Yang, Hyunyoung;Indriwati, Yohana Maria;Suyker, Andrew E.;Lee, Jihye;Lee, Kyung-do;Kim, Joon
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.22
no.1
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pp.26-46
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2020
An irrigated-maize agroecosystem is viewed as an open thermodynamic system upon which solar radiation impresses a large gradient that moves the system away from equilibrium. Following the imperative of the second law of thermodynamics, such agroecosystem resists and reduces the externally applied gradient by using all means of this nature-human coupled system acting together as a nonequilibrium dissipative process. The ultimate purpose of our study is to test this hypothesis by examining the energetics of agroecosystem growth and development. As a first step toward this test, we employed the eddy covariance flux data from 2003 to 2014 at the AmeriFlux NE1 irrigated-maize site at Mead, Nebraska, USA, and analyzed the energetics of this agroecosystem by scrutinizing its radiation, energy and entropy exchange. Our results showed: (1) more energy capture during growing season than non-growing season, and increasing energy capture through growing season until senescence; (2) more energy flow activity within and through the system, providing greater potential for degradation; (3) higher efficiency in terms of carbon uptake and water use through growing season until senescence; and (4) the resulting energy degradation occurred at the expense of increasing net entropy accumulation within the system as well as net entropy transfer out to the surrounding environment. Under the drought conditions in 2012, the increased entropy production within the system was accompanied by the enhanced entropy transfer out of the system, resulting in insignificant net entropy change. Drought mitigation with more frequent irrigation shifted the main route of entropy transfer from sensible to latent heat fluxes, yielding the production and carbon uptake exceeding the 12-year mean values at the cost of less efficient use of water and light.
There are increasing evidences of climate change in the Antarctic and Arctic Oceans, especially elevated temperature due to the continuous burning of the fossil fuels and ultraviolet B(UV-B) flux within the ozone hole. Light-dependent, temperature-sensitive, and fast-growing organisms respond to these physical and biogeochemical changes. Polar marine phytoplankton, which are pioneer endemic species and important carbon contributors in the polar waters, are therefore highly suitable biological indicators of such changes. By virtue of light requirement, the primary producers are exposed to extreme seasonal fluctuations in temperature, photosynthetically active radiation, and UV radiation. Local environmental warming and increased UV-B radiation during ozone depletion may have profound effects on the primary producers that are primary carbon producers in the polar water. Small changes in climate temperature and solar radiation may have profound effects on the activity threshold of the polar phytoplanktion. To demonstrate biological response to the environmental changes, standardized representative natural and biological parameters are needed so that replicate samples (including controls) can be taken over extended periods of time. In this paper, we review general characteristics of polar phytoplankton, their environment, environmental changes in the polar waters, the effects on the environmental changes to the polar phytoplankton, and the importance of the polar phytoplankton to understand the global environmental changes. [Biological indicators, Global environmental change, Polar phytoplankton, UV].
A field experiment was conducted to study seasonal evapotranspiration above soybean canopy and its relationship with dry matter production by the Bowen ratio-energy balance method. The soybean "Paldalkong" was sown with the space of $47{\times}10cm$ at Suwon on May 27, 1988. The daily net radiation ranged from 59 to 76 percents of the total shortwave radiation under cloudless conditions, which was lower than cloud overcast condition with recorded 63 to 83 percents. The latent heat flux under overcast condition was sometimes larger than the sum of net radiation, implying transportation of energy by advection of ambient air. The linear relationship was obtained between daily or daytime net radiation and evapotranspiration. The evapotranspiration calculated by Bowen ratio-energy balance method was about 150 percent of class A pan evaporation during the growing season. The total solar radiation from June 20 to August 27 was $1043MJm^{-2}$. The 85 percent of the total shortwave radiation was used for evaporative heat. The dry matter production within the period was $836gm^{-2}$ and the water use efficiency was $2.31gDM\;kg^{-1}\;H_2O$.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.17
no.2
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pp.173-181
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2015
Fluxes of carbon dioxide ($CO_2$) were measured above crop canopy using the Eddy Covariance (EC) method, and emission rate of methane ($CH_4$) was measured using Automatic Open/Close Chamber (AOCC) method during the 2012-2013 barley and rice growing season in a barley-rice double cropping field of Gimje, Korea. The net ecosystem exchange (NEE) of $CO_2$ in the paddy field was analyzed to be affected by crop growth (biomass, LAI, etc.) and environment (air temperature, solar radiation, etc.) factors. On the other hand, the emission rate of $CH_4$ was estimated to be affected by water management (soil condition). NEE of $CO_2$ in barley, rice and fallow period was -100.2, -374.1 and $+41.2g\;C\;m^{-2}$, respectively, and $CH_4$ emission in barley and rice period was 0.2 and $17.3g\;C\;m^{-2}$, respectively. When considering only $CO_2$, the barley-rice double cropping ecosystem was estimated as a carbon sink ($-433.0g\;C\;m^{-2}$). However, after considering the harvested crop biomass ($+600.3g\;C\;m^{-2}$) and $CH_4$ emission ($+17.5g\;C\;m^{-2}$), it turned into a carbon source ($+184.7g\;C\;m^{-2}$).
