Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2009.05a
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pp.1112-1116
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2009
The importance of securing water resources and their efficient management has attracted more attention recently due to water deficit. In water budget analysis, however, evapotranspiration (${\lambda}E$) has been approximated as the residual in the water balance equation or estimated from empirical equations and assumptions. To minimize the uncertainties in these estimates, it is necessary to directly measure ${\lambda}E$. In this study, using the eddy covariance technique, we have measured ${\lambda}E$ in a mixed forest in the Seolmacheon catchment in Korea from September 2007 to December 2008. During the growing season (May - July), ${\lambda}E$ in this mixed forest averaged about 2.2 mm $d^{-1}$, whereas it was on average 0.5 mm $d^{-1}$ during the non-growing season in winter. The annual total ${\lambda}E$ in 2008 was 581 mm $y^{-1}$, which is about 1/3 of the annual precipitation of 1997 mm. Despite the differences in the amount and frequency of precipitation, the accumulated ${\lambda}E$ during the overlapping period (i.e., September to December) for 2007 and 2008 was both ${\sim}$ 110 mm, showing virtually no difference. The omega factor, which is a measure of decoupling between forest and the atmosphere, was on average 0.5, indicating that the contributions of equilibrium ${\lambda}E$ and imposed ${\lambda}E$ to the total ${\lambda}E$ were about the same. The results suggest that ${\lambda}E$in this mixed forest was controlled by various factors such as net radiation, vapor pressure deficit, and canopy conductance. In this study, based on the direct measurements of ${\lambda}E$, we have quantified the relative contribution of ${\lambda}E$in the water balance of a mixed forest in the Seolmacheon catchment. In combination with runoff data, the information on ${\lambda}E$ would greatly enhance the reliability of water budget analysis in this catchment.
Ventilation rates, inside and outside weather data were measured in a arch-shape single-span plastic greenhouse growing tomatoes. On the roof of the experimental greenhouse, round windows which have a diameter of 0.6 m were installed at intervals of 8m. It showed that the number of air changes in this greenhouse were average 0.17 volumes per minute and in the range of 0.02 to 0.32 volumes per minute. These air changes are insufficient to meet the recommended ventilation rate for commercial greenhouses, and it is estimated that interval of 6 m is appropriate for spring or fall season. For summer season, it is necessary to narrow the space or to enlarge the open area of roof windows. Using the heat balance model, the evapotranspiration coefficients of greenhouse tomatoes were estimated from experimental ventilation data, overall heat transfer and solar radiation. It showed that the evapotranspiration coefficients were average 0.62 and in the 0.39 to 0.85 range. We suggest applying 0.6 as the evapotranspiration coefficient in design of ventilation for the single-span tomato greenhouses.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1B
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pp.29-36
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2011
Evapotranspiration (ET) from the various surfaces needs to be understood because it is a crucial hydrological factor to grasp interaction between the land surface and the atmosphere. A traditional way of estimating it, which is calculating it empirically using lysimeter and pan evaporation observations, has a limitation that the measurements represent only point values. However, these measurements cannot describe ET because it is easily affected by outer circumstances. Thus, remote sensing technology was applied to estimate spatial distribution of ET. In this study, we estimated major components of energy balance method (i.e. net radiation flux, soil heat flux, sensible heat flux, and latent heat flux) and ET as a map using Mapping Evapo-Transpiration with Internalized Calibration (METRIC) satellite-based image processing model. This model was run using Landsat imagery of Gyeongan watershed in Korea on Feb 1, 2003 and Sep 13, 2006. Basic statistical analyses were also conducted. The estimated mean daily ETs had respectively 22% and 11% of errors with pan evaporation data acquired from the Suwon Weather Station. This result represented similar distribution compared with previous studies and confirmed that the METRIC algorithm had high reliability in the watershed. In addition, ET distribution of each land use type was separately examined. As a result, it was identified that vegetation density had dominant impacts on distribution of ET. Seasonally, ET in a growing season represented significantly higher than in a dormant season due to more active transpiration. The ET maps will be useful to analyze how ET behaves along with the circumstantial conditions; land cover classification, vegetation density, elevation, topography.
