[논문]우리나라 기준증발산량 추정을 위한 Hargreaves 공식의 계수 보정

황선아; 한경화; 장용선; 조희래; 옥정훈; 김동진; 김기선; 정강호

doi:10.5532/kjafm.2019.21.4.238

우리나라 기준증발산량 추정을 위한 Hargreaves 공식의 계수 보정
Calibration of Hargreaves Equation Coefficient for Estimating Reference Evapotranspiration in Korea 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.21 no.4, 2019년, pp.238 - 249

황선아 (농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료과) , 한경화 (농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료과) , 장용선 (농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료과) , 조희래 (농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료과) , 옥정훈 (농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료과) , 김동진 (농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료과) , 김기선 (농촌진흥청 국립농업과학원 토양비료과) , 정강호 (농촌진흥청 국립농업과학원 기획조정과)

초록
AI-Helper

기준증발산량은 기온, 풍속, 습도 등 기상요소를 바탕으로 추정하는 방법을 이용하고 있으며, Hargreaves 공식은 기온자료를 이용하여 기준증발산량을 산정할 수 있는 간단한 경험식이라 할 수 있다. 그러나 Hargreaves 공식은 풍속이 3 m s^-1 이상인 지역에서는 과소평가 되고, 상대습도가 높은 지역은 과대평가 되는 경향이 있다. 본 연구에서는 Hargreaves 공식을 우리나라에 적용하기 위해 보다 정확한 기준증발산량 추정이 가능하도록 계수 산정 연구를 수행하였다. 우리나라 종관기상관측지점(ASOS, Automated Synoptic Observing System)의 최근 11 년(2008-2018) 동안의 기상자료를 이용하여 Panman-Monteith 공식으로 기준증발산량을 추정하였고, 이 값을 기준으로 하여 각 지점별로 Hargreaves 공식의 계수를 보정하였다. 우리나라 82 개 지점에 대하여 지역별로 보정된 계수는 내륙지역이 50 개 지점이며, 0.00173~0.00232(평균0.00196)로 기본값인 0.0023 과 비슷하거나 낮게 산정되었다. 반면, 해안지역은 32 개 지점이며 지역별로 보정된 계수의 범위는 0.00185~0.00303(평균 0.00234)으로 동해안지역은 기본값과 비슷하거나 높게 산정된 반면, 서해안과 남해안지역은 지역별로 편차가 크게 나타났다. Hargreaves 공식의 계수를 보정하여 기준증발산량을 추정한 결과 RMSE(Root Mean Square Error)는 계수 보정 전 0.634~1.394(평균 0.857)에서 계수 보정 후 0.466~1.328(평균 0.701)로 낮아지고, NSC(Nash-Sutcliffe Coefficient)는 계수 보정 전 -0.159~0.837(평균 0.647)에서 계수 보정 후 -0.053~0.910(평균 0.755)로 높아짐에 따라 기준증발산량의 추정효율이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 연구 결과, Hargreaves 공식을 그대로 이용할 경우 Penman-Monteith 공식에 비해 과대 또는 과소 산정될 수 있음을 확인하였으며, 계수를 보정하여 이용할 경우 정확도가 높은 기준증발산량을 추정할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The evapotranspiration is estimated based on weather factors such as temperature, wind speed and humidity, and the Hargreaves equation is a simple equation for calculating evapotranspiration using temperature data. However, the Hargreaves equation tends to be underestimated in areas with wind speeds above 3 m s-1 and overestimated in areas with high relative humidity. The study was conducted to determine Hargreaves equation coefficient in 82 regions in Korea by comparing evapotranspiration determined by modified Hargreaves equation and the Penman-Monteith equation for the time period of 2008~2018. The modified Hargreaves coefficients for 50 inland areas were estimated to be 0.00173~0.00232(average 0.00196), which is similar to or lower than the default value 0.0023. On the other hand, there are 32 coastal areas, and the modified coefficients ranged from 0.00185 to 0.00303(average 0.00234). The east coastal area was estimated to be similar to or higher than the default value, while the west and south coastal areas showed large deviations by area. As results of estimating the evapotranspiration by the modified Hargreaves coefficient, root mean square error(RMSE) is reduced from 0.634~1.394(average 0.857) to 0.466~1.328(average 0.701), and Nash-Sutcliffe Coefficient(NSC) increased from -0.159~0.837(average 0.647) to -0.053~0.910(average 0.755) compared with original Hargreaves equation. Therefore, we confirmed that the Hargreaves equation can be overestimated or underestimated compared to the Penman-Monteith equation, and expected that it will be able to calculate the high accuracy evapotranspiration using the modified Hargreaves equation. This study will contribute to water resources planning, irrigation schedule, and environmental management.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Geographical characteristics of the Automated Synoptic Observing System(ASOS) used in this study
표 Table 2. Modified Hargreaves coefficient and accuracy assessment results for 50 inland areas in Korea
표 Table 3. Modified Hargreaves coefficient and accuracy assessment results for 32 coastal areas in Korea
그림 Fig. 1. Accuracy assessment for inland and coastal areas in Korea.
그림 Fig. 2. Estimation of annual evapotranspiration by Penman-Monteith and Hargreaves: (a) Jeonju, (b) Suwon, (c) Yoesu, (d) Chuncheon, (e) Daegwallyeong, and (f) Gangneung.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 우리나라 모든 종관기상관측지점(ASOS, Automated Synoptic Observing System) 중 11 년 (2008∼2018)동안의 기상자료를 이용할 수 있는 82 개 지점에 대하여 HG 공식의 계수를 보정하는 연구를 수행하였다. HG 공식은 온도의 영향을 많이 받는 추정식으로 기후변화에 따른 온도 상승 등을 고려하여 최근 10 년 이상의 자료를 활용하였다.

