Evapotranspiration (ET) including evaporation from a land surface and transpiration from photosynthesis of vegetation is a hydrological factor that has an important role in water cycle. However, there is a limitation to understand it due to heterogeneity of land cover and vegetation. In this study, Mapping EvapoTRanspiration with Internalized Calibration (METRIC) model, one of the energy balance models, and MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) satellite based well-known Penman-Monteith algorithm were compared. Two ET maps were categorized and compared by land cover classification. The results represented overall applicability of the two models with the highest correlation coefficients in needleleaf and broadleaf forests. This study will be useful to estimate remote sensing based ET maps with high resolution and to figure out spatio-temporal variability and seasonal changes.
This physically-based hydrologic model is developed to calculate the soil-moisture balance on paddy fields. This model consists of three modules; the first is the unsaturated module, the second is the rice evapotranspiration module with SPAC(soil-plant-atmospheric-continuum), and the third is the groundwater and open channel flows based upon the interrehtionship module. The model simulates the hydrlogical processes of infiltration, soil water storage, deep perocolation or echarge to the shallow water table, transpiration and evaporation from the soil surface and also the interrelationship of the groundwater and river flow exchange. To verify the applicability of the developed model, it was applied to the Kimjae Plains, located in the center of the Dongjin river basin in Korea, during the most serious drought season of 1994. The result shows that the estimated water net requirement was 757mm and the water deficit was about 5.9% in this area in 1994. This model can easily evaluate the irrigated water quantity and visualize the common crop demands and soil moisture conditions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1B
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pp.29-36
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2011
Evapotranspiration (ET) from the various surfaces needs to be understood because it is a crucial hydrological factor to grasp interaction between the land surface and the atmosphere. A traditional way of estimating it, which is calculating it empirically using lysimeter and pan evaporation observations, has a limitation that the measurements represent only point values. However, these measurements cannot describe ET because it is easily affected by outer circumstances. Thus, remote sensing technology was applied to estimate spatial distribution of ET. In this study, we estimated major components of energy balance method (i.e. net radiation flux, soil heat flux, sensible heat flux, and latent heat flux) and ET as a map using Mapping Evapo-Transpiration with Internalized Calibration (METRIC) satellite-based image processing model. This model was run using Landsat imagery of Gyeongan watershed in Korea on Feb 1, 2003 and Sep 13, 2006. Basic statistical analyses were also conducted. The estimated mean daily ETs had respectively 22% and 11% of errors with pan evaporation data acquired from the Suwon Weather Station. This result represented similar distribution compared with previous studies and confirmed that the METRIC algorithm had high reliability in the watershed. In addition, ET distribution of each land use type was separately examined. As a result, it was identified that vegetation density had dominant impacts on distribution of ET. Seasonally, ET in a growing season represented significantly higher than in a dormant season due to more active transpiration. The ET maps will be useful to analyze how ET behaves along with the circumstantial conditions; land cover classification, vegetation density, elevation, topography.
The purpose of this study is to understand the characteristics of hourly PET(Potential Evapo Transpiration) variation estimated using Penman ET model. The estimated PET using Penman model was compared with measured ET. For this study, two subwatersheds were selected, and fluxes, meteorological data and soil moisture data were measured during the summer and winter days. During the winter days, the aerodynamic term of Penman ET is much greater than that of energy term of Penman ET for dry soil condition. The opposite phenomena appeared fer wet soil condition. During the summer days, energy term is much more important factor for ET estimation compared with aerodynamic term regardless of soil moisture condition. Penman ET, measured ET, and energy term show the similar hourly variation pattern mainly because the influence of net radiation on the estimation of Penman ET is much more significant compared with other variables. Even though there are much more soil moisture in the soil during the wet days, the estimated hourly ET from Penman model and measured hourly ET have smaller values compared with those of dry days, indicating the effect of cloudy weather condition.
A numerical model of three-dimensional soil water distribution for drip irrigation management under cropped conditions was developed using Richards equation in Cartesian coordinates. The model accounts for both seasonal and diurnal changes in evaporation and transpiration, and the growth of plant root and the shape of root zone. Solutions were numerically approximated using the Crank-Nicolson implicit finite difference technique on the block-centered grid system and the Gauss-Seidel elimination in tandem. The model was tested under several conditions to allow the flow rates and configurations of drip emitters vary. In general, simulation results agreed well with experimental results and were as follows. The velocity of soil-water flow decreased drastically with distance from the drip source, and the rate of expansion of the wetted zone decreased rapidly during irrigation. The wetting front of wetted zone from a surface drip emitter traveled farther in vertical direction than in horizontal direction. Under this experimental weather condition, water use efficiency of a drip-irrigated apple field was greatest for 4-drip-emitter system buried at 25 cm, resulting from 10% increase in transpiration but 20% reduction in soil evaporation compared to those for surface 1-drip emitter system. Soil moisture retention curve obtained using disk tension infiltrometer showed significant difference from the curve obtained with pressure plate extractor.