Lee, Yong Gwan;Jung, Chung Gil;Ahn, So Ra;Kim, Seong Joon
Journal of Korea Water Resources Association
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v.49
no.3
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pp.227-239
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2016
This study is to estimate Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) daily spatial evapotranspiration (ET) comparing with eddy covariance flux tower ET in Seolmacheon mixed forest (SMK) and Cheongmicheon rice paddy (CFK). The SEBAL input data of Albedo, Land Surface Temperature (LST), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) from Terra MODIS products and the meteorological data of wind speed, and solar radiation were prepared for 2 years (2012-2013). For the annual average flux tower ET of 302.8 mm in SMK and 482.0 mm in CFK, the SEBAL ETs were 183.3 mm and 371.5 mm respectively. The determination coefficients ($R^2$) of SEBAL ET versus flux tower ET for total periods were 0.54 in SMK and 0.79 in CFK respectively. The main reason of SEBAL ET underestimation for both sites was from the determination of hot pixel and cold pixel of the day and affected to the overestimation of sensible heat flux.
In order to understand the hydrological processes on the mountainous forest, the configuration of soil evaporation (E) out of evapotranspiration (ET) is a challenging and important topic. In this study, we attempted to understand the soil evaporation process for a humid forest hillslope via measuring and analyzing soil moistures with a sampling interval in 2 hours at three locations for 10 days between May 22th and 31th 2009. Two methods were used to estimate soil evaporation in every 2hr; one is a method using soil moisture measurement ($E_{SM}$), the others methods are based on Penman equation (Penman (1948), Staple (1974), Konukcu (2007), Equilibrium Penman ($E_{equili}$)). As a critical parameter in determining $E_{SM}$, the dry surface layer (DSL), was estimated using energy balance equation. The accumulated soil evaporation ($E_{SM}$) of A, B, C points were estimated as 2.09, 1.08 and 2.88 mm, respectively. The estimated evaporation of Penman (1948), Staple (1974), Konukcu (2007), $E_{equili}$ were 4.91, 8.80, 8.63 and 3.28 mm. The proposed method with soil moisture measurement showed lower soil evaporations than the other conventional methods. The increasing soil temperature and interaction between soil and atmosphere due to existence of litter and DSL are considered as dominant factors for soil evaporation. The $E_{SM}$ has the apparent lag time between 2 and 4 hr compared with $E_{equili}$ and net radiation. The DSL and surface resistance ($r_s$) were increased as soil moisture was decreased for in this study. The estimated DSL through the temporal distribution analysis of soil moisture and tension measurements was also similar to that of the energy balance relationship.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.18
no.1
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pp.90-104
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2015
The purpose of this paper is to build a spatio-temporal evapotranspiration(ET) estimation model using Terra MODIS satellite image and by calibrating with the flux tower ET data from watershed. The fundamentals of spatial ET model, Surface Energy Balance Algorithm for Land(SEBAL) was adopted and modified to estimate the daily ET of Yongdam Dam watershed in South Korea. The daily Normalized Distribution Vegetation Index(NDVI), Albedo, and Land Surface Temperature(LST) from MODIS and the ground measured wind speed and solar radiation data were prepared for 2 years(2012-2013). The SEBAL was calibrated with the forest ET measured by Deokyusan flux tower in the study watershed. Among the model parameters, the important parameters were surface albedo, NDVI and surface roughness in order for momentum transport during calculation of sensible heat flux. As a result of the final calibration, the monthly averaged albedo and NDVI were used because the daily values showed big deviation with unrealistic change. The determination coefficient($R^2$) between SEBAL and flux data was 0.45. The spatial ET reflected the geographical characteristics showing the ET of lowland areas was higher than the highland ET.
To determine irrigated water temperature under the rice plant canopy, micrometeorological elements air temperature, relative humidity, water temperature, solar radiation, and the rice leaf area index the rice plant canopywere measured. Water temperature under the canopy was also estimated from these data. The results are as follows ; 1. Maximum and minimum temperatures of water in the paddy field were higher about $1-2^{\circ}C$ than those of air temperature. 2. Mean water temperature under the canopy became lower than mean air temperature when the leaf area indices were greater than 4, because of decreased light penetration rates 3. Penetration amounts of net radiation under the canopy can be estimated by an exponential equation 4. Estimated water temperatures under the canopy by a combination method model was adaptable in Suweon, a plain area, but its accuracy was lower in Jinbu, an alpine area.