제안 방법

82 개 지점에 대해 최적화된 HG 공식의 보정 계수를 고려하여 기준증발산량을 산정한 후, PM 공식으로 산정된 기준증발산량과 비교하여 RMSE 와 NSC 를 제시하였으며, 기존 HG 공식으로 산정된 기준증발산량에 대하여 동일한 통계분석을 실시하였다. 또한 통계분석을 통한 정확도 평가 결과를 보다 쉽게 파악할 수 있도록 x 축에 RMSE 를, y 축에 NSC 를 나타낸 그림(Fig.
본 연구에서는 농업기후지대 분류에 따라 zone 1 은 전주, zone 2 는 수원, zone 3 은 여수, zone 4 는 춘천, zone 5 는 대관령, 그리고 zone 6 은 강릉을 대표지점으로 선정하였으며, 일 평균 기준증발산량을 계산한 후 다시 월 평균 기준증발산량을 계산하여 PM 공식과 보정전, 보정후 HG 공식으로 산정된 값을 비교하였다.

대상 데이터

1a)으로 기준증발산량을 추정하였다. 대상 지점 중 북창원과 양산시는 2009 년 1 월 7 일부터, 서귀포는 2008 년부터 2017 년까지 기상자료가 측정되어 해당자료를 활용하였으며, 본 연구의 연구 대상지점 현황은 Table 1 과 같다.
우리나라 종관기상관측지점(ASOS)에서 최고기온, 최저기온, 평균기온, 상대습도, 평균풍속, 일사량 또는 일조시간을 모두 측정하고 있는 82 개 지점을 대상으로 하여, 2008 년부터 2018 년까지 최근 11 년 동안의 기상자료를 활용하여 PM 공식(Eq. 1a)으로 기준증발산량을 추정하였다. 대상 지점 중 북창원과 양산시는 2009 년 1 월 7 일부터, 서귀포는 2008 년부터 2017 년까지 기상자료가 측정되어 해당자료를 활용하였으며, 본 연구의 연구 대상지점 현황은 Table 1 과 같다.

이론/모형

PM 공식으로 기준증발산량을 추정한 같은 지점에서 같은 기간의 기상자료를 이용하여 HG 공식(Eq. 2a and Eq. 2b)으로 기준증발산량을 산정하였다.

