• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.228-228
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• 2016

증발산량은 수자원 부존량 평가, 물수지 분석, 지구의 물순환 및 에너지 순환을 이해하기 위해서 알아야할 수문량이나, 이를 산정하기 위하여 단순한 가정을 하거나 경험식을 사용하는 접근에는 신뢰성에 문제가 생긴다. 본 연구에서는 아시아 지역내의 여러 지점에서 에디공분산 시스템을 활용해 플럭스 자료를 구축해놓은 Asia Fluxnet의 자료를 활용해 보완관계법(Complimentary relationship) 기반으로 제한된 기상자료를 이용해 구한 증발산량을 산정하는 방법론들을 평가하였다. Granger and Gary(GG)는 실제 증발산량은 습윤조건의 증발산량의 2배에 잠재 증발산량간의 차와 같다는 보완관계를 수정하여 일반화하고, 잠재 증발산량을 산정하는 경험식을 제시하였다. 이러한 수정된 보완관계식을 활용한 GG 방법론을 활용하여 산정한 증발산량을 측정된 증발산량과 비교한 정확성을 정량화 하기 위해 Average root mean square error (RMSE), mean absolute bias (BIAS), coefficient of determination ($R^2$)과 같은 통계값을 이용하였다. 최종적으로 각 사이트의 기후를 Aridity Index (AI)를 이용하여 분류하였으며 분류된 기후별로 GG 방법론의 적용성을 검토하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.37 no.2
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• pp.303-310
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• 2017

Evapotranspiration is a significant hydrologic quantity for understanding the amount of available water resource evaluation, water balance analysis, water circulation and energy circulation. Various methods have been developed for estimating the evapotranspiration using data observed at meteorological observatories. Especially, the focus of methods has been on the complementary relationship that the actual evapotranspiration is equal to the difference between the twice of evapotranspiration in the wet condition and the potential evapotranspiration. The Granger and Gary (GG) method is an empirical formula that can be used to estimate the evapotranspiration using only empirical parameters based on the complementary relationship and using only the net radiation and temperature of the region. In this study, we compared the evapotranspiration data observed at 10 sites in Asia within the dataset of FLUXNET2015, with the evapotranspiration calculated by GG method. The evapotranspiration in inland area was estimated more accurately than that of coastal area. Simulated Annealing (SA) was used for the coastal area to modify the parameters. Using the modified GG method, we could improve the statistics such as root mean square error, the coefficient of determination ($R^2$), and the mean absolute ${\mid}BIAS{\mid}$ of the evapotranspiration estimation in coastal area.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.44-44
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• 2023

지표면 위 에너지 수지, 즉 순 복사에너지가 어떤 비율로 지열, 현열, 잠열로 분할되는지를 이해하는 것은 매우 중요한 문제이지만, 에너지 분할과 주변 환경 변수 사이의 인과관계를 역학적으로 설명하는 것은 난제로 남아있다. 이 연구에서는 지표면 에너지 분할에서 어떠한 조건에서라도 보편적으로 발견되는 특성을 찾아서 다양한 식생 조건에서 관측된 복사에너지 및 열 플럭스 관측소의 자료를 토대로 각 에너지 항의 시간 변동성을 분석했다. 시계열 분석을 위해 공분산 기법을 통해 관측한 현열 및 잠열 자료를 제공하는 Fluxnet 자료를 사용했으며, International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) 구분법에 따라 낙엽수림, 상록수림, 농지 및 사바나에 위치한 관측소의 자료를 비교 분석했다. 모든 관측소에서 에너지 수지에서 현열과 잠열의 합이 전체 순 복사에너지에서 차지하는 비중은 시간에 따라 큰 변화를 보이지 않는다는 특성을 발견했다. 하지만, 현열 또는 잠열이 차지하는 비중은 큰 계절성을 보여주고 있었다. 이를 종합하면 현열과 잠열이 상호보완적으로 발생한다는 것을 의미한다. 한편 시간에 따른 두 열 플럭스의 움직임은 해당 관측소 근처에서 서식하는 식생 특성과 깊게 관련됐음을 확인했다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.173-173
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• 2017

