과학기술정책 정보분석을 위한 시각화 시스템에 관한 연구

전승수(Seungsu Jun),조성식(Sungsik Cho) 한국정보과학회 2014 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2014 No.6

수액류 측정 데이터베이스: 그래니어(Granier) 센서 열손실탐침법(Heat Dissipation Method)과 열파동법(Heat Pulse Method)을 이용한 수액류 측정

이민수 ( Minsu Lee ),박주한 ( Juhan Park ),조성식 ( Sungsik Cho ),문민규 ( Minkyu Moon ),류다운 ( Daun Ryu ),이훈택 ( Hoontaek Lee ),이호진 ( Hojin Lee ),김수경 ( Sookyung Kim ),김태경 ( Taekyung Kim ),변시연 ( Siyeon Byeon ),전지현 한국농림기상학회 2020 한국농림기상학회지 Vol.22 No.4

증산은 물이 기공을 통해 대기 중으로 이동하는 과정으로, 지표면의 물은 상당부분 증산을 통해 대기 중으로 이동한다. 에디공분산, 수분 수지 측정법 등의 증산량을 측정하는 방법이 있지만, 수종 및 임분의 구성 요소별 증산량의 차이를 비교하기 위해서는 개체목 증산량 측정이 필요하다. 개체목 증산량을 측정하기 위해 수액의 온도차를 이용한 수액류 측정법을 가장 널리 이용하고 있지만, 넓은 범위의 지역을 장기간 조사하기에 한계가 있다. 따라서 큰 공간적 규모에 대해 수액류 및 증산량에 대한 연구를 하기 위해서는 각 지역별로 측정한 데이터의 공유가 필요하다. 본 연구팀은 태화산 학술림에서 열손실탐침법을 이용하여 2011년부터 잣나무(Pinus koraiensis) 18본, 2013년부터 갈참나무(Quercus aliena) 16본을 대상으로 수액류를 측정하고 있으며, 광릉수목원에서도 열손실탐침법을 이용하여, 2013년부터 전나무(Abies holophylla) 18본, 졸참나무(Quercus serrata) 7본, 서어나무(Carpinus laxiflora) 3본, 까치박달(Carpinus cordata) 3본을 대상으로 수액류를 측정하고 있다. 구례 지리산 조사지에서는 열 파동법으로 2018년부터 산벚나무(Prunus sargentii), 낙엽송(Larix kaempferii), 2019년에는 추가로 상수리나무(Quercus accutisima), 소나무(Pinus densiflora), 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla)를 대상으로 수액류를 측정하였으며, 2020년에는 편백(Chamecypans obtuse), 잣나무(P. koraiensis), 자작나무(Betulla platyphylla), 전나무(A. holophylla), 곰솔(Pinus thrunbergii)을 대상으로 수액류를 측정하고 있다. 우리나라 산림의 수액류 데이터를 더욱 활발하게 공유하여 국내 산림생태계에서 개체목과 임분의 수액류와 증산의 환경민감성 등 다양한 연구에 기여할 것으로 기대한다. Transpiration is the movement of water into the atmosphere through leaf stomata of plant, and it accounts for more than half of evapotranspiration from the land surface. The measurements of transpiration could be conducted in various ways including eddy covariance and water balance method etc. However, the transpiration measurements of individual trees are necessary to quantify and compare the water use of each species and individual component within stands. For the measurement of the transpiration by individual tree, the thermometric methods such as heat dissipation and heat pulse methods are widely used. However, it is difficult and labor consuming to maintain the transpiration measurements of individual trees in a wide range area and especially for long-term experiment. Therefore, the sharing of sapflow data through database should be useful to promote the studies on transpiration and water balance for large spatial scale. In this paper, we present sap flow database, which have Granier type sap flux data from 18 Korean pine (Pinus koraiensis) since 2011 and 16 (Quercus aliena) since 2013 in Mt.Taehwa Seoul National University forest and 18 needle fir (Abies holophylla), seven (Quercus serrata), three (Carpinus laxiflora and C. cordata each since 2013 in Gwangneung. In addition, the database includes the sapling transpiration of nine species (Prunus sargentii, Larix kaempferii, Quercus accutisima, Pinus densiflora, Fraxinus rhynchophylla, Chamecypans obtuse, P. koraiensis, Betulla platyphylla, A. holophylla, Pinus thunbergii), which were measured using heat pulse method since 2018. We believe this is the first database to share the sapflux data in Rep. of Korea, and we wish our database to be used by other researchers and contribute a variety of researches in this field.

