Iowa is in a very interesting position for a climatologist with respect to soil moisture, It is located in a transition zone between humid climates to the east, and dry climates to the west, As a result of this, soil moisture reserves may vary widely from year to year, and even from place to place within a year. A wet situation may prevail where free water can be found in the 5-foot profile and the tile are running.(omitted)
Soil moisture content is generally accepted as an important factor to understand the process of crop growth and is the basis of earth system models for analysis and prediction of the crop condition. To continuously monitor soil moisture changes at kilometer scale, it is demanded to create high resolution data from the current, several tens of kilometers. In this paper we described a downscaling method for Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2) Soil Moisture Content (SMC) from 10 km to 30 m resolution using a soil texture and field measurements that have a high correlation with the SMC. As a result, the soil moisture variations of both data (before and after downscaling) were identical, and the Root Mean Square Error (RMSE) of SMC exhibited the low values. Also, time series analyses showed that three kinds of SMC data (field measurement, original AMSR2, and downscaled AMSR2) had very similar temporal variations. Our method can be applied to downscaling of other soil variables and can contribute to monitoring small-scale changes of soil moisture by providing high resolution data.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.22
no.1
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pp.1-12
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2020
As one of the essential resources in the agricultural process, soil moisture has been carefully managed by predicting future changes and deficits. In recent years, statistics and machine learning based approach to predict soil moisture has been preferred in academia for its generalizability and ease of use in the field. However, little is known that machine learning based soil moisture prediction is applicable in the situation of South Korea. In this sense, this paper aims to examine 1) whether publicly available weather data generated in South Korea has sufficient quality to predict soil moisture, 2) which machine learning algorithm would perform best in the situation of South Korea, and 3) whether a single machine learning model could be generally applicable in various regions. We used various machine learning methods such as Support Vector Machines (SVM), Random Forest (RF), Extremely Randomized Trees (ET), Gradient Boosting Machines (GBM), and Deep Feedforward Network (DFN) to predict future soil moisture in Andong, Boseong, Cheolwon, Suncheon region with open source weather data. As a result, GBM model showed the lowest prediction error in every data set we used (R squared: 0.96, RMSE: 1.8). Furthermore, GBM showed the lowest variance of prediction error between regions which indicates it has the highest generalizability.
Kim, Yihyun;Hong, Sukyoung;Lee, Kyoungdo;Na, Sangil;Jung, Gunho
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.47
no.4
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pp.235-241
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2014
A ground-based microwave scatterometer has an advantage for monitoring soil moisture content using multi-polarization, multi-frequencies and various incidence angles. In this paper, ground-based multi-frequency (L-, C-, and X-band) polarimetric scatterometer system capable of making observations every 10 min was used to monitor the soil moisture conditions in a corn field over an entire growth cycle. Measurements of volumetric soil moisture were obtained and their relationships to the backscatter observations were examined. Time series of soil moisture content was not corresponding with backscattering coefficient pattern over the whole growth stage, although it increased until early July (Day Of Year, DOY 160). We examined the relationship between the backscattering coefficients from each band and soil moisture content of the field. Backscattering coefficients for all bands were not correlated with soil moisture content when considered over the entire stage ($r{\leq}0.48$). However, L-band Horizontal transmit and Horizontal receive polarization (HH) had a good correlation with soil moisture ($r=0.85^{**}$) when LAI was lower than 2. Prediction equations for soil moisture were developed using the L-HH data. Relation between L-HH and soil moisture shows linear pattern and related with soil moisture content ($R^2=0.77$). Results from this study show that backscattering coefficients of microwave scatterometer appear to be effective to estimate soil moisture content in the field level.
The purpose of this research was to find out suitable soil sample preparation and sample holding tools for NIR reflection radiation for estimating soil components. NIR reflectance was scanned at 2nm intervals from 1,100 to 2,500nm with an InfraAlyzer 500(Bran+Luebbe Co.). Coarse(2.0mm) and fine(0.5mm) soil sample and various sample holding tools were used to obtain mean diffuse reflection of the soil for the calibration and validation of the calibration set in estimating moisture, organic matter and total nitrogen of the soils. Multiple linear regression was used to obtain the best correlation of NIR spectroscopy method. Correlation of NIR spectroscopy method. Correlation of NIR spectra for finely and coarsely sized soil did not show much difference. The standard errors of prediction(SE) using different types of sample holding tools for organic matter, total nitrogen and soil moisture were better than 0.765, 0.041 and 0.63% respectively. From the results it can be concluded that NIR spectroscopy with flow type cell could be used as a fast routine testing method in quantitative determination of organic matter, total nitrogen and soil moisture.
