• 제목/요약/키워드: temperature prediction model

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지구온난화에 따른 우리나라 벼농사지대의 생산성 재평가 (Evaluation of Site-specific Potential for Rice Production in Korea under the Changing Climate)

  • 정유란;조경숙;이변우
    • 한국농림기상학회지
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    • 제8권4호
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    • pp.229-241
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    • 2006
  • 본 연구에서는 실측 일기상자료 대신 예측 기후평년 값을 적용하여 기후변화와 그에 상응한 벼 작황의 지리적 분포양상을 복원함으로써 지구온난화에 따른 우리나라 벼농사지대의 생산성을 재평가하였다. 기상청 56개 지점 종관자료(일 최고/최저 기온의 월별 평균값)를 1971-2000년 30년 단위로 수집하여 270m 해상도의 수치기후도를 작성하고, 벼논픽셀에 해당되는 기후자료를 추출하였다. 동일한 시군에 속하는 벼논픽셀의 기후자료를 평균함으로써 시군단위의 '벼논맞춤형 기후자료'를 준비하였다. 같은 방법으로 기상연구소에서 제작한 2011-2100년 기간의 3개 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100) 기후시나리오에 근거하여 해당 평년의 기후자료를 추정하였다. 농촌진흥청의 정밀토양도로부터 해당 픽셀의 토성과 토심정보를 검색하고 이를 토대로 유효수분 조견표에 의해 토양자료를 준비하였다. 자포니카형 벼의 특성을 갖도록 개조한 벼 생육모형(CERES-Japonica)에 이들 자료를 입력하고 조생종(오대벼), 중생종 (화성벼), 만생종 (동진벼)의 생육을 모의하였다. 시군 공간평균을 기준으로 3품종 모두 가까운 미래(2011-2040년)에는 출수기가 일주일 정도 빨라지고, 먼 미래(2071-2100년)에는 최대 20일 까지 단축될 수 있다. 생리적 성숙기는 3품종 모두 가까운 미래(2011-2040년)에는 15일 정도 단축되고, 먼 미래(2071-2100년)에는 최대 한달까지도 빨라질 수 있어 출수기에 비해 단축정도가 심하다. 평야지 수량의 경우 조생종인 오대벼는 10a당 6-25%, 중생종 화성벼는 3-26%, 만생종 동진벼는 3-25%까지 감소하였다. 하지만 산간지역에서는 발육속도가 빨라지고 수량이 증가하거나 큰 변화가 없는 곳도 많아 온난화조건에서도 지역별 정밀기후 추정과 이에 근거한 최적품종의 선택, 이앙기 및 수확기 등 생육기간의 조절이 온난화 대응기술로서 유효할 것으로 기대된다.

인공신경망과 SA 알고리즘을 이용한 지능형 생산정 위치 최적화 전산 모델 개발 (Development of Well Placement Optimization Model using Artificial Neural Network and Simulated Annealing)

  • 곽태성;정지헌;한동권;권순일
    • 한국가스학회지
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    • 제19권1호
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    • pp.28-37
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    • 2015
  • 본 연구에서는 고속의 연산이 가능한 인공신경망 시뮬레이터와 SA 알고리즘을 결합하여 지능형 생산정 위치 최적화 전산 모델을 개발하였다. 기존의 사용하는 상용시뮬레이터의 경우 현장 규모의 저류 전산 시뮬레이션을 수행시 시간이 많이 소모되므로 이를 해결하기 위하여 이 모델에서는 인공신경망을 사용하여 짧은 시간내에 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 하였다. 이렇게 얻은 결과를 주관적인 경험에 의거하지 않고 자동으로 최적의 생산정 위치를 선정할 수 있도록 최적화기법인 SA 알고리즘을 적용하였다. 개발된 모델을 사용하여 얻은 결과를 기존 사용 시뮬레이터와 비교하여 예측성능이 양호함을 검증할 수 있었으며, 연산속도 또한 향상됨을 확인하였다. 특히 SA 최적화 알고리즘의 제어변수인 초기온도와 냉각률에 대한 민감도분석을 실시하여 각각에 대한 최적값을 산출하였으며, 이를 통해 개발한 모델의 연산성능을 향상시킬 수 있었다. 마지막으로 개발된 모델을 사용하여 생산정 위치 최적화를 수행한 결과, 생산성이 우수한 지역을 선정하여 최적의 생산정 위치를 도출하였다.

