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          연주기(年週期) Fourier 함수(函數)와 기상요소(氣象要素)에 의(依)한 지온예측(地溫豫測) 통계(統計) 모형(模型)

          영상,이변우,김병찬,이양수,엄기태,Jung, Yeong-Sang,Lee, Byun-Woo,Kim, Byung-Chang,Lee, Yang-Soo,Um, Ki-Tae 한국토양비료학회 1990 한국토양비료학회지 Vol.23 No.2

          토양(土壤)의 깊이별 지온(地溫)을 예측(豫測)하기 위한 통계모형(統計模型)을 설정(設定)하기 위하여 1979년(年)부더 1988년(年)까지 중앙기상태(中央氣象台) 수원측후소(水原測候所)에서 관측(觀測)된 지온자료(地溫資料)와 평균최고(平均最高), 최저(最低), 기온(氣溫), 강수량(降水量), 풍속(風速) 및 최심적설량등(最深積雪量等) 기상자료(氣象資料)에 대(對)한 통계분석(統計分析)을 하였다. 통계분석(統計分析)은 지온(地溫)을 Fourier 급수(級數)에 의한 년주기함수(年週期函數)와 년주기함수(年週期函數)에서의 잔차(殘差)는 대기(大氣)의 기상조건(氣象條件)의 변화(變化)에서 오는 노이지(nuise)로 보고 이에 대한 상관분석(相關分析)을 stepwise backward elimination법(法)에 의하여 각(各) 계수(係數)를 찾는 방법(方法)으로 하였다. 깊이별(別) 지온(地溫)의 년주기함수(年週期函水)로 Fourier급수(級數)의 8항(項)을 사용(使用)하였을 때 지면온도(地面溫度)의 평균평방오차(平均平方誤差)가 2.30, 토심(土深) 50 cm에서 1.13, 500 cm에서 0.42로 토심(土深)이 깊을수록 작아졌고, $r^2$는 0.913~0.988이었다. 주기함수분석(週期函數分析)에서 잔차(殘差)에 대한 독립변수(獨立變數)로서 평균(平均), 최고(最高), 최저기온(最低氣溫), 강수량(降水量), 최심적설(最深積雪) 및 풍속등(風速等) 기상요소(氣象要素)와의 상관분석(相關分析)을 위한 지연일수검출(遲延日數檢出)에 따르면, 기온(氣溫)은 토탐(土深) 0 cm와 5 cm에 대하여 0일(日), 30 cm까지는 -1일(日), 50 cm에서는 -2일(日)이었다. 강수량(降水量)의 지연일수(遲延日數)는 30 cm까지 -1일(日), 50 cm에서 -2일(日), 최심적설(最深積雪)과 풍속(風速)은 10 cm까지가 -1일(日), 30 cm까지 -2일(日), 50 cm에서는 -3일(日)이었다. 지연일수(遲延日數)를 고려(考慮)한 잔차분석(殘差分析)에 의한 지온예측(地溫豫測) 통계모형(統計模型)의 평균평방오차(平均平方誤差)는 토심(土深) 0 cm에서 1.64, 50 cm에서 0.97로 주기함수(週期函數)의 평균평방오차(平均平方誤差)보다 작아졌으며, $r^2$값은 높아져 통계모형(統計模型)의 정도(精度)가 높아졌다. 계수(係數)의 크기로 보아 년주기함수(年週期函數)에 독립적(獨立的)인 대기(大氣) 기상요소(氣象要素)가 지온(地溫)의 결정(決定)에 크게 영향(影響)을 주는 깊이는 30 cm이며, 기온(氣溫)은 50 cm깊이까지도 영향(影響)을 주는 것으로 나타났다. 이 통계모형(統計模型)의 검정결과(檢定結果) $r^2$값이 0.976~0.996으로 예측치(豫測値)와 실측치간(實測値間)에 고도(高度)의 유의성(有意性)이 있어 실용성(實用性)이 있었다. 한편, 토양표면(土壤表面)의 최고지온(最高地溫)과 최고기온(最高氣溫)의 차(差)(${\Delta}T_{ms}$)를 옥수수포장(圃場)에서 조사(調査)한 결과(結果), ${\Delta}T_{ms}$와 일사량(日射量)($R_s;J_m{^{-2}}$)과 직선적(直線的)인 관계(關係)로 엽면적지수(葉面積指數)가 그 이하(以下) 일 때에는 $${\Delta}T_{ms}=0.902+1.924{\times}10^{-3}R_s $$엽면적지수(葉面積指數)가 그 이상(以上)일 때에는 $${\Delta}T_{ms}=0.274+8.881{\times}10^{-4}R_s$$ 의 관계(關係)가 있었다. A statistical model to predict soil temperature from the ambient meteorological factors including mean, maximum and minimum air temperatures, precipitation, wind speed and snow depth combined with Fourier time series expansion was developed with the data measured at the Suwon Meteorolical Service from 1979 to 1988. The stepwise elimination technique was used for statistical analysis. For the yearly oscillation model for soil temperature with 8 terms of Fourier expansion, the mean square error was decreased with soil depth showing 2.30 for the surface temperature, and 1.34-0.42 for 5 to 500-cm soil temperatures. The $r^2$ ranged from 0.913 to 0.988. The number of lag days of air temperature by remainder analysis was 0 day for the soil surface temperature, -1 day for 5 to 30-cm soil temperature, and -2 days for 50-cm soil temperature. The number of lag days for precipitaion, snow depth and wind speed was -1 day for the 0 to 10-cm soil temperatures, and -2 to -3 days for the 30 to 50-cm soil teperatures. For the statistical soil temperature prediction model combined with the yearly oscillation terms and meteorological factors as remainder terms considering the lag days obtained above, the mean square error was 1.64 for the soil surfac temperature, and ranged 1.34-0.42 for 5 to 500cm soil temperatures. The model test with 1978 data independent to model development resulted in good agreement with $r^2$ ranged 0.976 to 0.996. The magnitudes of coeffcicients implied that the soil depth where daily meteorological variables night affect soil temperature was 30 to 50 cm. In the models, solar radiation was not included as a independent variable ; however, in a seperated analysis on relationship between the difference(${\Delta}Tmxs$) of the maximum soil temperature and the maximum air temperature and solar radiation(Rs ; $J\;m^{-2}$) under a corn canopy showed linear relationship as $${\Delta}Tmxs=0.902+1.924{\times}10^{-3}$$ Rs for leaf area index lower than 2 $${\Delta}Tmxs=0.274+8.881{\times}10^{-4}$$ Rs for leaf area index higher than 2.

