Space-borne remote sensing is an effective and inexpensive way to identify crop fields and detect the crop condition. We examined the multi-temporal spectral characteristics of rice fields in South Korea to detect their phenological development and condition. These rice fields are compact, small-scale parcels of land. For the analysis, moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) and RapidEye images acquired in 2011 were used. The annual spectral tendencies of different crop types could be detected using MODIS data because of its high temporal resolution, despite its relatively low spatial resolution. A comparison between MODIS and RapidEye showed that the spectral characteristics changed with the spatial resolution. The vegetation index (VI) derived from MODIS revealed more moderate values among different land-cover types than the index derived from RapidEye. Additionally, an analysis of various VIs using RapidEye satellite data showed that the VI adopting the red edge band reflected crop conditions better than the traditionally used normalized difference VI.
Yun J. I.;Nam J. C.;Hong S. Y.;Kim J.;Kim K. S.;Chung U.;Chae N. Y.;Choi T. J
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.6
no.3
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pp.149-163
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2004
Evapotranspiration (ET) is a critical component of the hydrologic cycle which influences economic activities as well as the natural ecosystem. While there have been numerous studies on ET estimation for homogeneous areas using point measurements of meteorological variables, monitoring of spatial ET has not been possible at landscape - or watershed - scales. We propose a site-specific application of the land surface model, which is enabled by spatially interpolated input data at the desired resolution. Gyunggi Province of South Korea was divided into a regular grid of 10 million cells with 30m spacing and hourly temperature, humidity, wind, precipitation and solar irradiance were estimated for each grid cell by spatial interpolation of synoptic weather data. Topoclimatology models were used to accommodate effects of topography in a spatial interpolation procedure, including cold air drainage on nocturnal temperature and solar irradiance on daytime temperature. Satellite remote sensing data were used to classify the vegetation type of each grid cell, and corresponding spatial attributes including soil texture, canopy structure, and phenological features were identified. All data were fed into a standalone version of SiB2(Simple Biosphere Model 2) to simulate latent heat flux at each grid cell. A computer program was written for data management in the cell - based SiB2 operation such as extracting input data for SiB2 from grid matrices and recombining the output data back to the grid format. ET estimates at selected grid cells were validated against the actual measurement of latent heat fluxes by eddy covariance measurement. We applied this system to obtain the spatial ET of the study area on a continuous basis for the 2001-2003 period. The results showed a strong feasibility of using spatial - data driven land surface models for operational monitoring of regional ET.
The land cover over Korean peninsula was classified using a multi-temporal NOAA/AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) data. Four types of phenological data derived from the 10-day composited NDVI (Normalized Differences Vegetation Index), maximum and annual mean land surface temperature, and topographical data were used not only reducing the data volume but also increasing the accuracy of classification. Self organizing feature map (SOFM), a kind of neural network technique, was used for the clustering of satellite data. We used a decision tree for the classification of the clusters. When we compared the classification results with the time series of NDVI and some other available ground truth data, the urban, agricultural area, deciduous tree and evergreen tree were clearly classified.
Multi-temporal data have been used frequently for analyzing dynamic characteristics of ecological environment. Little research, however, shows the characteristics and problems of the analysis of continental- or global-scale, multi-temporal satellite data. This research investigated the characteristics of large-area, multi-temporal data analysis and the problems of phenological difference of ground vegetation and scarcity of training data for a long term period. This research suggested a latitudinal image segmentation method and an invariant pixel method. As an application, the image segmentation and invariant pixel methods were applied to a set of AVHRR data covering most part of Asia from 1982 to 1993. Fuzzy classification results showed the decrease of forests and the increase of croplands at densely populated areas, however an opposite trend was detected at sparsely populated or depopulated areas.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.17
no.3
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pp.20-38
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2014
Vegetation phenology is the most important indicator of ecosystem response to climate change. Therefore it is necessary to continuously monitor forest phenology. This paper analyzes the phenological characteristics of forests in South Korea using the MODIS vegetation index with error from clouds or other sources removed using the HANTS algorithm. After using the HANTS algorithm to reduce the noise of the satellite-based vegetation index data, we were able to confirm that phenological transition dates varied strongly with altitudinal gradients. The dates of the start of the growing season, end of the growing season and the length of the growing season were estimated to vary by +0.71day/100m, -1.33day/100m and -2.04day/100m in needleleaf forests, +1.50day/100m, -1.54day/100m and -3.04day/100m in broadleaf forests, +1.39day/100m, -2.04day/100m and -3.43day/100m in mixed forests. We found a linear pattern of variation in response to altitudinal gradients that was related to air temperature. We also found that broadleaf forests are more sensitive to temperature changes compared to needleleaf forests.
Under the constant daylength of 13 hours and growth temperatures of 15$^{\circ}C$ to 27$^{\circ}C$, the final number of loaves (FNL) on the main culm was constant as 15 regardless of temperature in rice variety 'Kwanganbyeo'. Leaf appearance rate (LAR) increased with rising temperature and decreased with phenological development. Threshold temperature (T$_{o}$) was not constant across growth stages, but increased with phenological development. Effective accumulated temperature (EAT), which is calculated by the summation of values subtracting T0 from daily mean temperature, is closely related with number of leaves appeared (LA). LA was fitted to bilinear, quadratic, power and logistic function of EAT. Among the functions, logistic function had the best fitness of which coefficient of determination was $R^2$=0.995. Therefore, LAR prediction model was established by differentiating this function in terms of time: (equation omitted). where dL/dt is LAR, T$_1$ is daily mean temperature, L is the number of leaves appeared, and a, b, and c are constants that were estimated as 41.8, 1098.38, and -0.9273, respectively. When predictions of LA were made by LAR prediction model using data independent of model establishment, the observed and predicted LA showed good agreement of $R^2$$\geq$0.99.