근거리 원격탐사 기법을 이용한 총일차생산량 추정 및 순생태계 CO₂ 교환량 배분의 정확도 평가에 관하여

박주한 ( Juhan Park ),강민석 ( Minseok Kang ),조성식 ( Sungsik Cho ),손승원 ( Seungwon Sohn ),김종호 ( Jongho Kim ),김수진 ( Su-jin Kim ),임종환 ( Jong-hwan Lim ),강민구 ( Mingu Kang ),심교문 ( Kyo-moon Shim ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.4

원격 탐사 기반의 식생지수들은 광합성을 조절하는 식물생리적 특성과 경험적 상관관계를 보이며, 여러 공간 규모에서의 총일차생산량(GPP) 추정에 활용되고 있다. 하지만 시간 해상도가 높아질수록 식생지수를 이용한 GPP 추정의 불확실성이 커지는 한계가 존재한다. 또한 식생지수 관련 분석에 주로 사용되는 에디공분산법을 이용하여 추정한 GPP 역시 실제 측정한 순생태계교환량(NEE)을 GPP와 생태계 호흡(RE)으로 배분하는 데 사용하는 방법에 따라 추정값이 달라지는 불확실성이 존재한다. 본 연구에서는 플럭스 타워가 설치된 네 곳의 농림생태계를 대상으로 근지표에서 관측한 식생의 분광 특성을 이용한 다양한 식생지수를 계산하였고, 이를 다양한 시간 해상도에서 GPP 추정에 적용가능한 지를 분석하였다. 동시에 이를 이용하여 NEE 배분 방법의 불확실성을 평가하였다. 비교에 사용한 정규식생지수, 개량식생지수, 적외반사식생지수(NIRv)에 비해 적외반사식생지수와 광합성유효광(PAR)을 결합한 NIRvP이 식생 및 지형 조건에 의한 공간 이질성으로 인해 관측지에 따라 약간의 차이가 나타났지만, 농경지와 산림에서 모두 30분과 일단위 시간 해상도에서 GPP와 높은 상관성(r² = 0.63, 0.68)을 보였다. 또한 기존 KoFlux 표준 NEE 배분방법에 비해 기계학습 기반의 NEE 배분 방법을 적용할 경우, 산림에서 30분 단위의 GPP와 NIRvP 사이의 상관성이 향상되었지만, 일 단위에는 그 차이가 크지 않았다. 하지만 광조건 이외에 다른 요인에 의해 광합성이 제한되는 경우 NIRvP와 GPP 간의 상관성이 떨어져 NIRvP를 이용해 실제 배분 결과를 직접 평가하긴 어려웠으며, 주로 광 조건에 의해 광합성이 제한되는 흐린 날의 경우 NEE 배분 정확도를 평가할 수 있는 가능성이 존재하였다. 그러나 높은 시간해상도의 Vis 기반의 GPP 추정이 의미를 가지려면, VIs와 GPP간의 경험적 관계를 넘어서는 시스템 사고 및 자기-조직화와 관련된 복잡계 기반의 분석 방법이 요구된다. Remotely sensed vegetation indices (VIs) are empirically related with gross primary productivity (GPP) in various spatio-temporal scales. The uncertainties in GPP-VI relationship increase with temporal resolution. Uncertainty also exists in the eddy covariance (EC)-based estimation of GPP, arising from the partitioning of the measured net ecosystem CO2 exchange (NEE) into GPP and ecosystem respiration (RE). For two forests and two agricultural sites, we correlated the EC-derived GPP in various time scales with three different near-surface remotely sensed Vis: (1) normalized difference vegetation index (NDVI), (2) enhanced vegetation index (EVI), and (3) near infrared reflectance from vegetation (NIRv) along with NIRvP (i.e., NIRv multiplied by photosynthetically active radiation, PAR). Among the compared VIs, NIRvP showed highest correlation with half-hourly and monthly GPP at all sites. The NIRvP was used to test the reliability of GPP derived by two different NEE partitioning methods: (1) original KoFlux methods (GPP_Ori) and (2) machine-learning based method (GPP_ANN). GPP_ANN showed higher correlation with NIRvP at half-hourly time scale, but there was no difference at daily time scale. The NIRvP-GPP correlation was lower under clear sky conditions due to co-limitation of GPP by other environmental conditions such as air temperature, vapor pressure deficit and soil moisture. However, under cloudy conditions when photosynthesis is mainly limited by radiation, the use of NIRvP was more promising to test the credibility of NEE partitioning methods. Despite the necessity of further analyses, the results suggest that NIRvP can be used as the proxy of GPP at high temporal-scale. However, for the VIs-based GPP estimation with high temporal resolution to be meaningful, complex systems-based analysis methods (related to systems thinking and self-organization that goes beyond the empirical VIs-GPP relationship) should be developed.