성능/효과

zone 3 과 6 에 해당하는 여수와 강릉의 경우 주로 해안지역으로, 기본값의 HG 공식으로 산정된 기준증발산량은 PM 공식으로 산정된 기준증발산량보다 과소 산정되고 있음을 확인할 수 있었다. 내륙지역에 비해 편차가 크긴 하지만, 보정계수를 이용한 HG 공식으로 산정된 기준증발산량이 기본값의 HG 공식보다 PM 식에 근접하고 있음을 알 수 있다.
HG 공식에 따른 전국 82 개 지점의 기준증발산량 추정값이 PM 공식의 기준증발산량과 차이가 최소가 되도록 HG 공식의 계수를 보정한 결과와 기본적인 통계분석 결과를 Table 2 와 3 에 나타내었다. 철원 등 내륙지역은 50 개 지점이며 0.00173∼0.00232(평균 0.00196)로 서울만 0.00232 로 기본값인 0.0023 보다 높게 산정되었고, 다른 지역은 비슷하거나 낮게 산정되었다. 반면, 속초 등 해안지역은 32 개 지점이며 0.
487)이었다. 최근 기상자료(2008-2018) 를 활용하여 내륙지역 15 개 지점과 해안지역 8 개 지점에서 기준증발산량을 추정한 결과는 Lee and Park (2008)의 결과보다 본 연구결과가 PM 공식의 기준증발산량과 오차가 적고 정확도가 높은 것으로 판단된다.

후속연구

이 결과로 미루어 보아 HG 공식은 지역특성을 고려하여 계수를 보정하여 이용할 경우 정확도가 높은 기준증발산량을 추정할 수 있을 것으로 판단되며, 우리나라의 수자원 관리, 농업용수 운용과 기후변화 영향 평가 등에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Hargreaves 공식이란?	기준증발산량은 기온, 풍속, 습도 등 기상요소를 바탕으로 추정하는 방법을 이용하고 있으며, Hargreaves 공식은 기온자료를 이용하여 기준증발산량을 산정할 수 있는 간단한 경험식이라 할 수 있다. 그러나 Hargreaves 공식은 풍속이 3 m s-1 이상인 지역에서는 과소평가 되고, 상대습도가 높은 지역은 과대평가 되는 경향이 있다.
	잠재증발산량이란?	증발산량은 효율적인 물 관리와 수문기상학적 특성을 파악하는 과정에서 중요한 인자이며, 이상적인 조건에서 추정된 잠재증발산량과 기준증발산량으로 구분할 수 있다(Lee and Park, 2008; Yoon and Choi, 2018). 잠재증발산량은 주어진 기상 및 지형조건에서 발생할 수 있는 증발산량의 최대값을 의미하며, 기준 증발산량은 충분한 물의 공급이 있을 경우에 기준작물 (알파파 또는 잔디)에 의한 증발산량이다(Moon et al., 2013).
	FAO Penman-Monteith공식의 단점은?	, 2013). 그런데 PM 공식으로 기준증발산량을 추정하려면 기온, 상대습도, 풍속, 일사량 등 많은 기상자료가 필요하나, 이러한 기상자료를 모두 관측하는 기상관측소는 매우 제한적이다(Moon et al., 2013; Seo et al.

참고문헌 (30)

Allen, R. G., M. Smith, A. Perrier, and L. S. Pereira, 1994: An update for the definition of the reference evapotranspiration. ICID Bulletin, New Delhi 43(2), 1-34.
Allen, R. G., L. S. Pereira, D. Raes, and M. Smith, 1998: Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop requirement. Irrigation and Drainage Paper 56. United Nations-Food and Agriculture Organization(FAO), Rome 300(9), D05109.
Choi, D. H., and S. H. Yun, 1989: Agroclimatic zone and characters of the area subject to climatic disaster in Korea. Journal of Korean Society of Crop Science 34(2), 12-33.
Cordova, M., G. Carrillo-Rojas, P. Crespo, B. Wilcox, and R. Celleri, 2015: Evaluation of the Penman-Monteith(FAO 56 PM) method for calculating reference evapotranspiration using limited data. Mountain Research and Development 35(3), 230-239.

상세보기
Droogers, P., and R. G. Allen, 2002: Estimating reference evapotranspiration under inaccurate data conditions. Irrigation and Drainage Systems 16, 33-45.

상세보기
Gavilan, P., I. J. Lorite, S. Tornero, and J. Berengena, 2006: Regional calibration of Hargreaves equation for estimating reference ET in a semiarid environment. Agricultural Water Management 81(3), 257-281.

상세보기
Grismer, M. E., M. Orang, R. Snyder, and R. Matyac, 2002: Pan Evaporation to reference evapotranspiration conversion methods. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 128(3), 180-184.

상세보기
Hargreaves, G. H., and R. G. Allen, 2003: History and evaluation of Hargreaves evapotranspiration equation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 129(1), 53-63.

상세보기
Hargreaves, G. H., and Z. A. Samani, 1985: Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture 1(2), 96-99.

상세보기
Hargreaves, G. L., G. H. Hargreaves, and J. P. Riley, 1985: Irrigation water requirements for Senegal River basin. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 111(3), 265-275.