This experiment was conducted to investigate the effect of greenhouse orientation on the greenhouse environment and the growth and yield of tomato cv 'Momotaro-Yoku' in forcing culture. The photosynthetic phpton flux density (PPFD) of a.m was higher in north-south orientation than that in east-west orientation and it was opposed in the p.m. Mean PPFD of a day was higher in east-west orientation than that in north-south orientation because the light transmitting area became larger in east-west orientation with decrease of incidence angle. The PPFD at 60 cm point above ground of all furrows was poor due to shadows near plants and it was higher in north-south orientation than that in east-west orientation. The air temperature in the greenhouse was higher in east-west orientation than that in north-south orientation but there was no significant difference since mid February as solar altitude goes up. The soil temperature was some higher in east-west orientation than that in north-south orientation and there was not significant difference among ridges. In east-west orientation, as ripening was promoted, high early yield of tomato were obtained. So total yield was greater about 8% in east-west orientation than that in north-south orientation. Therefore, it was considered that east-west orientation is more advantageous than north-south orientation for forcing culture of tomato.
Numerous observations revealed strong evidence of increased middle ultraviolet radiation or UV-B (280 ~ 320 nm) at the earth's surface resulting from stratospheric ozone depletion. UV is the waveband of electromagnetic radiation which is strongly absorbed by nucleic acids and proteins, thus causing damage to living systems. It has been recorded in the East Sea, Korea that solar UV-B impinging on the ocean surface penetrates seawater to significant depths. Recent researches showed that exposure to UV-B for as short as 2h at the ambient level (2.0 Wm$^{-2}$) decreased macroalgal growth and photosynthesis and destroyed photosynthetic pigments. These may suggest that UV-B could be an important environmental factor to determine algal survival and distribution. Some adaptive mechanisms to protect macroalgae from UV-damage have been found, which include photoreactivation and formation of UV-absorbing pigments. Post-illumination of visible light mitigated UV-induced damage in laminarian young sporophytes with blue the most effective waveband. The existence of UV-B absorbing pigments has been recognized in the green alga, Ulva pertusa and the red alga, Pachymeniopsis sp., which is likely to exert protective function for photosynthetic pigments inside the thalli from UV-damage. Further studies are however needed to confirm that these mechanisms are of general occurrence in seaweeds. Macroalgae together with phytoplankton are the primary producers to incorporate about 100 Gt of carbons per year, and provide half of the total biomass on the earth. UV-driven reduction in macroalgal biomass, if any, would therefore cause deleterious effects on marine ecosystem. The ultimate impacts of increasing UV-B flux due to ozone destruction are still unknown, but the impression from UV studies made so far seems to highlight the importance of setting up long-term monitoring system for us to be able to predict and detect the onset of large -scale deterioration in aquatic ecosystem.
Park, B.J.;Jung, S.Y.;Kim, C.H.;Han, S.C.;Park, B.C.;Han, S.J.;Doo, S.G.;Han, Y.H.
