It is very important to assess accurately the terms which are included in the heat budget equation of soil surface because they are used in the UM and miso-scale circulation modeling as well as in the micrometeorological studies. Each terms in the heat budget equation change according to the soil moisture content. So, it is necessary to specify clearly the relations between soil moisture content and these terms. Special experiment with micrometeorological measurements was executed to study these relations at Environmental Research Center of Tsukuba University, Japan. The results are as follow: 1. The soil moisture contents of 1 cm and 4 cm depth are oscillated with one day Period in drying process and the amplitude of variation of 1 cm depth is greater than that of 4 cm. 2. Increase in soil moisture contents due to precipitation result in decrease of albedo with step function. 3. Sensible heat is in reverse proportion to the soil moisture content and latent heat is in direct proportion to it. Latent heat is more sensitive than sensible heat according to the soil moisture variation. Net long wave radiation have high correlation with soil moisture. 4. Comparing with the radiative term with the flux term in wetting process due to precipitation, the energy transfer of the aero and thermodynamic flux is greater than that of the radiative heat flux.
The soil NO flux measurements in Korea were made from 17 May 1997 to 16 June 1997 on grass land at Kunsan National University in southwestern Korea by using flow-through chamber technique. The experiment was conducted in an effort to determine the role of natural emissions of NO on rural atmospheric photochemistry, and to understand the soil NO emission mechanism with respect to soil parameters. Soil NO fluxes were measured every minutes and averaged in every 15 minutes as well as soil temperature. Soil samples were analyzed for $NO_3^-, NH_4^+$, and moisture in soil. Soil nitrate was not detected in most times, and total N-containing was limited in site soils. There was a optimum range of soil moisture and temperature for soil NO flux. The overall average of soil NO emission rates were found to be 1.30 $\pm 0.92 ngNm^{-2}s^{-1}$ (n=1219), and ranged from 0.01 ngNm^{-2}s^{-1}$ to 5.62 ngNm^{-2}s^{-1}$. Diurnal variation of soil NO emission was typical, which was in higher level during daytime, and was in lower level over the night. NO flux showed a strong soil temperature dependence $(r^2=0.78)$, but not with soil moisture and soil N-containing during this experimental period; NO fluxes increased exponentially as soil temperature increased. In order to assure the relevant relationship between soil NO flux and the soil parameters, long-term soil flux measurement on different types of land use should be planned and conducted continuously.
현재 우리나라는 지구 온난화로 인한 이상기후 현상이 발생하여 평균 강우량은 증가하는 반면에 강우일수는 감소하는 경향을 나타내고 있다. 다시 말하면, 강우가 특정한 기간에 집중되어 내려 홍수에 의한 피해도 심각하지만 가뭄에 의한 피해 또한 심각하다는 것을 나타낸다. 기존의 연구를 살펴보면 홍수에 대한 연구는 비교적 많은 편이지만 가뭄에 대한 연구는 상대적으로 드물다. 본 연구에서는 토양수분과 강수량으로 가뭄지수를 산정하여 비교 검토하였으며 이를 바탕으로 정확한 가뭄의 경향을 파악하고자 한다. 연구지역은 전라남도 해남이며, 토양수분자료로 Soil Moisture Index(SMI)를 산정하였고, 기상 자료로 Standardized Precipitation Index(SPI)와 Palmer Drought Severity Index(PDSI)를 산정하였다. 본 연구에서는 KoFlux 타워에서 측정된 토양수분 값을 이용하여 보다 실질적인 가뭄지수를 산정할 수 있었다. 각 가뭄지수를 월 단위로 산정하였고, 비교분석 결과 세 가지 가뭄지수는 대체로 비슷한 경향을 나타내었다. 따라서 KoFlux 타워에서 측정된 토양수분 값으로 가뭄지수를 산정하는 것은 적절하다고 판단되고 토양수분 값은 모든 기상학적 요인들에 직접적으로 영향을 받기 때문이라고 판단된다.
