• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.28 no.4
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• pp.435-448
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• 2012

Evapotranspiration (ET) including evaporation from a land surface and transpiration from photosynthesis of vegetation is a sensitive hydrological factor with outer circumstances. Though both direct measurements with an evaporation pan and a lysimeter, and empirical methods using eddy covariance technique and the Bowen ratio have been widely used to observe ET accurately, they have a limitation that the observation can stand for the exact site, not for an area. In this study, remote sensing technique is adopted to compensate the limitation of ground observation using the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) multispectral sensor mounted on Terra satellite. We improved to evapotranspiration model based on remote sensing (Mu et al., 2007) and estimated Penman-Monteith evapotranspiration considering regional characteristics of Korea that was using only MODIS product. We validated evapotranspiration of Sulma (SMK)/Cheongmi (CFK) flux tower observation and calculation. The results showed high correlation coefficient as 0.69 and 0.74.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.6-6
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• 2016

최근 전 지구적인 기후 변화에 따라 수문 순환을 이루고 있는 다양한 수문 기상 인자들의 변동성에 영향을 미치고 있다. 특히, 증발산은 수문순환을 구성하는 중요한 인자로서 대기와 지표간의 상호 작용을 파악하기 위해서는 이에 대한 정확한 이해 및 산정이 필수적이다. 일반적으로 증발산량을 산정하기 위해서 증발 접시 및 에디 공분산 기반 플럭스 타워에서 관측된 지점 자료만을 이용하여 증발산량의 변동성을 파악하는 연구들이 수행되어왔다. 그러나 지점 자료만을 이용하여 증발산량을 산출하게 되면 공간적인 변동성을 파악하는데 있어서 한계점이 발생하게 된다. 이러한 제약 사항을 해결하기 위해서, 인공위성 기반의 수문 기상인자를 물리식 기반 증발산량 산정식의 입력 자료로 구축하여 증발산량을 산정하고 이에 대한 시 간적인 변동성을 파악하는 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 인공위성 기반 증발산량 산정 알고리즘의 대표적인 예로 공기동역학적 항과 에너지 수지 항들을 동시에 고려할 수 있는 Penman-Monteith 방법을 근간으로 수정하여 만들어낸 Remote Sensing based Penman-Monteith (RS-PM) 알고리즘이 있다. 그러나 RS-PM 기반의 증발산량 경우 태양복사열, 풍속, 온도, 습도와 같은 많은 수문기상인자들이 입력 자료를 요구한다. 이에 따라, 본 연구에서는 기존의 방법에 비해 상대적으로 적은 입력 자료를 사용하는 Modified Satellite-Based Priestley-Taylor (MS-PT) algorithm의 적용성을 평가하기 위해 MODerate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 자료를 이용하여 한반도에서 순복사에너지 (Net radiation) 및 실제 증발산량 (Actual evapotranspiration)을 산정하였다. 또한, 이에 대한 검증을 위해 청미천 유역에 설치되어있는 에디 공분산 기반 플럭스 타워에서 관측된 순복사 에너지 및 실제 증발산량에 대한 통계적 검증을 실시하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.244-244
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• 2017

2015년 국토교통부(영산강홍수통제소)에서는 물 순환 과정의 규명에 이용되는 증발산량 자료의 제공을 목적으로 무안지역에 플럭스 타워를 설치하여 운영하고 있다. 무안 플럭스 타워는 에디공분산 방법을 이용하여 증발산량 자료를 관측하는 방식으로, 본 연구에서는 무안 관측소에서 생산된 자료의 정상성 검토를 위하여 2015년과 2016년 운영 결과를 비교 분석하였다. 무안관측소의 2015년도 연 증발산량은 615.8mm(연 강수량 대비 56.0%)로 나타났으며, 2016년도 연 증발산량은 721.5mm(연 강수량 대비 49.5%)로 나타났다. 연 증발산량은 전년대비 약 100mm 증가하는 양상을 보였으며, 강수량 대비 비율은 6.5% 감소하는 것으로 분석되었다. 2015년 대비 2016년 무강우일수는 6일 증가 하였으나, 실제 순복사에너지는 $18,320w/m^2$ 감소하는 것으로 나타났다. 실제 이 차이는 2개년 평균치의 약 2% 내외 수준으로 예년대비 순복사에너지는 거의 비슷한 것으로 분석되었다. 복합적 요인에 의해 정량적 크기가 결정되는 증발산량의 특성상 추가적인 분석이 필요하나, 2016년의 경우 전년대비 증가한 강우의 영향이 지배적이였던 것으로 검토되었다(2015강수량 : 1,099mm, 2016강수량 : 1,457mm). 월별 증발산량 비교 분석결과 정량적인 차이는 존재했으나 전년과 마찬가지로 1월부터 증발산량이 증가하여 8월에 최대 증발산량을 보인 후 감소하는 형태를 나타냈으며, 5월과 6월이 증발산량이 역전되는 양상도 동일하게 나타났다. 이는 남부지역 모내기 시기인 5월경 관개용수(Irrigation water) 공급에 따른 유입원의 증가와 함께 5월 대비 6월(장마철) 흐린날(Cloudy condition) 증가에 따른 상대적인 순복사에너지(5월: 약20만$w/m^2$, 6월: 약17만$w/m^2$)의 감소가 주 원인이였던 것으로 검토되었다. 이를 통해 볼 때 무안 증발산량 자료는 추가적인 경년변화 연구가 필요하겠으나, 국가통계자료로써 유의미한 자료로 판단되며, 향후 증발산량에 대한 지속적인 연구 및 관측망의 확대를 통해 국가 이수관련 정책수립에 유용한 자료로 이용 될 수 있을것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.264-264
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• 2023

