• Asian Journal of Atmospheric Environment
• /
• v.10 no.1
• /
• pp.42-50
• /
• 2016

This study presents a performance evaluation of four different land surface models (LSM) available in Weather Forecast Research (WRF). The research site was located in Haean Basin in South Korea. The basin is very unique by its geomorphology and topography. For a better representation of the complex terrain in the mesoscale model were used a high resolution topography data with a spatial resolution of 30 meters. Additionally, land-use layer was corrected by ground mapping data-sets. The observation equipments used in the study were an ultrasonic anemometer with a gas analyzer, an automatic weather station and a tethered balloon sonde. The model simulation covers a four-day period during autumn. The result shows significant impact of LSM on meteorological simulation. The best agreement between observation and simulation was found in the case of WRF with Noah LSM (WRF-Noah). The WRF with Rapid Update Cycle LSM (WRF-RUC) has a very good agreement with temperature profiles due to successfully predicted fog which appeared during measurements and affected the radiation budget at the basin floor. The WRF with Pleim and Xiu LSM (WRF-PX) and WRF with Thermal Diffusion LSM (WRF-TD) performed insufficiently for simulation of heat fluxes. Both overestimated the sensible and underestimated the latent heat fluxes during the daytime.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.67-70
• /
• 2012

현재 국내외에서는 양질의 증발산을 관측하여 활용하기 위해 증발접시 (evaporation pan), 침루계 (lysimeter) 등을 이용하여 실측하거나 Flux Tower에서 Eddy covariance technique, Bowen ratio method 등을 이용하여 경험적으로 산정하고 있다. 이러한 방법으로 산정되는 증발산은 크게 두 분류로 나눌 수 있다. 일반적인 기후 상태에서 유역의 토양이 증발산에 방해를 받지 않을 정도로 충분히 물을 포함하고 있고, 식생이 조밀한 상태에서의 증발산량을 의미하는 잠재 증발산과 실제 산정치인 실제 증발산으로 나눌 수 있다 (Thornthwait, 1939). 본 연구에서는 유역의 잠재 증발산을 산정하여 실제 증발산과 비교를 통해 적용성을 확인하고자 한다. 잠재 증발산을 산정하는 방법은 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 인공위성 데이터를 이용한 원격탐사 기술을 적용하여 산정한다. 원격탐사 기술은 지상 관측의 단점을 보완한 것으로써, 날씨, 인간 활동 등 주변 외부 환경의 영향에 민감하게 반응하여 공간적인 분포 현황을 파악하는 것이 어려운 지상 관측의 한계점을 대체하기 위한 방법이다. 이들 방법으로는 가장 널리 쓰이는 Penman-Monteith (Penman, 1948; Monteith, 1965), 일별 최대, 최저, 평균 기온을 이용한 Hargreaves 방법 (Hargreaves, 1985)과 Priestley-Taylor 방법 (Priestley and Taylor, 1972) 등의 세 가지 방법을 소개하였다. 세 가지 방법으로 산정된 잠재 증발산을 통해 해당 유역의 잠재 증발산의 공간적인 거동을 파악해 볼 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2018.05a
• /
• pp.191-191
• /
• 2018