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          Numerical Simulation of Water Uptake of Soybean Field

          영상,Jung, Yeong-Sang 한국토양비료학회 1981 한국토양비료학회지 Vol.14 No.1

          Ohm의 법측(法測)을 이용(利用)한 물 이동(移動) 방정식(方程式)의 해(解)를 수치해석법(數値解析法)으로 구(求)하여 대두(大豆)의 물 소모양상(消耗樣相)을 추정(推定)하여 실측자료(實測資料)와 비교(比較)하였다. 본(本) 모형(模型)은 고속전산기(高速電算器)를 사용(使用)하기 위(爲)하여 FOPTRAN으로 쓰여졌으며 모형(模型)의 검정(檢定)은 미(美) Iowa 주서부농업시험장(洲西部農業試驗場)에서 얻어진 자료(資料)를 사용(使用)하여 시도(試圖)되었다. 모형검정치(模型檢定値)와 실측치간(實測値間)에 잘 맞는 경향(傾向)이었으나 다소(多少)의 오차(誤差)가 시기적(時期的)으로 인정(認定)되었다. 계산(計算)된 토양증발량(土壤蒸發量)은 작물생육초기(作物生育初期)에는 약(約) 2mm/day이었으나 후기(後期)에는 0.4mm/day로 감소(減少)하였으며, 한발기(旱魃期)에 0.1mm/day까지 감소(減少)되었다. 증발량(蒸發量)은 최대(最大) 5mm/day이었다. 토심(土深) 180cm와 210cm 층위(層位)에서 이루어지는 지하배수량(地下排水量)은 약(約) 0.2mm/day이었고, 후기(後期)에는 역전되어 모관상승(毛管上昇)을 보였으며 이 양(量)은 약 0.07mm/day로 근계(根系)의 물 소모량(消耗量)을 충족(充足)시키지는 못하였다. 따라서 심토(深土)의 물 이용(利用)을 위(爲)해서는 근계(根系)의 확장(擴張)이 더 중요(重要)하다. A mathematical model based on the water flow equation was developed with the Ohm's analogy and the partial differential equations. Simulation of water uptake was performed by numerically solving the equations with the aid of a differential equation solver, DGEAR in IMSL package, in FORTRAN version. The input data necessary were climatological parameters (temperature, solar radiation, humidity and wind speed). plant parametors (leaf water potential, leaf area, root conductivity and root length density) and soil parameters (hydraulic conductivity and The graphical comparison of the simulated and measured water contents as the functions of time showed good agreement, but there still was some disparity due to possible inacouracy of the field measured parameters. The simulated soil evaporation showed about 2 mm/day early in the growing period and dropped to about 0.4 mm/day as the full canopy developed and the soil water depleted. During the dry period, soil evaporation was as low as 0.1 mm/day. The transpiration was as high as 5mm/day. Deep percolation calculated from the flux between the 180-cm layer was about 0.2mm/day and became smaller with time. After the soil water of upper layers depleted, the flux reversed showing capillary rise. The rate of the capillary rise reached about 0.07mm/day, which was too low to satisfy water uptake of the root system. Therefore, to increase use of water in deep soil, expansion of the root system is necessary.