본 연구는 2004년 9월에서 10월까지 경기도 광릉시험림내 국립산림과학원 산림수문 유역시험지인 전나무 인공림에서 수목의 증산에 의해 나타나는 수액이동량과 토양수분장력 및 토양함수율의 변화를 조사하고, 이들 간의 상호작용을 밝히기 위하여 수행되었다. 대상지인 전나무림은 1976년 조림지로서 1996년 2월부터 7월까지 1차 간벌과 가지치기를 실시하였으며 2004년 4월에 2차 간벌과 가지치기를 실시하였다. 수액이동량은 수액유속계로 측정하였으며, 토양수분장력은 사면부와 계류부에 텐시오미터를 설치하여 조사하였다. 토양함수량은 사면부에 10, 30, 50 cm 깊이로 TDR을 매설하여 관측하였으며, 각 조사항목들은 30분단위로 측정하여 데이터로거에 저장하였다. 조사기간 동안 일일 평균수액이동량은 10.16l이고, 최대는 15.09l, 최소는 0.01l였다. 시간별로는 9시부터 수액이동량이 증가하기 시작하여 13시에 최대치인 30분당 0.74l에 달하였으며, 15시까지 그 값이 유지된 후 급감하기 시작하여 19시를 지나면서 0으로 수렴하였고 야간에는 수액이동이 거의 없었다. 강우시에는 주간에도 수액이동량이 거의 없는 것으로 나타났다. 토양수분장력은 사면에서 평균 $-141.3cmH_2O$, $-52.9cmH_2O$, $-134.2cmH_2O$로 낮았으며, 계류부 사이의 완경사지에서 평균$-6.1cmH_2O$, $-18.0cmH_2O$ and $-3.7cmH_2O$로 높게 나타났다. 특히 토양수분에 대한 강우의 영향이 감소된 후 사면의 토양수분장력은 수목의 증산에 따라 일주기성을 나타내어 수액이동량이 증가하면 토양수분장력이 낮아지고 수액이동량이 감소하면 토양수분장력이 높아지는 경향을 보였으나, 계류부에서는 수액이동량의 영향을 파악할 수 없었다. 토양함수율은 강수 종료 후 지속적으로 감소하였으며, 사면부의 토양수분장력과 같이 증산에 따른 일주기성을 나타내어 주간에는 토양함수율이 감소하였고 수액의 이동이 거의 없는 야간에는 함수율이 유지되거나 또는 소폭 상승하는 경향이 나타났다. 이상의 결과로 수액이동량의 변화에 따른 토양수분의 변화는 사면부와 계류부에서 다르게 나타나는 것을 알 수 있었다.
Background: Large-scale land-use change is being caused by various socioeconomic problems. Land-use change is necessarily accompanied by changes in the regional carbon balance in terrestrial ecosystems and affects climate change. Therefore, it is crucial to understand the correlation between environmental factors altered by land-use change and the carbon balance. To address this issue, we studied the characteristics of soil carbon flux and soil moisture content related to rainfall events in mountain pastures converted from deciduous forest in Korea. Results: The average soil moisture contents (SMC) during the study period were 23.1% in the soil respiration (SR) plot and 25.2% in the heterotrophic respiration (HR) plot. The average SMC was increased to 2.1 and 1.1% in the SR and HR plots after rainfall events, respectively. In addition, saturated water content was 29.36% in this grassland. The soil water content was saturated under the consistent rainfall of more than $5mm\;h^{-1}$ rather than short-term heavy rainfall event. The average SR was increased to 28.4% after a rainfall event, but the average HR was decreased to 70. 1%. The correlation between soil carbon flux rates and rainfall was lower than other environmental factors. The correlation between SMC and soil carbon flux rates was low. However, HR exhibited a tendency to be decreased when SMC was 24.5%. In addition, the correlation between soil temperature and respiration rate was significant. Conclusions: In a mountain pasture ecosystem, rainfall induced the important change of soil moisture content related to respiration in soil. SR and HR were very sensitive to change of SMC in soil surface layer about 0-10-cm depth. SR was increased by elevation of SMC due to a rainfall event, and the result was assumed from maintaining moderate soil moisture content for respiration in microorganism and plant root. However, HR was decreased in long-time saturated condition of soil moisture content. Root has obviously contributed to high respiration in heavy rainfall, but it was affected to quick depression in respiration under low rainfall. The difference of SMC due to rainfall event was causative of a highly fluctuated soil respiration rate in the same soil temperature condition. Therefore, rainfall factor or SMC are to be considered in predicting the soil carbon flux of grassland ecosystems for future climate change.
A closed chamber system was used for measuring $N_2$0 fluxes from an agriculturally managed upland soil in Kunsan during the growing season from May to July 2002. It is known that soil is one dominant source of atmospheric $N_2$O, contributing to about 57% (9 Tg y $^{-1}$ ) of the total annual global emission. Hence, its increasing emissions and concentrations are largely associated with agricultural activities. In order to elucidate characteristics of soil nitrogen emissions from intensively managed agricultural soils and to understand the roles of soil parameters (soil moisture, soil pH, soil temperature, and soil nitrogen) in the gas emission, $N_2$O soil emissions were measured at every hour during the experimental period (21 days). Soil $N_2$O fluxes were calculated based on changes of $N_2$O concentrations measured inside a closed chamber at every hour. The analysis of $N_2$O was made by using a Gas Chromatography (equipped with Electron Capture Detector). Soil parameters at sampling plots were also analyzed. Monthly averaged $N_2$O fluxes during May, June, and July were 0.14, 0.05, and 0.13 mg-$N_2$O m$^{-2}$ h$^{-1}$ , respectively. Soil temperature and soil pH did not significantly vary over the experimental period; soil temperatures ranged from 12∼$25^{\circ}C$, and soil pH ranged 4.56∼4.75. However, soil moisture varied significantly from 32% to 56% in WFPS. Relationships between soil parameters and $N_2$O fluxes exhibited positive linear relationships. Strong positive correlation ($R^2$ = 0.57, P< 0.0001) was found between $N_2$O flux and sil moisture. It suggests that soil moisture has affected strongly soil $N_2$O emissions during the experimental periods, while other parameters have remained relatively at constant levels. $N_2$O flux from agricultural soils was significant and should be taken account for the national emission inventory.