최근 기후 변화로 인한 기상이변으로 인해 가뭄의 심도와 지속시간이 길어져 이로 인한 피해가 가중되고 있다. 본 연구는 국가 물 관리에 필요한 증발산량 자료 생산과 특성을 분석할 목적으로 수행되었으며, 본 연구 결과는 국가 물 관리 및 가뭄 분석 등에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 2010년 국토교통부에서는 "국가수문관측망"에 증발산량 관측소를 포함하여 증발산량 자료가 정기적으로 생산될 수 있게 하였다. 계획수립 이후 일정기간 동안은 관측 방법과 품질관리 방법 등의 체계화되지 않아 전국적으로 확대되지 못하다가 최근에 와서 확대 설치되고 있다. 현재에는 증발산량 관측소가 한강수계 4개소, 금강수계 2개소, 영산강수계 3개소에서 운영되고 있다. 국토교통부 증발산량 관측소는 에디공분산 방식으로 구축되어 있으며, 자료는 30분 간격으로 생산되고 있다. 본 연구에서는 설마천 관측소의 3개년(2015년~2017년) 자료로 산지 증발산량의 경년 변화를 분석하였다. KoFlux 표준화 프로그램(spike 제거, 밀도 보정 등)으로 자료를 처리하였으며, 자료 보충(Gap-filling)은 FAO-PM, MDV, Kalman Filter 방법으로 수행하였다. 설마천 관측소에서 증발산량을 산정하여 산지 증발산량의 경년변화를 분석한 결과, 증발산량은 강수량과 순복산량의 규모에 따라 상이하였다. 또한 비교적 강수량이 적은 해에 증발산 비율이 커지는 특성을 나타내었다. 이는 가뭄 시 증발산을 왕성하게 하는 환경이 조성되어 발생되는 것으로 분석되었다.

• Journal of Environmental Science International
• /
• v.31 no.1
• /
• pp.43-50
• /
• 2022

In this paper, lysimeter was installed to analyze the moisture fluctuations on the surface of a forest. The weight of the soil was measured, and the moisture fluctuations were calculated through the difference in weight over time. The amount of dew condensation on the surface of the ground was about 2-7 mm. January experienced the most dew condensation (7.2 mm). It was found that about 43 mm of dew condensation was generated over one year. To analyze the characteristics of evapotranspiration in the forest, the evapotranspiration on the surface was measured by the lysimeter method and the evapotranspiration on the upper part of the canopy was measured by the eddy covariance method. These results were compared and analyzed. Until mid-October, the evapotranspiration of the forest was active, and the amount of evapotranspiration on the top of the canopy was higher than the amount on the surface. Thereafter, the amount of evapotranspiration on the top of the canopy decreased due to the lowering of temperature and net-radiation. The amount of evapotranspiration on the surface and above the canopy showed the same tendency.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2022.05a
• /
• pp.65-65
• /
• 2022

울창한 숲에도 어느 정도 햇빛은 들 듯이, 태양복사에너지는 식생의 잎과 흙에 모두 미치며, 그로 인해 증산과 증발이 각각 발생한다. 이러한 사실을 반영하는 것은 현존하는 증발산 산정 방법을 개선하여 더 나은 증발산 추정치를 구하는 데에 도움이 될 것이다. 이 연구에서는 증발 표면을 수직적으로 흙층(soil layer)과 잎층(canopy layer)으로 나눠진 다층 구조로 바라보고, 각 층에서 증발산을 계산하는 방법을 도입했다. 증발 표면을 수직 상에서 구분했기에 각 층의 환경 조건은 그 층을 대표하는 높이에서 관측된 기상자료를 활용할 수 있다. 또한, 식생 활기에 따른 각 층의 복사에너지 유입량과 기공의 여닫힘에 따른 Bowen 비를 통해 식생이 증발산에 미치는 영향을 반영하는 것이 가능하다. 본 연구에서는 Fluxnet에서 제공하는 공분산 방법(eddy covariance method)으로 측정한 자료를 참고하여 다층 구조가 실제 증발산 산정에 타당한가를 논했다. 시스템 내 변화는 주어진 조건에서 엔트로피가 최대로 생성되는 방향으로 발생한다는 Maximum Entropy Production (MEP) 이론을 기반으로 만들어진 증발산 산정법을 통해 각 층의 증발산을 계산했으며, 관측 증발산을 토대로 잎층과 흙층에 유입된 복사에너지의 크기를 비교했다. 결과적으로 잎층에 계산된 복사에너지 흡수능이 낙엽수림의 변화 주기를 잘 반영하는 것을 확인했으며 다층 구조를 도입하는 것이 증발산 산정 향상과 수문-식생 관계를 고려한 증발산 분석에 적절한 접근법임을 보였다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
• /
• v.21 no.3
• /
• pp.135-145
• /
• 2019