Kim, Hyuk-Jin;Hong, Jeong-Ki;Kim, Sang-Chul;Oh, Seung-Hwan;Kim, Joo-Hwan
Korean Journal of Plant Resources
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v.24
no.5
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pp.549-556
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2011
We investigated the plant phenology on the threatened species for climate change in the summit area of Mt. Deogyusan which is a representative sub-alpine zone in Korea. We had performed the monitoring survey of plant phenology on 38 species including 20 trees and 18 herbs from May 2009 to November 2010. The investigated phenological charateristics were five dates for leafing, flowering, floral abscission, autumn leaf colors and leaf abscission on each plant species in sub-alpine region. The climate data were measured from November 2009 to December 2010. The range of temperature was from 30.4 to -$20.3^{\circ}C$ at Hyangjeokbong to Jungbong region, and the relative humidity was 100% to 3.4%. The leafing dates in 2010 were similar to 2009 or were 6-20 days delayed in most of the investigated species except Veratrum oxysepalum and Sanguisorba hakusanensis which showed 8 days earlier leafing dates in 2010. The biggest difference among phenological characters was found in flowering dates. The flowering dates of early Spring blooming species such as Heloniopsis koreana, Rhododendron yedoense for. poukhanense and Viola orientalis showed 13-20 days earlier in 2010, and the several summer flowering species as Viburnum opulus var. calvescens, Smilacina japonica and Bupleurum longeradiatum showed 6-10 days delay in 2010. The dates for floral abscission and autumn leaf colors in 2010 were delayed about 10-18 days, and leaf abscission dates were similar to 2009. The effects of climate change on the phenology for the threatened species in sub-alpine zones of Korea are occuring especially on flowering, floral abscission and autumn leaf colors.
Environmental variables, fishing and biological data of the common squid, Todarodes pacificus were used to describe changes in structure, migration and abundance of the squid population in relation to ocean climate shifts. It was possible to consider the main groups of the squid (autumn and winter-spawned groups) as a single population to aid conservation in the waters around Korea and Japan (TWC and KOC regions). The patterns of yearly fluctuations in abundance of the squid population in the two regions were the same during 52 years of $1952{\sim}2003$. The abundance of the squid began to decrease in both regions in the early 1970s, remained low in the 1980s and the main squid groups synchronously increased in the 1990s coincident with favorable changes of thermal conditions and plankton production in those ecosystems. The mechanisms of changes in the structure, distribution and abundance of common squid population in relation to current-mediated migration circuits are explained on the basis of phenological variables responding to climate shifts.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.22
no.4
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pp.312-326
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2020
Generation of weather forecasts at 100 m resolution through a statistical downscaling process was implemented by Korea Meteorological Administration Post- Processing (KMAPP) system. The KMAPP data started to be used in various industries such as hydrologic, agricultural, and renewable energy, sports, etc. Cheorwon area and Jeonbuk area have horizontal planes in a relatively wide range in Korea, where there are many complex mountainous areas. Cheorwon, which has a large number of in-situ and remotely sensed phenological data over large-scale rice paddy cultivation areas, is considered as an appropriate area for verifying KMAPP prediction performance in agricultural areas. In this study, the performance of predicting KMAPP temperature changes according to ecological changes in agricultural areas in Cheorwon was compared and verified using KMA and National Center for AgroMeteorology (NCAM) observations. Also, during the heat wave in Jeonbuk Province, solar radiation forecast was verified using Automated Synoptic Observing System (ASOS) data to review the usefulness of KMAPP forecast data as input data for application models such as livestock heat stress models. Although there is a limit to the need for more cases to be collected and selected, the improvement in post-harvest temperature forecasting performance in agricultural areas over ordinary residential areas has led to indirect guesses of the biophysical and phenological effects on forecasting accuracy. In the case of solar radiation prediction, it is expected that KMAPP data will be used in the application model as detailed regional forecast data, as it tends to be consistent with observed values, although errors are inevitable due to human activity in agricultural land and data unit conversion.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.7
no.3
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pp.185-191
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2005
An accurate prediction of dormancy release and bud burst in temperate zone fruit trees is indispensable for farmers to plan heating time under partially controlled environments as well as to reduce the risk of frost damage in open fields. A thermal time-based two-step phenological model that originated in Italy was applied to two important grapevine cultivars in Korea for predicting bud-burst dates. The model consists of two sequential periods: a rest period described by chilling requirement and a forcing period described by heating requirement. It requires daily maximum and minimum temperature as an input and calculates daily chill units (chill days in negative sign) until a pre-determined chilling requirement for rest release is met. After the projected rest release date, it adds daily heat units (anti-chill days in positive sign) to the chilling requirement. The date when the sum reaches zero isregarded as the bud-burst in the model. Controlled environment experiments using field sampled twigs of 'Campbell Early' and 'Kyoho' cultivars were carried out in the vineyard at the National Horticultural Research Institute (NHRI) in Suwon during 2004-2005 to derive the model parameters: threshold temperature for chilling and chilling requirement for breaking dormancy. The model adjusted with the selected parameters was applied to the 1994-2004 daily temperature data obtained from the automated weather station in the NHRI vineyard to estimate bud burst dates of two cultivars and the results were compared with the observed data. The model showed a consistently good performance in predicting the bud burst of 'Campbell Early' and 'Kyoho' cultivars with 2.6 and 2.5 days of root mean squared error, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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