한반도를 포함한 동아시아 영역에서 오존전량과 유해자외선의 특성과 예측 (Characteristics and Prediction of Total Ozone and UV-B Irradiance in East Asia Including the Korean Peninsula)

  • 문윤섭;민우석;김유근
    • 한국환경과학회지
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    • 제15권8호
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    • pp.701-718
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    • 2006
  • The average ratio of the daily UV-B to total solar (75) irradiance at Busan (35.23$^{\circ}$N, 129.07$^{\circ}$E) in Korea is found as 0.11%. There is also a high exponential relationship between hourly UV-B and total solar irradiance: UV-B=exp (a$\times$(75-b))(R$^2$=0.93). The daily variation of total ozone is compared with the UV-B irradiance at Pohang (36.03$^{\circ}$N, 129.40$^{\circ}$E) in Korea using the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) data during the period of May to July in 2005. The total ozone (TO) has been maintained to a decreasing trend since 1979, which leading to a negative correlation with the ground-level UV-B irradiance doting the given period of cloudless day: UV-B=239.23-0.056 TO (R$^2$=0.52). The statistical predictions of daily total ozone are analyzed by using the data of the Brewer spectrophotometer and TOMS in East Asia including the Korean peninsula. The long-term monthly averages of total ozone using the multiplicative seasonal AutoRegressive Integrated Moving Average (ARIMA) model are used to predict the hourly mean UV-B irradiance by interpolating the daily mean total ozone far the predicting period. We also can predict the next day's total ozone by using regression models based on the present day's total ozone by TOMS and the next day's predicted maximum air temperature by the Meteorological Mesoscale Model 5 (MM5). These predicted and observed total ozone amounts are used to input data of the parameterization model (PM) of hourly UV-B irradiance. The PM of UV-B irradiance is based on the main parameters such as cloudiness, solar zenith angle, total ozone, opacity of aerosols, altitude, and surface albedo. The input data for the model requires daily total ozone, hourly amount and type of cloud, visibility and air pressure. To simplify cloud effects in the model, the constant cloud transmittance are used. For example, the correlation coefficient of the PM using these cloud transmissivities is shown high in more than 0.91 for cloudy days in Busan, and the relative mean bias error (RMBE) and the relative root mean square error (RRMSE) are less than 21% and 27%, respectively. In this study, the daily variations of calculated and predicted UV-B irradiance are presented in high correlation coefficients of more than 0.86 at each monitoring site of the Korean peninsula as well as East Asia. The RMBE is within 10% of the mean measured hourly irradiance, and the RRMSE is within 15% for hourly irradiance, respectively. Although errors are present in cloud amounts and total ozone, the results are still acceptable.

ANN을 활용한 유역유출 변화에 따른 합천댐 저수지 수질영향 분석 (Analysis of Water Quality Impact of Hapcheon Dam Reservoir According to Changes in Watershed Runoff Using ANN)

