s (2071~2100). The predicted results of flow rates and water quality concentrations were compared with results in calibrated periods, 2015s (2013~2015). In both RCP scenarios, flow rate and TSS (Total Suspended Solid) loadings were estimated to be in increasing trend while TN (Total Nitrogen) and TP (Total Phosphorus) loadings showed decreasing patterns. Also, flow rates and pollutant loadings showed larger differences between the maximum and the minimum values in RCP 4.5 than RCP 8.5 scenarios indicating more severe effect of drought and flood, respectively. Dependent on simulation period and rainfall periods in a year, flow rate, TSS, TN and TP showed different trends in each scenario. This emphasizes importance of considerations on time and space when analyzing climate change impacts of each variable under various scenarios.
The present study is aimed to quantifying the uncertainty in the general circulation model (GCM) selection and its impacts on hydrology studies in the basins. For this reason, 13 GCMs was selected among the 26 GCM models of the Fifth Assessment Report (AR5) scenarios. Then, the climate data and hydrologic data with two Representative Concentration Pathways (RCPs) of the best model (INMCM4) and worst model (HadGEM2-AO) were compared to understand the uncertainty associated with GCM models. In order to project the runoff, the Precipitation-Runoff Modelling System (PRMS) was driven to simulate daily river discharge by using daily precipitation, maximum and minimum temperature as inputs of this model. For simulating the discharge, the model has been calibrated and validated for daily data. Root mean square error (RMSE) and Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) were applied as evaluation criteria. Then parameters of the model were applied for the periods 2011-2040, and 2070-2099 to project the future discharge the five large basins of South Korea. Then, uncertainty caused by projected temperature, precipitation and runoff changes were compared in seasonal and annual time scale for two future periods and RCPs compared to the reference period (1976-2005). The findings of this study indicated that more caution will be needed for selecting the GCMs and using the results of the climate change analysis.
In this paper, future climate changes over East Asia($20^{\circ}{\sim}50^{\circ}N$, $100^{\circ}{\sim}150^{\circ}E$) are projected by anthropogenic forcing of greenhouse gases and aerosols using coupled atmosphere-ocean general circulation model (AOGCM) simulations based on Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on Emissions Scenarios (SRES) B1, A1B and A2 scenarios. Before projection future climate, model performance is assessed by the $20^{th}$ Century (20C3M) experiment with bias, root Mean Square Error (RMSE), ratio of standard deviation, Taylor diagram analysis. The result of examination of the seasonal uncertainty of T2m and PCP shows that cold bias, lowered than that of observation, of T2m and wet bias, larger than that of observation, of PCP are found over East Asia. The largest wet bias is found in winter and the largest cold bias is found in summer. The RMSE of temperature in the annual mean increases and this trend happens in winter, too. That is, higher resolution model shows generally better performances in simulation T2m and PCP. Based on IPCC SRES scenarios, East Asia will experience warmer and wetter climate in the coming $21^{st}$ century. It is predict the T2m increase in East Asia is larger than global mean temperature. As the latitude goes high, the warming over the continents of East Asia showed much more increase than that over the ocean. An enhanced land-sea contrast is proposed as a possible mechanism of the intensified Asian summer monsoon. But, the inter-model variability in PCP changes is large.
The objective of this study is to quantitatively analyze climate change effects by using statistical trends and a watershed model in the Yongdam dam watershed. The annual average air temperature was found to increase with statistical significance. In particular, greater increases were observed in autumn. Also, this study was performed to evaluate the potential climate change in the streamflow and water temperature using a watershed model (HSPF) with RCP climate change scenarios. The streamflow of Geum river showed a decrease of 5.1% and 0.2%, respectively, in the baseline data for the 2040s and 2080s. The seasonal impact of future climate change on the streamflow showed a decrease in the summer and an increase in the winter. The water temperature of Geum river showed an average increase of 0.7~1.0℃. Especially, the water temperature of Geum river showed an increase of 0.3~0.5℃ in the 2040s and 0.5~1.2℃ in the 2080s. The seasonal impact of future climate change on the water temperature showed an increase in winter and spring, with a decrease in summer. Therefore, it was determined that a statistical analysis-based meteorological and quantitative forecast of streamflow and water temperature using a watershed model is necessary to assess climate change impact and to establish plans for future water resource management.