Analysis of a long cycle or a trend of time series data based on a long-term observation would require comparability between data observed in the past and the present. In the present study, we proposed an approach to ensure the compatibility among the instruments used for the long-term observation, which would allow to secure continuity of the data. An open-path gas analyzer (Model LI-7500, LI-COR, Inc., USA) has been used for eddy covariance flux measurement in the Gwangneung deciduous forest for more than 10 years. The open-path gas analyzer was replaced by an enclosed-path gas analyzer (Model EC155, Campbell Scientific, Inc., USA) in July 2015. Before completely replacing the gas analyzer, the carbon dioxide ($CO_2$) and latent heat fluxes were collected using both gas analyzers simultaneously during a five-month period from August to December in 2015. It was found that the $CO_2$ fluxes were not significantly different between the gas analyzers under the condition that the daily mean temperature was higher than $0^{\circ}C$. However, the $CO_2$ flux measured by the open-path gas analyzer was negatively biased (from positive sign, i.e., carbon source, to 0 or negative sign, i.e., carbon neutral or sink) due to the instrument surface heating under the condition that the daily mean temperature was lower than $0^{\circ}C$. Despite applying the frequency response correction associated with tube attenuation of water vapor, the latent heat flux measured by the enclosed-path gas analyzer was on average 9% smaller than that measured by the open-path gas analyzer, which resulted in >20% difference of the sums over the study period. These results indicated that application of the additional air density correction would be needed due to the instrument heat and analysis of the long-term observational flux data would be facilitated by understanding the underestimation tendency of latent heat flux measurements by an enclosed-path gas analyzer.

• Atmosphere
• /
• v.29 no.4
• /
• pp.355-365
• /
• 2019

Based on in-situ monitoring data produced by National Institute of Meteorological Sciences, we evaluated the performance of Joint UK Land Environment Simulator (JULES) on the surface energy balance for rice-paddy and cropland in Korea with the operational ancillary data used for Unified Model (UM) Local Data Assimilation and Prediction System (LDAPS) (CTL) and the high-resolution ancillary data from external sources (EXP). For these experiments, we employed the one-year (March 2015~February 2016) observations of eddy-covariance fluxes and soil moisture contents from a double-cropping rice-paddy in BoSeong and a cropland in AnDong. On the rice-paddy site the model performed better in the CTL experiment except for the sensible heat flux, and the latent heat flux was underestimated in both of experiments which can be inferred that the model represents flood-irrigated surface poorly. On the cropland site the model performance of the EXP experiment was worse than that of CTL experiment related to unrealistic surface type fractions. The pattern of the modeled soil moisture was similar to the observation but more variable in time. Our results shed a light on that 1) the improvement of land scheme for the flood-irrigated rice-paddy and 2) the construction of appropriate high-resolution ancillary data should be considered in the future research.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
• /
• v.45 no.6
• /
• pp.1211-1215
• /
• 2012

Terrestrial ecosystem are a strong sink of carbon. Forest ecosystem, one of them, has been expected to play an important role in climate changing process by absorbing atmospheric carbon dioxide. On the other hand, agricultural ecosystem that consists mainly of annual crops is regarded as poor contributor to carbon accumulation, because its production (carbon hydrate) is decomposed into carbon at a short period, which is emitted to the atmosphere. However, it is thought that fruit tree plays a great role in decreasing atmospheric carbon dioxide concentration, same as forest. Net ecosystem exchange of $CO_2$ (NEE) was measured to estimate carbon fixation capacity using an eddy covariance (EC) system method in 2 years from 2005 to 2006 at an apple orchard in Uiseong, Gyeongbuk. Average air temperature values were higher in 2006 than in 2005 during the dormant season, and lower by about $5^{\circ}C$ over the growing season causing visible cold injuries. Accordingly, we investigated long-term exchange of carbon to determine how much difference of carbon fixation capacity was shown between 2006 and 2005 in terms of environmental and plant variables such as NEE, leaf area index (LAI), and Albedo. NEE was $4.8Mg\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$ in 2005 and $4.7Mg\;C\;ha^{-1}yr^{-1}$ in 2006, respectively. Low temperature after July in 2006 decreased LAI values faster than those in 2005. Meanwhile, Albedo values were higher after July in 2006 than in 2005. These results show that the low temperature after July in 2006 apparently affected apple growth.