  • 조부건;정우석;이종문;김영도
    • 한국습지학회지
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    • 제24권1호
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    • pp.25-37
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    • 2022
  • 기후변화는 예측할 수 없는 변동성이 매우 커지고 있다. 이로인해 생태계, 인류의 생활, 수문학적 순환 등 다양한 시스템에 변화를 가져오고 있다. 특히 최근 예측할 수 없는 기후변화로 인해 극한가뭄 및 집중호우가 자주 발생하며 그로 인해 1차적 재해가 아닌 침수, 퇴사로 인한 수질오염을 유발하는 복합적인 수자원재해가 발생하고 있다. 유역모델로 SWAT를 이용하여 장래 유출량 및 오염부하량을 분석하고 기후시나리오는 기상청 표준 시나리오(HadGEM3-RA)의 RCP4.5 기후시나리오를 정상성 분위사상법을 적용하여 분석하였다. 기후시나리오와 유역모델의 연계모의로 유출량 및 오염부하량 분석을 수행하였고 연계모형의 적용 및 검증과 기후변화에 따른 미래 수질 변화 분석 결과를 최종적으로 제시하였다. 본 연구에서는 인공신경망을 이용하여 기후변화 시나리오를 모의하여 저수지 수질모형인 W2모델을 통한 댐 저수지의 변화와 인공신경망에서의 수온과 탁도의 결과를 비교하였다. 본 연구의 결과로 신경망모형의 장점인 비선형성 및 간편성을 기후변화를 적용한 합천댐 저수지에서의 수온과 탁도 예측에 적용 가능성을 제시하고자 한다.

한국에서 동아시아 난대 목본식물의 잠재분포 가능성 평가 (Assessment of Potential Distribution Possibility of the Warm-Temperate Woody Plants of East Asia in Korea)

  • 이철호;김휘래;조강현;최병기;이보라
    • Ecology and Resilient Infrastructure
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    • 제9권4호
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    • pp.269-281
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    • 2022
  • 기후변화에 따라서 식생과 식물종의 분포 변화를 예측하는 것이 생태계 관리에서 중요하다. 본 연구에서는 동아시아의 난대 목본식물종의 한반도 분포 가능성을 체계적으로 평가할 수 있는 방안을 개발하고자 하였다. 먼저 중국과 일본에서는 분포하지만 한국에는 분포하지 않은 난대 목본식물종의 목록을 수집하고 그들의 전지구적 분포와 생물기후 자료를 수집하였다. 또한 한국의 난대식생대를 한랭지수를 이용하여 구분하고 이 지역의 기후 정보를 수집하였다. 기후 변수들 사이의 상관분석으로 다중공선성을 배제하고 분포에 영향을 미치는 기후변수로서 최한사분기 평균기온, 평균온도일교차 및 연강수량이 선택되었다. 동아시아 난대 목본식물종의 분포지와 한국 난대식생대의 3가지 기후 변수 사이의 유사도를 산출하기 위하여 다변량 환경 유사도 표면 (MESS) 분석을 실시하였다. 최종적으로 단계적 변수선택 회귀로 MESS 유사도 지수에 영향을 미치는 주요 기후변수로서 최한사분기 평균기온과 연강수량을 선별하였다. 선택된 2 변수로 구성된 다변량 일차회귀에서 최한사분기 평균기온이 전체 변이의 88%를 차지하였다. 총 319 동아시아 난대 목본식물종에 대하여 MESS 유사도 지수를 산출하는 구축된 다변량 회귀식을 적용하여 이들이 한국에 잠재분포 할 가능성을 평가할 수 있었다.

유한 요소 해석을 이용한 고주파 간 종양 절제술의 입력 파형 최적화를 위한 연구 (A Study For Optimizing Input Waveforms In Radiofrequency Liver Tumor Ablation Using Finite Element Analysis)