물순환 과정에서의 증발산은 장기적인 관점에서의 수자원 계획 수립 시 중요한 요소이다. 증발산은 기온, 상대습도, 일사량 등 기상학적 인자뿐만 아니라 증발표면, 식생분포 등 다양한 인자의 복합작용에 의해 일어나므로, 유역 단위에서 발생한 실제증발산(Actual evapotranspiration, AET)을 측정하기에는 기술적인 한계가 존재한다. 그러나 증발산 보완관계(Complementary relationship of evapotranspiration, CRE) 가설을 활용하면, 수문요소의 상호작용을 고려한 모델링을 거치지 않고도, 비교적 간단하게 AET를 추정할 수 있다. 본 연구는 증발산 관측자료를 기반으로 유역 단위에서의 CRE를 검증하고자 하며, 플럭스 타워 등 다양한 관측장비가 설치되어 있는 용담댐 시험유역을 대상유역으로 선정하였다. 용담댐 유역 내 산지에 위치한 덕유산 플럭스 타워에서 측정된 증발산을 AET로 보았으며, 유역 인근에 위치한 전주 기상관측소에서 측정되는 팬 증발량(E_pan)을 잠재증발산량(Potential evapotranspiration, PET)으로 보았다. E_pan 계측시, 증발팬의 가열 등 주변환경 변화로 인해 과다하게 추정되는 값을 보완하기 위해 FAO Penman-Monteith 식을 활용해 팬 증발량 보정계수(Coefficient of pan evaporation, k_p)를 산정하여 적용하였다. 습윤증발산량(Wet evapotranspiration, WET)은 대기가 완전히 포화되었을 때 발생하는 증발산량으로, 댐 수표면에서 계측되는 수면증발량을 WET로 보았다. CRE 검증을 위해 AET와 PET를 각각 WET로 나누어 AET+와 PET+로 무차원화하였으며, 습윤지수(Moisture Index, MI)는 AET를 PET로 나누어 산정하였다. CRE 가설은 MI에 따른 AET+와 PET+가 서로 보완관계를 갖는다는 것인데, 용담댐 유역의 관측자료를 활용하여 CRE를 검증한 결과 AET+와 PET+ 간의 비대칭계수(b)가 1.23인 것으로 나타났다. 이 때의 평균제곱오차(MSE)는 0.599, 결정계수(R₂)는 0.631로 나타나 CRE의 b가 적합하게 추정된 것으로 판단된다. 본 연구결과와 같이 검증된 CRE를 통해 증발산 관측지점이 없거나, 조밀하지 않은 유역의 AET를 간접추정할 수 있으며, 이를 활용해 보다 정확한 댐의 장기유출 모의와 용수공급계획 수립에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.26 no.2
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• pp.127-139
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• 2017