• Atmosphere
• /
• v.26 no.3
• /
• pp.401-412
• /
• 2016

A 3D sonic anemometer has been installed at Yongpyong alpine slope since Oct. 23th 2014 to observe the slope winds and to analyze turbulent characteristics with the change in surface cover (grass and snow) and the synoptic wind strength. Eddy covariance method has been applied to calculate the turbulent quantity after coordinate transformation of a planar-fit rotation. We have carefully selected 3 good episodes in the winter season (23 October 2014 to 28 February 2015) for each category (9 days in total), such as grass and snow covers in case of weak synoptic wind condition, and grass cover of strong synoptic wind. The diurnal variations of the slope winds were well developed like the upslope wind in the daytime and downslope wind in the nighttime for both surface covers (grass and snow) in the weak synoptic forcing, when accordingly both heat and momentum fluxes significantly increased in the daytime and decreased in the nighttime. Meanwhile, diurnal variation of heat flux was not present on the snow cover probably in associated with significant fraction of sunlight reflection due to high albedo especially during the daytime in comparison to those on the grass cover. In the strong synoptic regime, the most dominant feature at Yongpyong, only the southeasterly downslope winds were steadily generated irrespective of day and night with significant increases in momentum flux and turbulent kinetic energy as well, which could suggest that local circulations are suppressed by the synoptic scale forcing. In spite of only one season analysis applied to the limited domain, this kind of an observation-based study will provide the basis for understanding of the local wind circulation in the complex mountain domain such as Gangwon in Korea.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.274-274
• /
• 2012

증발산량 관측은 오랜 기간 연구되어 왔으며, 미기상 관측 시스템의 최적화와 상호 공동비교 실험 및 자료 처리의 일관성을 유지를 위해 한국에는 KoFlux라고 하는 플럭스 네트워크가 2002년 1월에 구축되었다. 이를 시작으로 미기상 관측에 대한 관심이 많은 연구자들이 관측망 구축에 힘쓰고 있으며, 에디공분산 방법을 이용해 증발산량을 산정하고 있다. 에디 공분산 방법은 다른 방법에 비해 연직농도 차이가 적은 산림 위에서의 플럭스 값을 측정 할 수 있으며, 측정 시 식물 환경에 방해를 주지 않는 등의 장점이 있다. 하지만 자료 처리와 품질관리에 있어 연구자의 주관성에 의해 상당 부분 불확실성을 초래한다. 또한 다른 관측지점과의 일관적인 비교를 위해 좌표보정을 수행하며, 일반적으로 바람이 평평한 지역 위로 분다는 가정 하에 이루어진다. 좌표보정은 일반적으로 Planar Fit Rotation방법을 사용하며, 평판 분할은 지형에 따라 12개까지 분할하여 분석한다. 하지만 덕유산 플럭스관측 타워지점처럼 산지 특성이 뚜렷하고 1 m/s이하의 풍속 데이터의 빈도가 큰 경우 평판 분할 수의 제한이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 좌표보정계수산정 방법에 따라 등간격의 평판분할 방법(Scenario A), 주풍향을 고려한 평판분할 방법(Scenario B)과 빈도에 의한 평판분할방법(Scenario C)으로 수행하였다. 또한 각 Scenario는 풍속의 제한 조건에 따라 CASE A(0.5 m/s 이상), CASE B(1.0 m/s이상)로 구분하여 분석하였다. 본 연구를 통해 제안 한 자료처리 절차는 첫째, 바람자료의 빈도 분석을 통한 지역특성 파악 둘째, 풍속제한 조건 설정 셋째, 바람과 수증기의 공분산 계산으로 요약된다. 덕유산 플럭스관측 타워지점의 경우 풍속 제한을 1.0 m/s이상에서 0.5 m/s이상으로 하향 조정하였으며, 평판 분할 방법은 Scenario C의 평판 수 12개를 채택하였다.