  • 임도형;남궁범석;이태우;최진승;탁계래;김한성
    • 대한의용생체공학회:의공학회지
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    • 제28권2호
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    • pp.235-243
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    • 2007
  • Hepatocellular carcinoma is significant worldwide public health problem with an estimated annually mortality of 1,000,000 people. Radiofrequency (RF) ablation is an interventional technique that in recent years has come to be used for treatment of the hepatocellualr carcinoma, by destructing tumor tissues in high temperatures. Numerous studies have been attempted to prove excellence of RF ablation and to improve its efficiency by various methods. However, the attempts are sometimes paradox to advantages of a minimum invasive characteristic and an operative simplicity in RF ablation. The aim of the current study is, therefore, to suggest an improved RF ablation technique by identifying an optimum RF pattern, which is one of important factors capable of controlling the extent of high temperature region in lossless of the advantages of RF ablation. Three-dimensional finite element (FE) model was developed and validated comparing with the results reported by literature. Four representative Rf patterns (sine, square, exponential, and simulated RF waves), which were corresponding to currents fed during simulated RF ablation, were investigated. Following parameters for each RF pattern were analyzed to identify which is the most optimum in eliminating effectively tumor tissues. 1) maximum temperature, 2) a degree of alteration of maximum temperature in a constant time range (30-40 second), 3) a domain of temperature over $47^{\circ}C$ isothermal temperature (IT), and 4) a domain inducing over 63% cell damage. Here, heat transfer characteristics within the tissues were determined by Bioheat Governing Equation. Developed FE model showed 90-95% accuracy approximately in prediction of maximum temperature and domain of interests achieved during RF ablation. Maximum temperatures for sine, square, exponential, and simulated RF waves were $69.0^{\circ}C,\;66.9^{\circ}C,\;65.4^{\circ}C,\;and\;51.8^{\circ}C$, respectively. While the maximum temperatures were decreased in the constant time range, average time intervals for sine, square, exponential, and simulated RE waves were $0.49{\pm}0.14,\;1.00{\pm}0.00,\;1.65{\pm}0.02,\;and\;1.66{\pm}0.02$ seconds, respectively. Average magnitudes of the decreased maximum temperatures in the time range were $0.45{\pm}0.15^{\circ}C$ for sine wave, $1.93{\pm}0.02^{\circ}C$ for square wave, $2.94{\pm}0.05^{\circ}C$ for exponential wave, and $1.53{\pm}0.06^{\circ}C$ for simulated RF wave. Volumes of temperature domain over $47^{\circ}C$ IT for sine, square, exponential, and simulated RF waves were 1480mm3, 1440mm3, 1380mm3, and 395mm3, respectively. Volumes inducing over 63% cell damage for sine, square, exponential, and simulated RF waves were 114mm3, 62mm3, 17mm3, and 0mm3, respectively. These results support that applying sine wave during RF ablation may be generally the most optimum in destructing effectively tumor tissues, compared with other RF patterns.

동해 해양자료동화시스템에 대한 Argo 자료동화 민감도 분석 (Impacts of Argo temperature in East Sea Regional Ocean Model with a 3D-Var Data Assimilation)

  • 김소연;조영순;김영호;임병환;장필훈
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제20권3호
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    • pp.119-130
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    • 2015
  • 동해 해양자료동화시스템(DA-ESROM; Kim et al., 2009)을 이용하여 Argo 관측망이 해양 분석장에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 본 연구에서는 2009년을 연구기간으로 하여 수온 프로파일, 해수면 온도, 그리고 해수면 고도 자료를 동화하여 분석장을 생산하고(Exp. AllDa), 이를 Argo 수온 자료를 제외한 실험(Exp. NoArgo) 결과와 비교하였다. 동해 수온 프로파일 관측자료와 두 실험결과와의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error; RMSE)를 살펴본 결과, Exp. AllDa의 결과에서 Exp. NoArgo에 비해 표층 이하부터 전반적으로 낮은 RMSE가 나타났고, 특히 수심 약 100 m 부근에서 약 $0.5^{\circ}C$의 RMSE 차이(Exp. AllDa - Exp. NoArgo)를 보이는 등 아표층 부근에서 Argo 수온 자료동화의 영향이 큰 결과를 보였다. 자료동화 과정에 독립적인 표류부이 관측자료와의 비교를 통해, Argo 수온 자료의 동화로 표층해류 정확도가 전반적으로 개선되는 것을 확인하였고, 특히 동해 중남부에서 상대적으로 장기 표류한 부이의 궤적을 따라 RMSE가 약 2.0~6.0 cm/s 정도 낮아졌다. 반면, 표층수온에 대해서는 Argo 수온자료의 동화효과는 약한 것으로 나타났고, 매일 동화되는 해수면 온도 자료의 영향이 지배적인 것으로 판단된다. 또한, 동해 해양자료동화시스템(DA-ESROM)은 일주일 간격으로 해수면 고도자료를 동화하지만, Argo 수온자료가 동화되지 않으면서 나타나는 해수면 고도 변화를 완전히 보정하지 못하는 것으로 나타났다. 실험결과, Argo 수온자료의 동화는 특히 야마토 분지 남서쪽의 시계방향 순환 등 동해 중남부 해역에서의 해수면 고도 재현성을 향상시키는데 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