Measurements of net ecosystem exchange (NEE) of $CO_2$ based on the eddy covariance technique provide reasonable carbon balance estimates in response to local environmental conditions. In South Korea, the forest ecosystems cover approximately 64% of the total area, thereby strongly affecting regional carbon balances. Cultivated croplands that cover about 17% of the total area should also be considered when calculating the carbon balance of the country. In this study, our objectives were (a) to quantify the range and seasonal variation of NEE at forest ecosystems, including deciduous, coniferous, and mixed forests, and agricultural ecosystems, including rice paddies and a potato field, in South Korea and (b) to compare NEE at ten Fluxnet sites that have the same or similar ecosystems as found in South Korea. The results showed that the forest and agricultural ecosystems were carbon sinks. In Korea, NEE at the forest ecosystems varied between -31 and $-362gC/m^2/yr$, and NEE at the croplands ranged from -210 to $-248gC/m^2/growing$ season. At the deciduous forest, NEE reached low values in late spring, early summer, and early autumn, while at the coniferous forest, it reached low values in spring, early summer, and mid autumn. The young mixed forest was a much stronger carbon sink than the old-growth deciduous and coniferous forests. During each crop growing season, beet had the lowest NEE value within six crops, followed by wither wheat, maize, rice, potato, and soybean. These results will be useful for designing and applying management strategies for the reduction of $CO_2$ emissions.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.11
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• pp.721-728
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• 2023

Agricultural drought is triggered by a depletion of moisture content in the soil, which hinders photosynthesis and thus increases carbon dioxide (CO₂) concentrations in the atmosphere. The aim of this study is to analyze the relationship between soil moisture (SM) and vegetation activity toward quantifying CO₂ concentration in the atmosphere. To this end, the MODerate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), an optical multispectral sensor, was used to evaluate two regions in South Korea for validation. Vegetation activity was analyzed through MOD13A1 vegetation indices products, and MODIS gross primary productivity (GPP) product was used to calculate the CO₂ flux based on its relationship with respiration. In the case of SM, it was calculated through the method of applying apparent thermal inertia (ATI) in combination with land surface temperature and albedo. To validate the SM and CO₂ flux, flux tower data was used which are the observed measurement values for the extreme drought period of 2014 and 2015 in South Korea. These two variables were analyzed for temporal variation on flux tower data as daily time scale, and the relationship with vegetation index (VI) was synthesized and analyzed on a monthly scale. The highest correlation between SM and VI (correlation coefficient (r) = 0.82) was observed at a time lag of one month, and that between VI and CO₂ (r = 0.81) at half month. This regional study suggests a potential capability of MODIS-based SM, VI, and CO₂ flux, which can be applied to an assessment of the global view of the agricultural drought by using available satellite remote sensing products.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.315-315
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• 2019

증산과 증발의 합으로 나타내지는 증발산은 지구내에서의 수문 순환에 영향을 미치는 중요한 인자로써, 지표와 대기의 에너지 교환을 담당하고 있다. 정확한 관측을 위해서 오래전부터 증발산에 대해서 관측하기 위하여 직접관측 방법들인 증발산계를 이용한 관측방법, 에디 공분산 방법을 이용한 플럭스타워 관측 방법 등을 사용하였으며, 물리 및 경험적인 방법인 Penman (1948), Monteith (1965) 방법, PT (Priestley and Taylor, 1972) 방법 등을 이용함으로써 증발산과 관계를 가진 수문기상인자를 이용함으로써 증발산에 대해서 추정하여 왔다. 대부분 지상 관측에 의존하기 때문에 시공간적인 값의 표현이 어렵다는 문제를 가지고 있으며, 관측 장비의 관리 및 유지비용이 증대로 인하여 조밀한 관측망을 구축하기 어렵다. 이러한 단점을 개선하고자 인공위성 및 재분석 자료를 활용하여 여러 경험식을 통해서 증발산 자료가 제공되고 있다. 그러나 이러한 자료들의 문제점은 각기 다른 경험식 및 다른 입력자료를 제공하고 있을 뿐만 아니라, 자료별 지역별 정확성이 차이가 발생한다. 따라서, 최근 연구에서는 지점자료와 인공위성 자료 및 재분석 자료를 모두 사용함으로써 수문기상인자를 개선하고자 하는 연구가 진행되어왔으며, 정확성 또한 개선된 것을 확인 할 수 있다. 그러나, 이러한 방법들의 가장 큰 문제점은 관측 자료가 필수적으로 필요하다는 것에 있다. 대부분의 나라나 지역에서는 조밀한 구축망을 구축하기 어렵기 때문에 실질적으로 적용하기가 어렵다는데 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 지점자료가 필요없는 융합방법을 triple collocation 방법을 이용함으로써 제안하고자 한다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.7 no.1
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• pp.115-123
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• 2005

