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Noah Multi Physics 모델과 CERES-Rice 모델의 작물 생육 및 증발산 모의 비교
Comparison of Crop Growth and Evapotranspiration Simulations between Noah Multi Physics Model and CERES-Rice Model 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.15 no.4, 2013년, pp.282 - 290  

김광수 (서울대학교 농업생명과학대학) ,  강민석 ((재)국가농림기상센터) ,  정하늘 (서울대학교 농업생명과학대학) ,  김준 (서울대학교 농업생명과학대학)

초록
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대기와 지표면을 구성하고 있는 토양 및 식생은 생물리학적/생지화학적인 과정을 통해 서로 상호작용을 한다. 이러한 과정을 모의하기 위해 지표모델과 작물 생육모델이 사용되고 있다. 지표모델인 Noah MP 모델과 작물생육모델인 CERES-Rice 모델을 비교하기 위해 해남 플럭스 관측소 인근 지역에서 작물의 생육과 증발산량을 모의하였다. 플럭스 관측자료가 수집된 2003년부터 2012년까지 해남 플럭스 관측소의 주요 식생인 벼를 대상으로 생육과 증발산량을 모의되었다. Noah MP 모델은 단순한 식생 모의 과정으로 인해 개화기를 전후로 하는 벼의 LAI 변화양상을 정확하게 반영하지 못하였다. 벼의 생체중 예측에 있어서도 실제 관측될 수 있는 생체중보다 대략 10분의 1 수준에 해당하는 생체중이 모의되었다. 증발산량 모의의 경우에도, CERES-Rice 모델의 모의값보다 약 21%에 해당하는 증발산량을 모의하였다. 반면, CERES-Rice 모델의 경우 LAI의 변화와 생체중 모의 값은 실제의 벼 생육 양상과 유사할 것으로 추정되었다. 또한, 증발산량의 경우에도 해남 플럭스 관측소에서 측정된 값과 비교하였을 때 Noah-MP모델의 모의값이 CERES-Rice 모델의 모의값에 비해 RMSE 값이 1.8배 높았다. Noah MP 모델이 보이는 높은 오차값들은 Noah MP모델이 논의 지표상태를 적절히 반영하지 못하였기 때문으로 사료되었고, 특히 과소추정된 생체중을 보정하여 증발산량을 예측할 경우 오차를 30%까지 줄일 수 있을 것으로 보인다. 따라서, Noah MP 모델에 논에서의 지표 특성을 반영할 수 있다면 보다 정확한 물질순환과 에너지 교환을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Biophysical and biochemical processes through which crops interact with the atmosphere have been simulated using land surface models and crop growth models. The Noah Multi Physics (MP) model and the CERES-Rice model, which are a land surface model, and a crop growth model, respectively, were used to...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나, 국내에서는 지표모델과 작물모델을 통합하기 위한 시도뿐만 아니라 작물모델과 지표모델 사이의 차이점 분석을 위한 연구조차 미흡하다. 본 연구에서는 논 중심의 농경지를 대상으로 지표모델과 작물모델의 작물 생육 및 증발산 모의결과들을 비교하고 이들 간의 차이점 분석을 통해 지표모델과 작물모델의 장점을 활용하여 지표와 대기 사이의 물질과 에너지 교환 과정을 개선하기 위한 요소들을 탐색하였다.

가설 설정

  • 89g m−2로 설정되었다. 줄기와 뿌리의 초기값의 경우 잎의 생체중의 1/2과 지상부 생체중의 1/10인 것으로 가정하여 설정되었다. 제어적분 없이 사용되는 CERES-Rice 모델은 매년 동일한 초기값을 이용하여 작물 생육 모의를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Noah 모델의 특징은 무엇인가? 대개의 경우, 지표면의 복잡한 특성을 모두 반영할 수 없기 때문에 특정 대표 식생을 바탕으로 대기와 지표 사이의 수분과 이산화탄소의 교환을 모의하는 지표모델들이 사용되어 왔다. 예를 들어, 최근에 널리 사용되고 있는 지표모델 중의 하나인 Noah 모델은 U.S. Geological Survey(USGS)에서 제작한 전구 지표 피복 자료에서 사용된 24개의 식생종류를 대상으로 지표면과 대기의 물질순환 및 에너지 교환을 모의한다(Loveland et al., 2000).
작물모델이 지표와 대기간의 상호작용을 모의하기 어려운 이유는 무엇인가? 또한, 작물모델은 한 지점을 대상으로 사용할 수 있도록 설계되어 왔기 때문에, 일정 지역에서 각기 다른 조건에서 작물 모델을 활용하기에는 어려운 단점이 있다. 또한, 지표의 물질순환 및 에너지 교환 과정에 대한 모의과정이 단순화 되어 있어 지표와 대기간의 상호작용을 모의하기 어렵다.
지표모델의 한계점은 무엇인가? 지표모델은 지면의 식생을 단순화 하기 때문에 농경지에서 재배되고 있는 농작물의 생육양상을 모의하기에는 한계가 있다. 지표모델은 재배되고 있는 작물을 C3와 C4 작물로 단순화하거나 농경지라는 일반적인식생 분류체계를 활용하여 지표면의 에너지 및 물질 플럭스를 모의한다.
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참고문헌 (18)

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  9. Kwon, H., J. Kim, and J. Hong, 2010: Influence of the asian monsoon on net ecosystem carbon exchange in two major plant functional types in Korea. Biogeosciences 7, 1493-1504. 

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  16. Timsina, J., and E. Humphreys, 2006: Performance of CERES-Rice and CERES-Wheat models in rice-wheat systems: A review. Agricultural Systems 90, 5-31. 

  17. Van den Hoof, C., E. Hanert, and P. L. Vidale, 2011: Simulating dynamic crop growth with an adapted land surface model-JULES-SUCROS: Model development and validation. Agricultural and Forest Meteorology 151(2), 137-153. 

  18. Yang, J., and J. Zhang, 2010: Crop management techniques to enhance harvest index in rice. Journal of Experimental Botany 61, 3177-3189. 

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