• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.31 no.1
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• pp.63-74
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• 2022

In orderto understand the urban thermal conditions, many studies have been conducted to estimate the thermal fluxes. Currently sensible heat fluxes are estimated through various methods, but studies about comparing the differences between each method are very insufficient. Therefore, this study try to estimate the sensible heat flux of the same area by two representative estimation methods and compare their results to confirm the significance and limitation between methods. As a result of the study, the heat balance methods has a great advantage in terms of resolution but it can not consider the anthropogenic heat flux, so sensible heat flux can be underestimated in urban areas. When estimating based on physical equation, anthropogenic heat flux can be considered and the error is relatively small, it has a limitations in time and space resolutons. The two methods showed the largest difference in industiral areas where anthropogenic heat fluxes are high, with an average of 135 W/m² and a maximum of 400 W/m². On the other hand, the green and water have a very small difference with and average of 20 W/m². The results between two methods show significant differences in urban areas, it is necessary to select a suitable method for each research purpose.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.5 no.2
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• pp.138-149
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• 2003

Korean regional network of tower flux sites, KoFlux, has been initiated to better understand $CO_2$, water and energy exchange between ecosystems and the atmosphere, and to contribute to regional, continental, and global observation networks such as FLUXNET and CEOP. Due to heterogeneous surface characteristics, most of KoFlux towers are located in non-ideal sites. In order to quantify carbon and energy exchange and to scale them up from plot scales to a region scale, applications of various methods combining measurement and modeling are needed. In an attempt to infer regional-scale flux, four methods (i.e., tower flux, convective boundary layer (CBL) budget method, MM5 mesoscale model, and NCAR/NCEP reanalysis data) were employed to estimate sensible heat flux representing different surface areas. Our preliminary results showed that (1) sensible heat flux from the tower in Haenam farmland revealed heterogeneous surface characteristics of the site; (2) sensible heat flux from CBL method was sensitive to the estimation of advection; and (3) MM5 mesoscale model produced regional fluxes that were comparable to tower fluxes. In view of the spatial heterogeneity of the site and inherent differences in spatial scale between the methods, however, the spatial representativeness of tower flux need to be quantified based on footprint climatology, geographic information system, and the patch scale analysis of satellite images of the study site.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.13 no.1
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• pp.265-276
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• 2018

Observation and data analysis techniques have been developed for observational blind areas in the lower atmosphere that are difficult to be monitored with fixed equipment on the ground. The vertical data of temperature and relative humidity are remotely collected by the UHF radiosonde installed on UAV and compared with the data measured in the 10 m weather tower. From the validated vertical profile, extrapolated surface temperature and the bulk transfer method were used to estimate the sensible heat flux depending on the atmospheric stability. Compared with the sensible heat flux measured by the 3-dimensional ultrasonic anemometer on the ground, the error of the sensible heat flux estimated was 23% that is less than the range of 30% allowed in the remote sensing. Estimated atmospheric boundary layer height from UAV sensible heat fluxes can provide useful data for air pollution diffusion models in real time and economically.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.103-103
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• 2019

본 연구에서는 Terra MODIS 위성영상과 Mapping Evapotranspiration at high Resolution with Internalized Calibration (METRIC) 모형을 이용하여 2012년부터 2017년까지 한반도 전국의 증발산량을 산정하고 플럭스 타워 실측 증발산량과 비교하였다. METRIC은 전 세계에 널리 적용된 바 있는 에너지 수지 기반의 Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) 모형의 개념과 기술을 기반으로 현열(Sensible Heat Flux) 추정 모듈을 개선한 모형이다. 본 연구에서 METRIC 모형은 기존 C#으로 개발되어 있던 SEBAL 코드에서 현열 추정 모듈을 수정하였고 연산 속도 개선을 위해 Python으로 재작성하였다. METRIC 모형의 위성 자료로 Terra MODIS 위성의 MOD13A2(16day, 1km) NDVI, MOD11A1(Daily, 1km) Land Surface Temperature (LST) 및 MCD43A3(Daily, 500m) Albedo를 구축하였으며 500m 공간해상도의 Albedo는 1000m 해상도로 resample하여 활용하였다. 기상자료는 기상청 기상관측소의 풍속, 풍속측정높이, 습도, 10분 간격 이슬점 온도, 일사량 자료를 위성 자료와 같은 공간해상도로 내삽(Interpolation)하여 구축하였다. 모형결과 검증을 위해 국내 플럭스 타워 (설마천, 청미천, 덕유산) 증발산량 관측 자료와의 결정계수(Coefficient of determination, $R^2$), RMSE(Root mean square error) relative RMSE (RMSE%), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) 및 IOA(Index of Agreement)를 산정하고, 기존 SEBAL 모형 결과와의 비교를 통해 본 모형의 개선점을 보이고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.10-14
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• 2016

