Land-surface and soil processes significantly affect mesoscale local weather systems as well as global/regional climate. In this study, characteristics of land-surface models (LSMs) and soil models (SMs) that are frequently coupled into mesoscale meteorological models are investigated. In addition, detailed analyses on three LSMs, employed by the PSU/NCAR MM5, are provided. Some impacts of LSMs on heavy rainfall prediction are also discussed.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2009.05a
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pp.529-534
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2009
Climate models, both global and regional, have increased in sophistication and are being run at increasingly higher resolutions. The Land Surface Models (LSMs) coupled to these climate models have evolved from simple bucket models to sophisticated Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer (SVAT) schemes needed to support complex linkages and processes. However, some underpinnings of terrestrial hydrologic parameterizations so crucial in the predictions of surface water and energy fluxes cause model errors that often manifest as non-linear drifts in the dynamic response of land surface processes. This requires the improved parameterizations of key processes for the terrestrial hydrologic scheme to improve the model predictability in surface water and energy fluxes. The Common Land Model (CLM), one of state-of-the-art LSMs, is the land component of the Community Climate System Model (CCSM). However, CLM also has energy and water biases resulting from deficiencies in some parameterizations related to hydrological processes. This research presents the implementation of a selected set of parameterizations and their effects on the runoff prediction. The modifications consist of new parameterizations for soil hydraulic conductivity, water table depth, frozen soil, soil water availability, and topographically controlled baseflow. The results from a set of offline simulations are compared with observed data to assess the performance of the new model. It is expected that the advanced terrestrial hydrologic scheme coupled to the current CLM can improve model predictability for better prediction of runoff that has a large impact on the surface water and energy balance crucial to climate variability and change studies.
The shape of land surface work as a cradle for various environmental processes and human activities. As spatially distributed process modelings become increasing important in current research communities, a classification system that delineates land surface into characteristic geomorphological units is a pre-requisite for sustainable land use planning and management. Existing classification systems are either morphometric or generic, which have limitations to characterize continuous ecological processes over the landscape. A new classification system was developed to delineate the land surface into different geomorphological units from Digital Elevation Models(DEMs). This model assumes that there are pedo-geomorphological units in which distinct sets of hydrological, pedological, and consequent ecological processes occur. The classification system first divides the whole landsurface into eight soil-landscape units. Possible energy and material nows over the land surface were interpreted using a continuity equation of mass flow along the hillslope, and subsequently implemented in terrain analysis procedures. The developed models were tested at a 12$\textrm{km}^2$ area in Yangpyeong-gun, Kyeongi-do, Korea. The method proposed effectively delineates land surface into distinct pedo-geomorphological units, which identify the geomorphological characteristics over a large area at a low cost. The delineated landscape units mal provide a basic information for natural resource survey and environmental modeling practices.
Ju Heon Kim;Gun-Hwan Yang;Hyun-Joon Sung;Jung Hyun Park;Eunkyo Seo
Atmosphere
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v.33
no.3
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pp.307-317
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2023
This study investigates the physical mechanisms that contributed to the 2022 European record-breaking heatwave throughout May-August (MJJA). The European climate has experienced surface warming and drying in the recent decade (1979~2022) which influences the development of the 2022 European heatwave. Since its spatial pattern resembles the 2003 European heatwave which is a well-known case developed by the strong coupling of near-surface conditions to land surface processes, the 2022 heatwave is compared with the 2003 case. Understanding heatwave development is carried out by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Reanalysis version 5 (ERA5) and daily maximum surface temperature released by NCEP (National Centers for Environmental Prediction) CPC (Climate Prediction Center). The results suggest that the persistent high pressure along with clear sky tends to increase the downward shortwave radiation which leads to enhanced sensible heat flux with the land surface dryness. Terrestrial Coupling Index (TCI), a process-based multivariate metric, is employed to quantitatively measure segmented feedback processes, separately for the land, atmosphere, and two-legged couplings, which appears to the development of the 2022 heatwave, can be viewed as an expression of the recent trends, amplified by internal land-atmosphere interactions.