Quantitative understanding of spatial characteristics of the study site is a prerequisite to investigate water and carbon cycles in agricultural and forest ecosystems, particularly with complex, heterogeneous landscapes. The spatial characteristics of variables related with topography, vegetation and soil in Gwangneung forest watershed are quantified in this study. To characterize topography, information on elevation, slope and aspect extracted from DEM is analyzed. For vegetation and soil, a land-cover map classified from LANDSAT TM images is used. Four satellite images are selected to represent different seasons (30 June 1999, 4 September 2000, 23 September 2001 and 14 February 2002). As a flux index for CO₂ and water vapor, normalized difference vegetation index (NDVI) is calculated from satellite images for three different grid sizes: MODIS grid (7km x 7km), intensive observation grid (3km x 3km), and unit grid (1km x 1km). Then, these data are analyzed to quantify the spatial scale of heterogeneity based on semivariogram analysis. As expected, the scale of heterogeneity decreases as the grid size decreases and are sensitive to seasonal changes in vegetation. For the two unit grids where the two 40 m flux towers are located, the spatial scale of heterogeneity ranges from 200 to 1,000m, which correspond well to the climatology of the computed tower flux footprint.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.474-474
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• 2021

물순환 과정에서의 증발산량은 필수적으로 고려해야 하는 요소이며, 증발산은 기상학적 인자뿐만 아니라 증발 표면 특성 등 복합적인 요인에 의해서 발생한다. 이러한 이유로 실제증발산의 절대량을 추정하는 것은 쉽지 않으며, 특히 수문학적 관점에서 유역단위의 증발산량을 산정하는 데에는 기술적인 한계가 존재한다. 반면 잠재증발산량과 실제증발산량의 보완관계가설을 활용하면 복잡한 수문모델링을 거치지 않고 팬증발량으로부터 유역의 실제증발산을 산정할 수 있다. 본 연구에서는 관측자료를 기반으로 하여 용담댐 유역의 증발산 보완관계를 검증하고자 한다. 실제증발산량(ETA)은 용담댐 내 덕유산 플럭스 타워의 관측자료를 활용하였으며, 잠재증발산량(ETP)으로는 기상관측소에서 관측한 팬 증발량 자료를 활용하였고 습윤증발산량(ETW)은 Priestley-Taylor 공식을 통해 산정하였다. ETW는 수분이 무제한 공급되는 상황에서의 증발산량으로 정의되며, 동시에 ETA 및 ETP와의 상대적 비율로 스케일화하여 보완관계설정에 활용하였다. 대기의 습윤지수(Moisture Index, MI)는 ETA와 ETP간의 상대적 비율로 정의하였다. 이 때 팬 증발량은 기상 및 주변 환경 조건의 영향을 받아 증발량이 과대추정 되는 경향이 있으므로 보정계수를 적용하여 보정한 값을 활용하였다. 보정계수는 FAO Penman-Monteith 식을 활용한 기준증발산량과 팬 증발량의 기울기로 산정하며, 본 연구에서는 보정계수로 0.77을 사용하였다. 또한 ETW 산정 시 적용되는 Priestley-Talyor 계수(α)는 널리 알려진 값인 1.26 대신 유역의 기상조건을 고려하여 0.99를 적용하였다. α 값의 조정을 통해 증발산 보완관계에 대한 E+의 평균 제곱근 오차(RMSE)가 0.685에서 0.075, Ep+의 경우 0.437에서 0.315로 개선되어 용담댐 유역의 증발산 보완관계가 만족할 만한 수준으로 확인되었다.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.34 no.2_1
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• pp.301-306
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• 2018

Urbanization causes urban floods and urban heat island in the summer, so it is necessary to understanding the changes of the thermal environment through urban climate and energy balance. This can be explained by the energy balance, but in urban areas, unlike the typical energy balance, the storage heat flux saved in the building or artificial land cover should be considered. Since the environment of each city is different, there is a difficulty in applying the method of retrieving the storage heat flux of the previous research. Especially, most of the previous studies are focused on the overseas cities, so it is necessary to study the storage heat retrieval suitable for various land cover and building characteristics of the urban areas in Korea. Therefore, the object of this study, it is to derive the regression formula which can quantitatively retrieve the storage heat using the data of the area where various surface types exist. To this end, nonlinear regression analysis was performed using net radiation and surface temperature data as independent variables and flux tower based storage heat estimates as dependent variables. The retrieved regression coefficients were applied to each independent variable to derive the storage heat retrieval regression formula. As a result of time series analysis with flux tower based storage heat estimates, it was well simulated high peak at day time and the value at night. Moreover storage heat retrieved in this study was possible continuous retrieval than flux tower based storage heat estimates. As a result of scatter plot analysis, accuracy of retrieved storage heat was found to be significant at $50.14Wm^{-2}$ and bias $-0.94Wm^{-2}$.