Progress in Superconductivity
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v.13
no.1
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pp.58-63
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2011
Recently, superconductor flywheel energy storage systems (SFESs) have been developed for application to a regenerative power of train, a power quality improvement, the storage of distributed power sources such as solar and wind power, and a load leveling. As the high temperature superconductor (HTS) bearings offer dynamic stability without the use of active control, accurate analysis of the HTS bearing is very important for application to SFESs. Mechanical property of a HTS bearing is the main index for evaluating the capacity of an HTS bearing and is determined by the interaction between the HTS bulks and the permanent magnet (PM) rotor. HTS bearing rotor consists of PM and iron collector and the proper dimension design of them is very important to determine a supporting characteristics. In this study, we have optimized a rotor magnet array, which depends on the limited bulk size and performed various dimension layouts for thickness of the pole pitch and iron collector. HTS bearing rotor was installed into a single axis universal test machine for a stiffness test. A hydraulic pump was used to control the amplitude and frequency of the rotor vibration. As a result, the stiffness result showed a large difference more than 30 % according to the thickness of permanent magnet and iron collector. This is closely related to the bulk stiffness controlled by flux pining area, which is limited by the total bulk dimension. Finally, the optimized HTS bearing rotor was installed into a flywheel system for a dynamic stability test. We discussed the dynamic properties of the superconductor bearing rotor and these results can be used for the optimal design of HTS bearings of the 10kWh SFESs.
Kim, Hyeong-Ok;Moon, Doo-Khil;Lee, Shin-Chan;Kim, Yong-Ho;Song, Pill-Soon
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.3
no.1
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pp.63-70
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1984
The terrestrial UV flux rapidly increased in late spring, as measured by the chemical actinometry at two elevations (near sea level and 1,100m above sea level) on Jeju Island. More intense UV fluxes were observed at higher altitudes. Any harmful effects of solar UV-B on the growth of soybean were not detected in UV-B-exclusion experiment. To ascertain the effect of UV radiation on vegetative growth, intact (㏖ wt 124000) and large (${\sim}120000$) phytochromes were irradiated with UV-B radiation. In intact phytochrome, the Pfr form accounts for 60% of the total phytochrome under stationary state conditions, whereas it accounts for 50% in large phytochrome. Calculated quantum yields for the forward and the backward phototransformations of phytochrome by UV were ${\phi}r=0.016$ and ${\phi}fr=0.010$ in intact phytochrome, and ${\phi}r={\phi}fr=0.012$ in large phytochrome, respectively.
Kim, Yumi;Kim, Sang-Woo;Yoon, Soon-Chang;Jang, Im-Suk;Lee, Suk-Jo;Lee, Meehye;Kim, Ji-Hyoung
Atmosphere
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v.21
no.1
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pp.35-44
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2011
We investigated characteristics of new particle formation and growth events observed at Gosan climate observatory using Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) measurements of particle number size distribution with 54 size ranges from 10 to 487 nm in October 2009. Four days (17~20 October) and five days (22~26 October) were classified into strong new particle formation and growth event ($N_S$) and weak particle formation and growth event ($N_W$), respectively. $N_S$ and $N_W$ divided by increase of aerosol number concentration in nucleation mode and continuity of growth from nucleation to Aitken mode. Particle growth rates of $N_S$ (5.34~$9.19nm\;h^{-1}$) were greater than that of $N_W$ (2.15~$3.53nm\;h^{-1}$). $N_S$ and $N_W$ were analyzed with synoptic pattern over East Asia, meteorological elements, and sulfur dioxide ($SO_2$) measured at Gosan. We found that $N_S$ was characterized by a fast and northwesterly wind accompanied cold and dry airmass, but $N_W$ was affected airmass originated from South China and come through the Korea Peninsula. The events ($N_S$ and $N_W$) occurred at conditions of high solar flux ($>700W\;m^{-2}$) and low relative humidity (< 60%). The $SO_2$ concentration on $N_S$ and $N_W$ was higher than that on case of non observed new particle formation.
An emergy analysis of the main energy flows driving the economy of humans and life support systems was made including environmental energies, fuels, and imports, all expressed as solar emjoules. The total emergy use (4, 373 E20 sej/yr) is 90 per cent from imported sources, fuels and goods and services. The emergy flows from the environment are modest, because the share of global inputs such as ruin and geological uplift flux is modest. Consequently, the ratio of outside investment to attracting natural resources is already large, like other industrialized countries. The population level is already in excess of carrying capacity. The emergy use per person in Korea indicates a moderate emergy standard of living, even though the indigenous resource is very poor. If the present economy were running entirely on stored reserves of fuels, soils, woods, etc., it would last about 2 years. Its carrying capacity for steady state on its renewable sources is only 3.3 million people, compared to 43.3 million in 1991. Continued availability of foreign oil at a favorable balance of emergy trade, currently about 7 to 1 net emergy, is the basis for present economic activity and must decrease as the net emergy of foreign oil purchased goes down. Close economic integration with Middle East may determine how long this is possible in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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