Kim, Jisu;Kim, Minseok;Cho, Youngchan;Oh, Hyunjoo;Lee, Choonoh
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.26
no.6
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pp.106-117
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2021
The purpose of this study is prediction of landslide occurrence reflecting the subsurface flow characteristics within the soil layer in the future due to climate change in a large scale watershed. To do this, we considered the infinite slope stability theory to evaluate the landslide occurrence with predicted soil moisture content by SWAT model based on monitored data (rainfall-soil moisture-discharge). The correlation between the SWAT model and the monitoring data was performed using the coefficient of determination (R2) and the model's efficiency index (Nash and Sutcliffe model efficiency; NSE) and, an accuracy analysis of landslide prediction was performed using auROC (area under Receiver Operating Curve) analysis. In results comparing with the calculated discharge-soil moisture content by SWAT model vs. actual observation data, R2 was 0.9 and NSE was 0.91 in discharge and, R2 was 0.7 and NSE was 0.79 in soil moisture, respectively. As a result of performing infinite slope stability analysis in the area where landslides occurred in the past based on simulated data (SWAT analysis result of 0.7~0.8), AuROC showed 0.98, indicating that the suggested prediction method was resonable. Based on this, as a result of predicting the characteristics of landslide occurrence by 2050 using climate change scenario (RCP 8.5) data, it was calculated that four landslides could occur with a soil moisture content of more than 75% and rainfall over 250 mm/day during simulation. Although this study needs to be evaluated in various regions because of a case study, it was possible to determine the possibility of prediction through modeling of subsurface flow mechanism, one of the most important attributes in landslide occurrence.
IoT(Internet of Things) is applied to technologies such as agriculture and dairy farming, making it possible to cultivate crops easily and easily in cities.In particular, IoT technology that intelligently judge and control the growth environment of cultivated crops in the agricultural field is being developed. In this paper, we propose a method of predicting the growth environment of plants by learning the moisture supply cycle of plants using the intelligent object internet. The proposed system finds the moisture level of the soil moisture by mapping learning and finds the rules that require moisture supply based on the measured moisture level. Based on these rules, we predicted the moisture supply cycle and output it using media, so that it is convenient for users to use. In addition, in order to reduce the error of the value measured by the sensor, the information of each plant is exchanged with each other, so that the accuracy of the prediction is improved while compensating the value when there is an error. In order to evaluate the performance of the growth environment prediction system, the experiment was conducted in summer and winter and it was verified that the accuracy was high.
This paper address the prediction method of a soil thermal property depending on soil moisture contents and suggests the guideline to determine the soil thermal resistivity for the calculation of the cuurent carrying capacity of underground power cables in Korea.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.58
no.5
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pp.81-90
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2016
Due to droughts and water shortages causing severe damage to crops and other vegetations, much attention has been given to efficient irrigation for upland farming. However, little information has been known to measure soil moisture levels in a field scale and apply their spatial variability for proper irrigation scheduling. This study aimed to characterize the spatial variability and temporal stability of soil water contents at depths of 10 cm, 20 cm and 30 cm on flat (loamy soil) and hill-slope fields (silt-loamy soil). Field monitoring of soil moisture contents was used for variogram analysis using GS+ software. Kriging produced from the structural parameters of variogram was applied for the means of spatial prediction. The overall results showed that the surface soil moisture presented a strong spatial dependence at the sampling time and space in the field scale. The coefficient variation (CV) of soil moisture was within 7.0~31.3 % in a flat field and 8.3~39.4 % in a hill-slope field, which was noticeable in the dry season rather than the rainy season. The drought assessment analysis showed that only one day (Dec. 21st) was determined as dry (20.4 % and 24.5 % for flat and hill-slope fields, respectively). In contrary to a hill-slope field where the full irrigation was necessary, the centralized irrigation scheme was appeared to be more effective for a flat field based on the spatial variability of soil moisture contents. The findings of this study clearly showed that the geostatistical analysis of soil moisture contents greatly contributes to proper irrigation scheduling for water-efficient irrigation with maximal crop productivity and environmental benefits.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.61
no.1
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pp.1-8
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2019
Developing reliable soil moisture prediction techniques at agricultural regions is a pivotal issue for sustaining stable crop productions. In this study, a physically-based SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant) model was suggested to estimate soil moisture dynamics at the study sites. ROSETTA was also integrated to derive the soil hydraulic properties(${\alpha}$, n, ${\Theta}_r$, ${\Theta}_s$, $K_s$) as the input variables to SWAP based on the soil information(Sand, Silt and Clay-SSC, %). In order to predict the soil moisture dynamics in future, the mid-term TIGGIE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble) and long-term S2S(Subseasonal to Seasonal) weather forecasts were used, respectively. Our proposed approach was tested at the six study sites of RDA(Rural Development Administration). The estimated soil moisture values based on the SWAP model matched the measured data with the statistics of Root Mean Square Error(RMSE: 0.034~0.069) and Temporal Correlation Coefficient(TCC: 0.735~0.869) for validation. When we predicted the mid-/long-term soil moisture values using the TIGGE(0~15 days)/S2S(16~46 days) weather forecasts, the soil moisture estimates showed less variations during the TIGGE period while uncertainties were increased for the S2S period. Although uncertainties were relatively increased based on the increased leading time of S2S compared to those of TIGGE, these results supported the potential use of TIGGE/S2S forecasts in evaluating agricultural drought. Our proposed approach can be useful for efficient water resources management plans in hydrology, agriculture, etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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