육상의 증발산량(evapotranspiration, ET)은 대기 중 수증기의 상변화를 통해 대기와 지표 사이의 물과 에너지 순환에 영향을 미치며, 강수량, 유출량과 함께 수자원에 영향을 미치는 주요 인자이다. 강수량과 유출량은 직접 관측이 가능한 반면, 증발산량은 숨어있는 잠열로서 관측하기 어렵다. 플럭스 타워나 라이지메타(Lysimeter) 등을 이용하여 증발산량을 직접 관측하고 있으나 이들 지상관측은 일부 지점(point)에서 제한적으로 이루어지고 있으며, 관측 지점의 수를 확대하게되면 관측 기기의 유지 보수 등의 많은 시간과 비용이 든다는 한계가 있다. 이러한 지상관측의 한계를 극복하고 넓은 영역의 증발산량 변화를 관측하기 위해 위성을 이용한 증발산량을 추정하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 기상청 국가기상위성센터(National Meteorological Satellite Center, NMSC)에서는 우리나라 최초의 정지 기상 위성인 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS) 자료를 지표 에너지 수지식(Surface Energy Budget Equation)에 적용하여 동아시아 지역의 지면과 식생 특성을 반영한 '일(daily) 증발산량 산출 알고리즘'을 개발하였다. 현열을 계산하기 위해 다양한 입력 변수가 사용되어지고 계산 과정이 복잡하기 때문에, 본 연구에서는 '반 경험적인 계수인 B 계수 모델'을 사용하여 현열 산출 기법을 단순화하였다. 본 알고리즘을 이용하여 2011년 4월부터 현재까지 동아시아(위도 $20{\sim}50^{\circ}N$, 경도 $100{\sim}145^{\circ}E$)의 해상도 1km의 일 증발산량을 산출하였고, 위성 증발산량의 검증을 위해 지면 특성이 다른 청미천(농경지), 설마천(혼효림) 지역의 플럭스 타워 증발산량 자료(유량조사사업단 제공)와 비교 분석하였다. 2011년 4월부터 2014년 12월까지 청미천 지역에서의 플럭스 타워 관측과 비교한 결과, 총 665개 자료에 대하여 RMSE는 2.82 mm/day, Bias는 2.56 mm/day의 결과를 보였다. 동일한 기간에 대하여 설마천 지역에서의 플럭스 타워 관측과 비교한 결과, 총 582개 자료에 대하여 RMSE는 1.92 mm/day, Bias는 1.45 mm/day의 결과를 보였다. 기상청 국가기상위성센터의 위성증발산량이 봄과 가을철에 다소 높게 산출되는 경향이 있었으나, 증발산량의 변화경향은 유사하게 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 동아시아 지역 위성 증발산량 변화를 감시하고 있으며 향후, 수문 및 기후 분야에서 가뭄 모니터링 등의 연구에도 활용할 수 있을 것이다.

• Journal of Wetlands Research
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• v.10 no.1
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• pp.21-30
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• 2008

Evapotranspiration is an important factor in the energy interaction process between the surface and the air. Over a vegetable canopy, evapotranspiration was investigated by measuring the sensible heat flux, the soil heat flux and the net radiation flux. Evapotranspiration based on routine AWS data is in good agreement with that estimated from the energy balance equation except for weak wind shear less than $1s^{-1}$ and a cloudy period. Soil heat flux can be approximately to 10% of net radiation flux at the lower layer. When the slope of the saturation vapor pressure versus temperature curve ($de_s/dT$) is approximated to 1.5, the evapotranspiration can be described in function of the net radiation energy flux over Goheung bay wetland covered with the vegetable canopy, reeds.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.434-434
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• 2023