Irregular temporal sampling is a common feature of geophysical and biological time series in remote sensing. This study proposes an on-line system for reconstructing observation image series contaminated by noises resulted from mechanical problems or sensing environmental condition. There is also a high likelihood that during the data acquisition periods the target site corresponding to any given pixel may be covered by fog or cloud, thereby resulting in bad or missing observation. The surface parameters associated with the land are usually dependent on the climate, and many physical processes that are displayed in the image sensed from the land then exhibit temporal variation with seasonal periodicity. A feedback system proposed in this study reconstructs a sequence of images remotely sensed from the land surface having the physical processes with seasonal periodicity. The harmonic model is used to track seasonal variation through time, and a Gibbs random field (GRF) is used to represent the spatial dependency of digital image processes. The experimental results of this simulation study show the potentiality of the proposed system to reconstruct the image series observed by imperfect sensing technology from the environment which are frequently influenced by bad weather. This study provides fundamental information on the elements of the proposed system for right usage in application.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.12
no.3
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pp.106-115
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2009
Knowledge about how to stabilize soil structure is essential to conserve soil systems and maintain various biogeochemical processes through soil. In urban area, soil structural systems are degraded with inappropriate management and land use and become vulnerable to erosion. We analyzed the structural changes of surface soils with different land uses, i.e., forests, parks, roadside green area, riparian area, and farmlands (soybean fields), in the Anyang Stream Watershed in order to find the factors influencing the stability of soil structure and the implication for better management of surface soil. Soil organic matter contents of other land use soils were only 18~52% of that in forest soils. Soil organic matter increased the stability of soil aggregates in the order of soybean fields < roadsides < riparian < parks < forests and also reduced soil bulk density (increased porosity). The lowest stability of soybean field soils was attributed to the often disturbance like tillage and it was considered that higher stability of park soils comparing to other land use soils except forests was owing to the covering of soil surface with grass. These results suggest that supply of soil organic matter and protection of soil surface with covering materials are very important to increase porosity and stability of soil structure.
The surface parameters associated with the land are usually dependent on the climate, and many physical processes that are displayed in the image sensed from the land then exhibit temporal variation with seasonal periodicity. An adaptive feedback system proposed in this study reconstructs a sequence of images remotely sensed from the land surface having the physical processes with seasonal periodicity. The harmonic model is used to track seasonal variation through time, and a Gibbs random field (GRF) is used to represent the spatial dependency of digital image processes. In this study, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) was computed for one week composites of the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) imagery over the Korean peninsula for 1996 and 2000 using a dynamic technique, and the adaptive reconstruction of harmonic model was then applied to the NDVI time series for tracking changes on the ground surface. The results show that the adaptive approach is potentially very effective for continuously monitoring changes on near-real time.
Proceedings of the National Institute of Ecology of the Republic of Korea
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v.1
no.1
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pp.58-67
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2020
Terrestrial ecosystems influence climate change via their climate regulation function, which is manifested within the carbon, water, and energy circulation between the atmosphere and surface. However, it has been challenging to quantify the climate regulation of terrestrial ecosystems and identify its regional distribution, which provides useful information for establishing regional climate-mitigation plans as well as facilitates better understanding of the interactions between the climate and land processes. In this study, a land surface model (LSM) that represents the land-atmosphere interactions and plant phenological variations was introduced to assess the contributions of terrestrial ecosystems to atmospheric warming or cooling effects over East Asia over the last half century. Three main climate-regulating components were simulated: net radiation flux, carbon exchange, and moisture flux at the surface. Then, the contribution of each component to the atmospheric warming or cooling (negative or positive feedback to the atmosphere, respectively) was investigated. The results showed that the terrestrial ecosystem over the Siberian region has shown a relatively large increase in positive feedback due to the enhancement of biogeochemical processes, indicating an offset effect to delay global warming. Meanwhile, the Gobi Desert shows different regional variations: increase in positive feedback in its southern part but increase in negative one in its eastern part, which implies the eastward movements of desert areas. As such, even though the LSM has limitations, this model approach to quantify the climate regulation is useful to extract the relevant characteristics in its spatio-temporal variations.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2005.10a
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pp.569-573
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2005
Land surface temperature(LST) is one of the key parameters in physics and meteorology of land-surface processes on regional and global scales. Urban Heat Island(UHI), a meteorological phenomenon by which the air temperature in an urban area increases beyond that in the suburbs, grows with the progress of urbanization. Satellite remote sensing has been expected to be effective for obtaining thermal information of the earth's surface with a high resolution. The main purpose of this study is to produce LST map of Cheongju and to analyze the spatial distributions of surface heat fluxes in urban areas. This study, taking Cheongju as the study area, aims to examine relationship between vegetation cover rates and surface temperature, and to clarify a method for calculation surface temperature with Landsat TM thermal images.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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