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          One Dimensional Heat Flow Equation Incorporated with the Vertical Water Flow in Paddy Soils I. An Analytical Solution and It's Application to Tow Different Paddy Soils with Different Percolation Rates

          영상,김리열,임정남,Jung, Yeong-Sang,Kim, Lee-Yul,Im, Jeong-Nam 한국토양비료학회 1982 한국토양비료학회지 Vol.14 No.4

          담수(湛水)된 논 토양(土壤)에서 열전달(熱傳達)은 전도(傳導)에 의(依)한 과정(過程)과 물 이동(移動)에 의(依)한 과정(過程)이 복합(複合)되어 있다. 이 열전달(熱傳達) 과정(過程)을 방정식(方程式)으로 나타내고 그 분석해(分析解)를 구(求)하였다. 분석해(分析解)는 1) 온도(溫度)의 일교차(日較差)(또는 연교차(年較差))는 Sine 함수식(含數式)에 따르며 2) 무한(無限)한 깊이에서의 온도(溫度)는 변(變)하지 않고 3) 일정(一定) 깊이에서의 수온(水溫)과 지온(地溫)은 동일(同一)하다는 가정하(假定下)에서 이루어졌다. 토양(土壤)의 열보유능(熱保有能), 용적밀도(容積密度), 공극율(孔隙率)과 투수속도(透水速度) 및 두지점(地點)에서의 최고(最高) 최저온도(最低溫度)를 알면 본해(本解)를 이용(利用)하여 토양(土壤)의 열광산계수 D; Thermal Diffusity, $cm^2/hr$)를 계산(計算)할 수 있다. 본(本) 연구(硏究)에서 얻어진 열광산 계수(係數)는 투수계수(透水係數)가 0.88cm/day인 양토(壤土)에서 $9.5cm^2/hr$, 투수계수(透水係數)가 2.64cm/day인 사양토(砂壤土)에서 $13.9cm^2/hr$이었다. To describe a mathematical heat transfer model in saturated paddy soils, an analytical solution of the heat flow equation incorporated with the heat transfer by mass flow of water was obtained under the assumptions: 1) the diurnal (or annual) changes in temperature at a depth follow harmonic curves, 2) the temperature at the infinite depth be constant and 3) the temperatures of soil and water at the one depth be identical. The calculation of thermal diffusivities of the soil is possible with the known values of the physical parameters of each component in the soil matrix (heat capacity, density and porosity), percolation rate and the minimum and maximum temperatures at two different depths. The calculated thermal diffusivities using the solution were $9.5cm^2/hr$ for the loam soil with the percolation rate of 0.88cm/day and $13.9cm^2/hr$ for the sandy loam soil with the percolation rate of 2.64 cm/day.

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          토양(土壤) 수분(水分)의 상태(狀態)가 대두(大豆)의 생육(生育) 및 근계발달(根系發達) 특성(特性)과 P, K 흡수(吸收)에 미치는 영향(影響)

          영상,임형식,하상건,한성,Jung, Yeong-Sang,Lim, Hyung-Sik,Ha, Sang-Geun,Han, Seong 한국토양비료학회 1992 한국토양비료학회지 Vol.25 No.1