The main purpose of this study is to suggest and evaluate an operational method for assessing the potential impact of climate change on hydrologic components and water resources of regional scale river basins. The method, which uses large scale climate change information provided by a state of the art general circulation model(GCM) comprises a statistical downscaling approach and a spatially distributed hydrological model applied to a river basin located in Korea. First, we construct global climate change scenarios using the YONU GCM control run and transient experiments, then transform the YONU GCM grid-box predictions with coarse resolution of climate change into the site-specific values by statistical downscaling techniques. The values are used to modify the parameters of the stochastic weather generator model for the simulation of the site-specific daily weather time series. The weather series fed into a semi-distributed hydrological model called SLURP to simulate the streamflows associated with other water resources for the condition of $2CO_2$. This approach is applied to the Yongdam dam basin in southern part of Korea. The results show that under the condition of $2CO_2$, about $7.6\% of annual mean streamflow is reduced when it is compared with the observed one. And while Seasonal streamflows in the winter and autumn are increased, a streamflow in the summer is decreased. However, the seasonality of the simulated series is similar to the observed pattern and the analysis of the duration cure shows the mean of averaged low flow is increased while the averaged wet and normal flow are decreased for the climate change.
Korea's researchers have recently studied the prediction of forest change, but they have not considered landuse/cover change compared to distribution of forest vegetation. The purpose of our study is to predict forest vegetation based on landuse/cover change on the Korean Peninsula in the 2090's. The methods of this study were Multi-layer perceptrom neural network for Landuse/cover (water, urban, barren, wetland, grass, forest, agriculture) change and Multinomial Logit Model for distribution prediction for forest vegetation (Pinus densiflora, Quercus Spp., Alpine Plants, Evergreen Broad-Leaved Plants). The classification accuracy of landuse/cover change on the Korean Peninsula was 71.3%. Urban areas expanded with large cities as the central, but forest and agriculture area contracted by 6%. The distribution model of forest vegetation has 63.6% prediction accuracy. Pinus densiflora and evergreen broad-leaved plants increased but Quercus Spp. and alpine plants decreased from the model. Finally, the results of forest vegetation based on landuse/cover change increased Pinus densiflora to 38.9% and evergreen broad-leaved plants to 70% when it is compared to the current climate. But Quercus Spp. decreased 10.2% and alpine plants disappeared almost completely for most of the Korean Peninsula. These results were difficult to make a distinction between the increase of Pinus densiflora and the decrease of Quercus Spp. because of they both inhabit a similar environment on the Korean Peninsula.
This paper demonstrates Environmental Impact Assessment (EIA) has to be applied for development projects with regard to the ecological, economical and social aspects before any decisions made in the project. Korea has confronted various environmental problems during the last fifteen years, even though EIA has been enacted since 1981. The role of impact assessment in planning and policy processes should be emphasized to investigate the magnitude and intensity of the adverse influences of economic development. In the Seoul Metropolitan Region, it is necessary to apply EIA all urban projects to reduce the adverse effects of urbanization. Special attention should be given to the climatological effects throughout the urbanization process in Korea to keep the urban area energy-efficient. This study intends not only to establish basic data for national-and regional-based land-use policy in the environmental aspects, but also to provide the basic data for the possible climate model (scenarios) that may provide spatial and temporal variability by analyzing the actual climatic record. There is a noticeable impact of urbanization on the atmospheric environment in the Seoul Metropolitan Region. In this sense, the climatic aspect must be taken into consideration in the process of EIA to mitigate the well-known climatic alterations of urbanization. Moreover, the techniques of assessment should be improved by developing geo-reference data sets to build models of the global climate in response to the man-made environmental change.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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