상세보기
Hong, K. O., M. S. Suh, D. K. Rha, D. H. Chang, C. S. Kim, and M. K. Kim, 2007: Estimation of high resolution gridded temperature using GIS and PRISM. Journal of Korean Meteorological Society 17(3), 255-268.
Irmak, S., R. G. Allen, and E. B. Whitty, 2003: Daily grass and alfalfa-reference-evapotranspiration calculations as part of the ASCE standardization effort. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 129(5), 360-370.

상세보기
Jensen, M. E., R. D. Burman, and R. G. Allen, 1990: Evapotranspiration and irrigation water requirements. ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice 70, 360pp.
Kim, S. J., M. I. Kim, C. H. Lim, W. K. Lee, and B. J. Kim, 2017: Applicability analysis of FAO 56 Penman-Monteith methodology for estimating potential evapotranspiration in Andong dam watershed using limited meteorological data. Journal of Climate Chang Research 8(2), 125-143.
Kim, Y., K. M. Shim, M. P. Jung, I. T. Choi, and K. K. Kang, 2016: Classification of agroclimatic zones considering the topography characteristics in South Korea. Journal of Climate Change Research 7(4), 507-512.
Lee, K. H., and J. H. Park, 2008: Calibration of the Hargreaves equation for the reference evapotranspiration estimation on a nation-wide scale. Journal of the Korean Society of Civil Engineers 28(6B), 675-681.
Lee, K. H., H. Y. Cho, and N. S. Oh, 2008: Calibration and validation of the Hargreaves equation for the reference evapotranspiration estimation in Gyeonggi bay watershed. Journal of Korea Water Resources Association 41(4), 413-422.

원문보기 상세보기
Moon, J. W., C. G. Jung, and D. R. Lee, 2013: Parameter regionalization of Hargreaves equation based on climatological characteristics in Korea. Journal of Korea Water Resources Association 46(9), 933-946.

원문보기 상세보기
Nash, J. E., and J. V. Sutcliffe, 1970: River flow forecasting through conceptual models, I: A discussion of principles. Journal of Hydrology 10, 282-287.

상세보기
Oh, N. S., and K. H. Lee, 2004: Calculation of evapotranspiration based on daily temperature. Journal of Korea Water Resources Association 37(6), 479-485.

원문보기 상세보기
Oh, N. S., K. H. Lee, and Y. C. Ko, 2002: Capability of evapotranspiration estimation with short field data. Journal of the Korean Society of Civil Engineers 22(6B), 795-801.
Pereira, A. R., 2004: The Priestly-Taylor parameter and the decoupling factor for estimating reference evapotranspiration. Agricultural and Forest Meteorology 125, 305-313.

상세보기
Rim, C. S., 2008: Comparison of evapotranspiration estimation approaches considering grass reference crop. Journal of Korea Water Resources Association 41(2), 212-228.

원문보기 상세보기
Samani, Z., 2000: Estimating solar radiation and evapotranspiration using minimum climatological data. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 126(4), 265-267.

상세보기
Seo, Y., S. Lim, S. Heo, B. Yoon, S. Hong, Y. Park, and D. Hong, 2019: Modification of Hargreaves equation coefficient to estimate reference evapotranspiration in Gangwondo. Korean Journal of Soil Science and Fertilizer 52(1), 1-10.
Shim, K. M., J. T. Lee, Y. S. Lee, and G. Y. Kim, 2004: Reclassification of winter barley cultivation zones in Korea based on recent evidences in climate change. Journal of Korean Agricultural and Forest Meteorology 6(4), 218-234.
Temesgen, B., R. G. Allen, and D. T. Jensen, 1999: Adjusting temperature parameters to reflect well-watered conditions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 125(1), 26-33.

상세보기
Todorovic, M., B. Karic, and L. S. Pereira, 2013: Reference evapotranspiration estimate with limited weather data across a range of Mediterranean climates. Journal of Hydrology 481, 166-176.

상세보기
Vanderlinden, K., J. V. Giraldez, and M. V. Meirvenne, 2004: Assessing reference evapotranspiration by the Hargreaves method in Southern Spain. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 130(3), 184-191.

상세보기
Yoon, P. R., and J. Y. Choi, 2018: Assessment of reference evapotranspiration equations for missing and estimated weather data. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers 60(3), 15-25.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증