Kim, Won-Il;Jung, Goo-Bok;Lee, Jong-Sik;Kim, Jin-Ho;Shin, Joung-Du;Kim, Gun-Yeob;Huck, M.G.
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.38
no.4
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pp.222-229
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2005
A simplified one-dimensional model STELLA was used to predict soil water movement in lllinois corn fields using soil water balance sheets. It offered the potential to increase understanding of soil nitrate and agrochemical leaching process. The model accounted for aU possible annual inputs and outputs of water from a closed ecosystem as represented by corn fields. Water inputs included precipitation, while outputs included runoff, transpiration, evaporation and drainage. To run the model required daily inputs of two climatic data measurements such as daily precipitation and pan evaporation. Vertical water flow through the soil profile was calculated with first order equation including the difference in hydraulic conductivity and matric potential at the various soil types. The output results included daily changes of water content in the soil layers and daily amount of water losses including run-off, percolation, transpiration. This model was verified using Illinois corn field data for the soil water content measured by neutron scattering methods through 1992 to 1994 growing seasons. Approximately 22 to 78% of simulated water contents agreed with the measured values and their standard deviation, depending on soil types, whereas 30 to 70% of simulated water values agreed with the measured values and their standard deviations depending on soil layers.
Kim, Nam Won;Kim, Jitae;Chung, Il Moon;Lee, Jeongwoo
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.25
no.6
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pp.910-915
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2009
The ecohydrologic characteristics according to planting in riparian zone for the riparian restoration are analyzed in this research. The ecohydrologic components due to land use change in riparian zone from existing land cover to planted area such as pasture and wildrye are simulated in the test basin with the integrated SWAT-MODFLOW model. After analysis of change of the hydrologic properties such as surface flow, lateral flow, transpiration and soil water in riparian zone, it is revealed that soil water is one of the key factors and planting of wildrye can increase soil water in riparian zone. The simulation performance of the SWAT-MODFLOW model is validated in this study and it is expected that this model can be used to evaluate various riparian restoration scenarios.
Understanding the light environment in greenhouse cultivation and the light utilization characteristics of crops is important in the study of photosynthesis and transpiration. Also, as the plant grows, the form of light utilization changes. Therefore, this study aims to develop a light extinction coefficient model reflecting the plant growth. To measure the extinction coefficient, five pyranometers were installed vertically according to the height of the plant, and the light intensity by height was collected every second during the entire growing season. According to each growth stage in the early, middle, and late stages, the difference between the top and bottom light intensity tended to increase to 69%, 72%, and 81%. When leaf area index and plant height increased, the extinction coefficient decreased, and it showed an exponential decay relationship. Three-dimensional model reflecting the two growth indexes, the paraboloid had the lowest RMSE of 1.340 and the highest regression constant of 0.968. Through this study, it was possible to predict the more precise light extinction coefficient during the growing period of plants. Furthermore, it is judged that this can be utilized for predicting and analyzing photosynthesis and transpiration according to the plant height.
Leaf area index (LAI) is important in explaining the ability of crops to intercept solar energy for biomass production, amount of plant transpiration, and in understanding the impact of crop management practices on crop growth. This paper describes a procedure for estimating LAI as a function of image-derived vegetation indices from temporal series of RapidEye imagery obtained from 2010 to 2012 using empirical models in a rice plain in Seosan, Chungcheongnam-do. Rice plants were sampled every two weeks to investigate LAI, fresh and dry biomass from late May to early October. RapidEye images were taken from June to September every year and corrected geometrically and atmospherically to calculate normalized difference vegetation index (NDVI). Linear, exponential, and expolinear models were developed to relate temporal satellite NDVIs to measured LAI. The expolinear model provided more accurate results to predict LAI than linear or exponential models based on root mean square error. The LAI distribution was in strong agreement with the field measurements in terms of geographical variation and relative numerical values when RapidEye imagery was applied to expolinear model. The spatial trend of LAI corresponded with the variation in the vegetation growth condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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