사과 점무늬낙엽병(斑點落葉病)예찰을 위한 한 경험적 모델 (An Empirical Model for Forecasting Alternaria Leaf Spot in Apple)

  • 김충회;조원대;김승철
    • 한국응용곤충학회지
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    • 제25권4호
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    • pp.221-228
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    • 1986
  • 사과 점무늬낙엽병(斑點落葉病)의 초발(初發)과 초발후의 병진전을 예찰하기 위하여 기상요인중에서 적산온도(積算)와 강우빈도를 사용하여 예찰할 수 있는 경험적 모델이 3년간의 포장시험으로 작성되었다. 사과의 생육기간중 4월 20일부터 7월말까지 기상요인을 측정, 분석하었고 이들 기상요인들이 모델작성의 변량(變量)으로써 사용되었다. 하루의 평균온도에서 $10^{\circ}C$를 뺀 온도가 적산되어(CDP) 대기온도와 점무늬낙엽병초발과의 관계를 알기위한 한 모수(母數)로서 사용되었다. 병의 초발에 필요한 CDP는 약 160으로서 이 수치는 초발에 필요한 CDP의 하한(下限)온도로 사용되었다. 160 CDP가 도달된 후에는 강우 빈도가 초발을 결정하는 요인이었으며 적어도 4번의 강우가 초발에 필요하였다. 초발후의 병진전은 대체로 강우 빈도가 누적되는 모양과 유사하였다. 병진전의 일반 미분(微分)방정식모델 dx/dt=xr(1-x)에서 산출된 3개년의 병진전 직선의 명백한 감염속도(r)는 강우빈도의 누적율(Rc)과 1차(직선)기능으로서 직선방정식 r=1.06Rc-0.11($R^2=0.993$)에서 직접 추정이 가능하였다. 일정시간(t)후의 발병정도(x)는 미분방정식 모델에서 유도된 지수(指數)방정식 $[x/(1-x)]=[x_0/(1-x)]e^{(b_0+b_1R_c)t}$에서 예측될 수 있는데 이때의 $x_0$는 초발시발병정도 $b_0$$b_1$은 강우빈도 누적률 Rc의 모수(母數)이다. Alternaria mali 분생포자의 공기증밀도의 매일의 누적치와 병진전과는 통계상 유의적인 1차관계(linear relationship)가 있었는데 공기중 분생포자 밀도의 누적치를 독립변량으로 사용하여 병진전을 예측하였을때 예측의 정확도는 $R^2=0.3328$로서 비교적 낮았다.