지구표면에서 발생하는 물순환, 에너지순환, 탄소순환은 토지-대기-식생간의 물리화학적 관계에 의하여 발생하며 이를 모사하기 위해 지면 및 기후모델이 활용된다. 본 연구에서는 NCAR의 지면모형인 Community Land Model(CLM) v4.5를 동아시아에 적용하고자 한다. 동아시아 범위에서 Fluxtower가 설치되어 물, 에너지, 탄소 플럭스 자료가 관측된 지점에서 모형을 구동하고 결과를 평가하였다. CLM 결과에 따른 증발산(Evapotranspiration), 잠열(Latent heat), 헌혈(Sensible heat)과 같은 물 및 에너지 순환에 관한 결과 뿐 아니라 총 일차생산량(Gross primary production), 순생태계순환(Net ecosystem exchange), 생태계 호흡량(Ecosystem respiration)과 같은 탄소순환에 관한 결과를 비교, 분석하였다. 특히, 기초 결과 분석에 따라 지면 모형 내의 여러 모듈 중에서 화재 관련 모듈에 초점을 맞추어 CLM 모형을 개선하였다. 화재는 식생의 성장에 많은 영향을 미치는 모듈로서 탄소순환 모의에 중요한 역할을 한다. 전 지구 대상 모의를 기반으로 하는 CLM에서 삼림 및 초지 지역의 화재 발생는 국내총생산(Gross domestic product, GDP) 및 인구밀도에 따라 모수화되어 있으나, 이는 전 지구 혹은 지역 대상이 아닌 지점 수준의 모형적용을 위해 부적합하다. 이에 관련 모수들을 재산정하고 개선된 모형 결과를 정량화하기 위해 위에서 언급한 물순환, 에너지순환, 탄소순환 관련된 변수들의 모의값을 Fluxtower 관측값과 비교, 분석하였다.

• Proceedings of The Korean Society of Agricultural and Forest Meteorology Conference
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• 2016.09a
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• pp.1-5
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• 2016

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.149-149
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• 2019

Gross Primary production (GPP) and evapotranspiration (ET) are the two critical components of carbon and water cycle respectively, linking the terrestrial surface and ecosystem with the atmosphere. The ratio between GPP to ET is called ecosystem water use efficiency (EWUE) and its quantification at the forest site helps to understand the impact of climate change due to large scale anthropogenic activities such as deforestation and irrigation. This study was conducted at the FLUXNET forest site CN-Qia (2003-2005) using Community land model (CLM 5.0). We simulated carbon and water fluxes including GPP, ecosystem respiration (ER), and ET using climatic variables as forcing dataset for 30 years (1981-2010). Model results were validated with the FLUXNET tower observations. The correlation showed better performance with values of 0.65, 0.77, and 0.63 for GPP, ER, and ET, respectively. The model underestimated the results with minimum bias of -0.04, -1.67, and -0.40 for GPP, ER, and ET, respectively. Effect of climate 'CLIM' and '$CO_2$' were analyzed based on EWUE and its trend was evaluated in the study period. The positive trend of EWUE was observed in the whole period from 1981-2010, and the trend showed further increase when simulated with rising $CO_2$. The time period were divided into two parts, from 1981-2000 and from 2001 to 2010, to identify the warming effect on EWUE. The first period showed the similar increasing trend of EWUE, but the second period showed slightly decreasing trend. This might be associated with the increase in ET in the wet temperate forest site due to increase in climate warming. Water use efficiency defined by transpiration (TR) (TWUE), and inherent-TR based WUE (IT-WUE) were also discussed. This research provides the evidence to climate warming and emphasized the importance of long term planning for management of water resources and evaporative demand in irrigation, deforestation and other anthropogenic activities.

• 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.

• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.191-191
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• 2023

기후변화 대응을 위한 탄소 중립의 중요성이 대두되는 요즘, 생태계의 가장 큰 메탄 저장소로서 지구의 탄소 순환에 주요한 영향을 미치는 습지에 대한 이해는 필수적이다. 전지구 지면 모델인 Community Land Model(CLM)에 Functionally Assembled Terrestial Ecosystem Simulator(FATES) 외부 모듈을 함께 구동한 지면 생태계 모델 CLM-FATES는 지면 heterogeneity와 다양한 식생 종류를 고려하여 에너지 플럭스, 토양 수문, 생화학적 과정 등을 모의함으로써 탄소 동태 변화를 포함한 장기적 생태계 동태 변화 모의를 가능하게 한다. 본 연구는 CLM-FATES 모델을 미국 캘리포니아주 Mayberry Wetland (US-Myb)와 Twitchell East End Wetland (US-Tw4)에 적용하였다. 모델의 대기 입력 자료로는 FLUXNET-CH4에서 제공하는 에디 공분산 기반 플럭스 관측 자료를 사용하였다. 기존 CLM-FATES 모델은 토양이 장기간 포화 혹은 침수되어 지표 위 혹은 지표면 가까이 발달한 지하수면을 가지고 있는 습지의 수문학적 특성을 잘 반영하지 못해 정밀한 습지 생태계 동태 변화 모의에 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 CLM-FATES를 통한 보다 정확한 습지 생태계 모의를 위해 모델 내 토양 수문 관련 모듈을 수정하여 모델이 습지의 수문학적 특성을 반영할 수 있도록 하였다. 모델 구동 결과 도출한 잠열, 총일차생산량(Gross Primary Production: GPP)과 순생태계생산량(Net Ecosystem Production, NEP) 플럭스, 메탄 플럭스, 엽면적지수(Leaf Area Index; LAI)와 지표수 높이에 대해 관측값 대비 RMSE 및 R² 값을 계산하여 모의 결과의 적절성을 분석하였다. 이러한 모델 개선 경험을 바탕으로 추후 우리나라 습지 사이트에 모델을 적용하여 습지 탄소 동태 예측에 활용할 계획이다.

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