          토양수분(土壤水分)의 상태(狀態)가 콩의 지하부(地上部) 및 뿌리의 생육(生育)과 P, K흡수(吸收)에 미치는 영향(影響)을 알아보기 위하여 강수(降水)가 차단(遮斷)된 비닐하우스 내(內)에서 지하수위(地下水位)를 20cm, 40cm 그리고 60cm로 조절(調節)된 상태(狀態)의 mini-rhyzotron에서 팔달콩을 재배(栽培)하였다. 이와 비교(比較)하기 위하여 1/2000a Wagner 포트에서 단장용수량(團場容水量)으로 유지(維持)된 적습상태(適濕狀態)와 유효수분(有效水分)의 80%가 소모(消耗)되어 토양수분(土壤水分)이 부족(不足)한 상태(狀態)를 비교(比較)하였다. 각 포트에 발아(發芽)된 콩을 심어 세 개씩의 개체(個體)를 재배(栽培)하여 재배(栽培) 37일(日) 째와 수확기(收穫期)에 식물체(植物體)의 지상부(地上部) 및 뿌리를 채취(採取)하여 분석(分析)하였다. 지상부(地上部) 및 뿌리의 생육(生育)은 토양수분(土壤水分)이 부족(不足)한 처리(處理)와 지하수위(地下水位)가 20cm로 높아 과습상태(過濕狀態)가 유지(維持)된 처리(處理)에서 제한(制限)되었다. 적습유지(適濕維持) 처리(處理)와 지하수위(地下水位) 및 60cm 유지(維持) 처리(處理) 간(間)에는 큰 차이(差異)가 없었다. 생육초기(生育初期)에 식물체(植物體) 지상부(地上部)의 P 및 K의 함량(含量)은 토양수분(土壤水分)이 부족(不足)한 처리(處理)에서 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서보다 높았으며, 후기(後期)에는 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서 높았다. 전체(全體) 흡수량(吸水量)은 건물중(乾物重)이 많은 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서 많았다. 뿌리의 건물중(乾物重)과 길이는 지상부(地上部)보다 더 크게 영향(影響)을 받았다. 토양수분(土壤水分)의 상태(狀態)의 차이(差異)에 의하여 뿌리의 형태해부학적(形態解副學的) 차이(差異)가 있음이 관찰(觀察)되었다. 적습유지(適濕維持) 처리(處理)에서는 정상적(正常的)인 치밀(緻密)한 cortex조직(組織)이 발달(發達)되었으나, 지하수위(地下水位)가 높아 토양수분(土壤水分)이 과다(過多)한 상태(狀態)에서 생육(生育)한 뿌리에서는 비정상적(非正常的)인 cortex조직(組織)에 aerenchyma가 형성(形成)되었다. Aerenchma는 내초(內梢)의 분열조직(分裂組織) 부근을 중심(中心)으로 형성(形成)되었다. 이 시험조건(試驗條件)에서 발견(發見)된 콩의 뿌리에서 aerenchyuma의 형성(形成)은 과다(過多)한 토양수분(土壤水分) 조건(條件)에 대한 콩 식물체(植物體)의 적응성(適應性)의 하나로 판단(判斷)되며, 우리나라에서 논뚝과 같이 토양수분(土壤水分)이 과다(過多)한 조건(條件)에서 콩의 재배(栽培)가 가능(可能)한 이유(理由) 중(中)의 하나로 보아진다. An experiment was conducted to find out effect of soil water condition on shoot and root growth and P, K uptake by soybean plants. Soybean plants were grown under different soil water table levels, 20cm, 40cm and 60cm below the soil surface using minirhizotron with 20cm in diameter, and well irrigated and water stressed conditions using 1/2000a Waganer pots. Three soybean plants, Paldal culfivar, were grown and sampled at the early growing period, 37 days after planting, and at the harvesing period, 115 days after planting. Shoot and root growth were restricted by water stresed condition and by excessive soil water condition with the 20cm water table. Little difference in shoot and root growth were found between well irrigated condition and 40cm or 60cm water table conditions. The P and K contents in shoot under water stressed condition were higher than well irrigated condition at the early growing period but reversed at later harvesting period. The dry weight and length of roots were more severely restricted by water stress than those of shoots. Root morphological difference was found by anatomical observation. Normal cortex was developed under the well irrigated condition, while abnormal cortex with aerenchyma formed by lysis under excessive water conditions of 20 or 40cm water talbes. Aerenchyma was formed at outer skirt of pericycle. Role of formation of aerenchyma of soybean roots might be an adaptation to excessive soil water condition and possibly related to survival of soybean roots growing under near flooding condition on dikes of paddy lands.

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