Understanding of the exchange between the water and energy which is happening between the surface and atmosphere is the basic of studying water resources. To study these, lots of researches using Noah Land Surface Model(LSM) are in progress. Noah LSM is based on energy and water balance equation and simulates various hydrological factors. There are diverse researches with Noah LSM are ongoing in overseas, on the other hand not enough study has been done. Especially there is almost no study using uncoupled Noah LSM in Korea. In this study we used data from Korea Flux Tower in Haenam(HFK) and Gwangneung(GDK) as forcing data to simulate the model and compared its result of net radiation, sensible heat flux and latent heat flux with the observation data to assess the applicability of Noah LSM in Korea. Regression coefficients of the comparison results of Noah LSM and observation show good agreement with the value of 0.83~0.99 at Haenam and 0.64~0.99 at Gwangneung which means Noah LSM can be trusted.
Lee Jeongtaek;Lee Yangsoo;Kim Gunyeob;Shim Kyomoon
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.7
no.1
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pp.45-50
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2005
This study was conducted to measure and understand the exchange of CO₂ and water in a rice canopy. Eddy covariance system was installed on a 10m tower along with other meteorological instruments. CO₂ flux and surface energy balance were measured throughout the whole growing season in 2003 over a typical paddy field in Icheon, Korea. During the early growth stage in May and June, most of net radiation was partitioned to latent heat flux with daytime Bowen ratio of 0.3 to 0.7. Evapotranspiration (i.e., daily integrated latent heat flux) typically ranged from 3 to 4 mm d/sup -1/, with even higher rates on sunny days. Daily integrated net ecosystem exchange (NEE) of CO₂ increased with increasing solar radiation and leaf area index (LAI). The NEE was especially high during the stages of young panicle formation and heading. On 1 June 2003, when the rice field was flooded, it was a weak sink of atmospheric CO₂ with an uptake rate of 9.1 gm/sup -2/d/sup -1/. Despite frequent rainy and cloudy conditions in summer, maximum NEE of 36.2 gm/sup -2/d/sup -1/ occurred on 31 July prior to heading stage. As rice crop senesced after early September, the NEE decreased.
Nakano, Satoshi;Kato, Chihiro;Purcell, Larry C.;Shiraiwa, Tatsuhiko
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.308-308
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2017
The low and unstable yield of soybean has been a major problem in Japan. Excess soil moisture conditions are one of the major factors to restrict soybean productivity. More than 80 % of soybean crops are cultivated in converted paddy fields which often have poor drainage. In central and eastern regions of Japan, the early vegetative growth of soybean tends to be restricted by the flooding damage because the early growth period is overlapped with the rainy season. Field observation shows that induced excess water stress in early vegetative stage reduces dry matter production by decreasing intercepted radiation by leaf and radiation use efficiency (RUE) (Bajgain et al., 2015). Therefore, it is necessary to evaluate the responses of soybean growth for excess water conditions to assess these effects on soybean productions. In this study, we aim to modify the soybean crop model (Sinclair et al., 2003) by adding the components of the restriction of leaf area development and RUE for adaptable to excess water conditions. This model was consist of five components, phenological model, leaf area development model, dry matter production model, plant nitrogen model and soil water balance model. The model structures and parameters were estimated from the data obtained from the field experiment in Tsukuba. The excess water effects on the leaf area development were modeled with consideration of decrease of blanch emergence and individual leaf expansion as a function of temperature and ground water level from pot experiments. The nitrogen fixation and nitrogen absorption from soil were assumed to be inhibited by excess water stress and the RUE was assumed to be decreasing according to the decline of leaf nitrogen concentration. The results of the modified model were better agreement with the field observations of the induced excess water stress in paddy field. By coupling the crop model and the ground water level model, it may be possible to assess the impact of excess water conditions for soybean production quantitatively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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