In this paper, lysimeter was installed to analyze the moisture fluctuations on the surface of a forest. The weight of the soil was measured, and the moisture fluctuations were calculated through the difference in weight over time. The amount of dew condensation on the surface of the ground was about 2-7 mm. January experienced the most dew condensation (7.2 mm). It was found that about 43 mm of dew condensation was generated over one year. To analyze the characteristics of evapotranspiration in the forest, the evapotranspiration on the surface was measured by the lysimeter method and the evapotranspiration on the upper part of the canopy was measured by the eddy covariance method. These results were compared and analyzed. Until mid-October, the evapotranspiration of the forest was active, and the amount of evapotranspiration on the top of the canopy was higher than the amount on the surface. Thereafter, the amount of evapotranspiration on the top of the canopy decreased due to the lowering of temperature and net-radiation. The amount of evapotranspiration on the surface and above the canopy showed the same tendency.
농업적 가뭄이 발생하면 토양의 수분이 감소하여 식생의 광합성 및 성장을 저해한다. 광합성을 통해 대기 중의 이산화탄소가 흡수되며 산소 생산량이 증가하는데, 이러한 광합성에 부정적인 영향이 생긴다면 대기 중의 이산화탄소 농도가 증가한다. 본 연구에서는 다중분광광학센서인 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 산출물을 이용하여 토양수분, 식생 활력 및 대기 중의 이산화탄소 농도 간의 관계를 분석하였다. 토양수분의 경우, 기존의 마이크로웨이브 센서는 낮은 공간 해상도로 제공되는 특징으로 인해 소규모 연구 지역 분석에 한계가 있어서 상대적으로 고해상도인 광학센서를 이용한 토양수분 산정 방법을 적용하였다. 또한, MODIS 총일차생산량(Gross Primary Productivity, GPP) 산출물을 이용하여 식생의 호흡과의 관계식을 이용하여 이산화탄소 플럭스를 계산하였다. 원격탐사 기반의 토양수분, 식생지수와 이산화탄소 플럭스를 국내의 극한 가뭄 발생시기인 2014년과 2015년도에 대하여 지점 관측 자료인 플럭스타워 값과 비교 분석하였다. 분석한 결과 토양수분과 식생지수 사이에는 한 달의 지체시간, 식생지수와 이산화탄소 플럭스 사이에는 2주 지체시간이 발생했을 때, 상관성이 높게 나타났다.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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제14권E호
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pp.9-17
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1998
Oxides of nitrogen play important roles in atmospheric chemistry. Soil has been recognized as a major natural source of NO, and its emission depends on soil parameters such as soil nitrogen availability, soil moisture and temperature. It is necessary to understand effects of these controlling parameters on soil NO emission. In order to understand soil moisture effects on NO emission, variations of NO concentration and existence of its equilibrium concentration were observed from ammonium fertilized Japanese upland soil prepared for different soil moisture conditions. The closed chamber technique was employed for this study. The significant increases in NO with soil moisture were found. Maximum was occurred at sample ID4 (55% of water-filled pore space (WFPS)), but it decreased as soil moisture increased. No significant NO concentration was emitted from soil sample without fertilizer, but there was significant NO in fertilized soil samples. The magnitudes of NO from soil increased with time and reached at steady state within ten minutes approximately. These results suggest that nitrogen input from fertilizer takes charge in the first step of sharp increase in NO emission, and then soil moisture becomes important factor to control NO emission from the soils. NO concentrations from soil were compared to those one-day after the experiment. Results from the comparison analysis suggest that the soil NO flux might have been stimulated by soil disturbances like mixing, and this is much more effective in dry soils rather than in wet soils. It was found that much less NO came out from soils after a day; suggesting that most of NO was released from the soils within a day after fertilizer application during our experiment. The length of NO releasing time span may depend on the amounts of fertilizer applied, soil moisture condition, and other soil physical parameters.
Infrared heating has been traditionally used in industrial applications for processes such as dehydration of food industrial. This heating method involves the application of radiation in the wavelength range of 5~50 micrometers. In this work, simultaneous heat balance equations were developed to simulate the infrared radiation heating of red peppers. The equations assume that moisture diffuses to the outer boundaries of the material in liquid form and evaporation occurs at the surface of the red peppers. Energy for moisture evaporation is supplied by the infrared radiant energy. The equations were validated with experimental data on surface temperature and average moisture content of red peppers. Average deviations of predicted surface red peppers temperature and average red peppers moisture from experimental data were 323~353K and 50~80%, respectively. The spectral extinction coefficients in the wavelength range $1.5<{\lambda}<27$ micrometer at 293K for Red Peppers were determined from results of reflection measurements and the four flux radiative heat transfer calculation. The radiation extinction coefficients were obtained from effective drying factor the temperature 373K.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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