다양한 지면 모형은 대기 강제력 데이터 세트에 의해 구동되며 육지의 물, 에너지 및 생지화학적 순환의 해석에 활용된다. 그 중 에너지 플럭스 교환을 추정하는 것은 극심한 가뭄, 폭염, 물 부족 등 극한 기후 현상에서 중요한 역할을 한다. 에너지 플럭스는 기상기후조건과 토지피복의 변화에 따른 영향을 받고 있는데 그 영향을 구체적으로 조사하는 것은 생태계 프로세스의 매커니즘을 구성하는 데 필수적이다. 본 연구에서는 최신버전인 Community Land Model 버전 5.0 (CLM5)를 이용하여 동북아시아 지역의 에너지 플럭스의 시공간분포를 분석하였다. CLM5의 시뮬레이션은 1991년부터 2010년까지 2.5° × 2.5° 그리드에서 실행되었고 주요 에너지 인자인 순복사량, 현열, 잠열을 모의하였으며, 실행결과는 FLUXNET의 동북아시아 사이트의 관측자료를 이용하여 모델을 검증 및 평가하였다. 대기 강제력 변수의 차이는 모의 결과에 영향을 미치기 때문에 수문인자와 토지피복유형에 따른 에너지 플럭스의 변동성을 분석하였고 잠열을 식생 증발산열과 지면 증발열로 파티션하여 연구지역에 따른 각 구성요소의 비율을 산정하였다. 20년간의 순복사열, 잠열과 온도의 시공간적 변동성의 연 추세를 분석한 결과 동북아시아의 대부분 지역에서 잠열과 온도는 소폭 증가되였고 순복사열은 중국 내륙과 몽골지역에서 감소되였다. 본 연구는 지표와 대기 사이의 에너지 교환에 대해 분석하였으며 이후 증발산 및 물 플럭스와의 연동성과 관계성 분석에 활용하여 기후변화를 이해하는 데 기여할수 있을 것으로 사료된다.

• 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.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.34 no.3
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• pp.519-533
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• 2018

The sensible heat flux (SHF)and latent heat flux (LHF) over Korean Peninsula ocean during recent 4 years were calculated using Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment (COARE) 3.5 bulk algorithm and satellite-based atmospheric-ocean variables. Among the four input variables (10-m wind speed; U, sea surface temperature; $T_s$, air temperature; $T_a$, and air humidity; $Q_a$) required for heat flux calculation, Ta and $Q_a$, which are not observed directly by satellites, were estimated from empirical relations developed using satellite-based columnar atmospheric water vapor (W) and $T_s$. The estimated satellite-based $T_a$ and $Q_a$ show high correlation coefficients above 0.96 with the buoy observations. The temporal and spatial variability of monthly ocean heat fluxes were analyzed for the Korean Peninsula ocean. The SHF showed low values of $20W/m^2$ over the entire areas from March to August. Particularly, in July, SHF from the atmosphere to the ocean, which is less than $0W/m^2$, has been shown in some areas. The SHF gradually increased from September and reached the maximum value in December. Similarly, The LHF showed low values of $40W/m^2$ from April to July, but it increased rapidly from autumn and was highest in December. The analysis of monthly characteristics of the meteorological variables affecting the heat fluxes revealed that the variation in differences of temperature and humidity between air and sea modulate the SHF and LHF, respectively. In addition, as the sensitivity of SHF and LHF to U increase in winter, it contributed to the highest values of ocean heat fluxes in this season.

• Journal of Environmental Science International
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• v.9 no.2
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• pp.109-114
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• 2000

The purpose of the present study is to develope the estimation scheme for sensible heat flux by semi-empirical approach using routine meteorological data such as solar radiation and air temperature. To compare observed sensible heat flux with estimated sensible heat flux, the sensible heat fluxes were measured by three dimensional sonic anemometer-thermometer. The field observation was performed during 1 year from December 1, 1995 to November 30, 1996 on a rice paddy field in Chunchon basin. The heat fluxes were measured at a heights of 5m and mean meteorological variables were obtained at two levels, 2.5m(or 1.5m) and 10m. Since condition of rice paddy field such as, wetness of the field, roughness length, vary widely, we devided annual data to 5 periods. Comparing with two sensible heat fluxes, the results showed that the correlation coefficients were more than 0.86. Thus, we can conclude that the estimation method of sensible heat fluxes using routine meteorological data is practical and reliable enough.