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분말 제품의 품질 인자 규명 및 저장 수명 예측 (Quality Factor Determination and Shelf-Life Prediction of Powdered-Model Food)

  • 백은경;박석준;이강표;최성원;허남윤;백무열
    • 한국해양바이오학회지
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    • 제2권3호
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    • pp.160-167
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    • 2007
  • 분말 식품의 저장수명 예측 기법을 개발하기 위하여 수분함량을 달리한(3.5%, 6%, 8%) 아침생식 시료를 $25^{\circ}C$$35^{\circ}C$ 저장고에서 저장하면서 품질의 변화를 측정하였다. 수분함량의 경우 제조 시 전체적으로 평형수분함량에 도달하지 않은 상태에서 포장을 하여서 저장기간 중에 약간의 변화를 보여 주었으나 그 변화의 폭은 그리 크지 않았다. 과산화물가의 경우 저장기간 동안 안정하여 시료 중에 존재하는 지방이 독류 조직과 강력히 결합하고 있어 상대적으로 산화에 안정한 것으로 평가되었다. 관능검사 결과 저장기간이 증가함에 따라 품질변화가 어느 정도 인지 되었고, 묽은 맛이 강해지고 색이 탁해지는 경향을 나타내었지만 그 변화 폭은 그리 크지 않아 1년 동안 장기 저장하여도 관능적으로 수용이 가능한 것으로 판단되었다. 미생물 시험 결과 B. cereus, Listeria spp., C. perfringens, Salmonella spp. 및 S. aureus 등의 유해 미생물들은 저장기간 중 발견되지 않아 식품 위생상에는 문제가 없는 것으로 판단되었다. 그러나 유산균수는 저장 기간이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었고 저장온도와 수분함량이 높을수록 유산균수의 감소량이 증가하는 경향을 나타내었다. 따라서 분말 식품의 경우 본 실험에서 사용한 저장 온도 및 습도에서는 상대적으로 안정하여 저장기간동안 품질의 변화가 거의 일어나지 않아 품질 지표 인자를 규명하기가 불가능 하였다. 다만 저장 중 온도와 습도에 민감한 반응을 보인 유산균 수의 변화를 품질 지표 인자로 활용할 수 있다면 이를 이용한 저장 수명 예측은 가능 할 것으로 판단된다.

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벼 파종기에 따른 출수기 및 최종 엽수 변화와 출엽 모델에 의한 출수기 예측 (Heading date and final Leaf Number as Affected by Sowing Date and Prediction of Heading Date Based on Leaf Appearance Model in Rice)

  • 이충근;이변우;신진철;윤영환
    • 한국작물학회지
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    • 제46권3호
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    • pp.195-201
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    • 2001
  • 본 연구는 광안벼를 공시하여 지연일장의 인공기상실(21$^{\circ}C$ 및 24$^{\circ}C$)과 포장 조건에서 파종기(최초 파종 일 4월25일, 최종 파종일 6월 5일) 이동에 따른 온도와 일장 변화가 출엽 및 출수기 변화에 미치는 영향을 검토하여, 일장에 따른 최종엽수 추정모델을 설정하였으며, 이 모델과 온도에 따른 출엽속도 모델을 결합하여 출수기 예측모델을 설정하여 모델의 출수기 추정 정확도를 검증하였다. 1. 포장에서는 4월 25일 이후 파종기가 늦을수록 생육기간 중 평균기온은 높아진 반면, 포장과 인공기상실 양 조건에서 일장감응기간(6엽기부터 유수분화기)중의 평균일장은 짧아졌다. 이에 따라 일장만 관여한 인공기상실에 비해 온도와 일장이 함께 관여한 포장에서 파종시기에 따른 출수소요일수 단축정도가 크게 나타났다. 2. 일장감응기간의 일장이 길어짐에 따라 최종엽수(FNL)가 증가하였으며, 이 관계는 다음과 같은 Rational 함수로 잘 표현이 되었고($R^2$=0.98),이를 광안벼의 최종엽수 추정모델로 설정하였다. 여기서 D는 일장이며, a,b,c는 상수로서 각각 14.694, -0.992, -0.068로 추정되었다. 3.온도에 따른 출엽속도 모델과 일장에 따른 최종엽수 모델로 구성된 출수기 예측 모델을 구성하였으며, 모델 설정에 이용되지 않은 포장실험 자료를 이용하여 검증한 결과 추정된 출수기는 예측오차가 1-2일로 추정 정확도가 높았다.

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