Rural Systems Visioneering: Paradigm Shift from Flux Measurement to Sustainability Science

김준,강민석,타이칸 오끼,박은우,카즈히토 이치이,요하나 마리아 인드라와티,조성식,문지현,유완철,이지영,이협승,카롤리 은자우,안성훈,Kim, Joon,Kang, Minseok,Oki, Taikan,Park, Eun Woo,Ichii, Kazuhito,Indrawati, Yohana Maria,Cho, Sungsik,Moon, Jihyun,Yoo, Wan Ch Korean Society of Agricultural and Forest Meteorol 2018 한국농림기상학회지 Vol.20 No.1

지속가능성과학은 다양한 학문 배경과 관심을 가진 과학자, 전문직 종사자 및 이해당사자들 간의 소통과 협력뿐 아니라 결정론적 환원주의적 접근에서 오래전 기본으로의 패러다임 전환이 요구되는 떠오르는 초학문적 연구다. 생태-사회시스템은 많은 구성성분(또는 행위자)들로 이루어져 이들의 국지 규모의 무작위 상호작용이 자연스럽게 시스템 전체 규모의 질서를 만들어내는 공진화하는 복잡계다. 여기서, 시스템과 주변환경 간의 에너지와 물질과 정보의 흐름이 중요한 역할을 한다. 본 통신에서는 이렇게 계속 변화하는 역동적 시스템, 즉 '자기-조직화하는 계층구조의 열린 시스템(SOHOs)'의 개념적 틀을 소개한다. 먼저 SOHOs의 구조와 기능성을 이해하기 위해 물리학의 두 기본 법칙을 다시 논의한다. 두 법칙의 재해석을 통해 시스템의 운명과 지속가능성을 향한 보다 나은 경로, 또한 생태계의 온전함과 사회의 비전/가치 추구를 어떻게 조화시킬 것인가에 대한 이해를 돕고자한다. 그 다음에 소위 '비저니어링(V)'이라는 틀을 되먹임/전방급전(feedback/feedforward) 루프로 SOHOs 틀에 통합시켜서, '슬쩍 찌르는(nudged) 자기-조직화'가 시스템을 구성하는 행위자들이 합력하여 지속가능한 생태-사회 시스템을 이루어 가도록 유도한다. 마지막으로, SOHOs-V의 적용사례로서, 현재 탄자니아의 농촌마을에서 진행되고 있는 미래지구의 지속가능발전목표 연구실(SDG Lab)인 '농촌시스템 비저니어링(Rural Systems Visioneering)'을 예로 제시하였다. Sustainability science is an emerging transdisciplinary research which necessitates not only the communication and collaboration of scientists, practitioners and stakeholders from different disciplines and interests, but also the paradigm shift from deterministic and reductionist approaches to the old basic. Ecological-societal systems (ESS) are co-evolving complex systems having many interacting parts (or agents) whose random interactions at local scale give rise to spontaneous emerging order at global scale (i.e., self-organization). Here, the flows of energy, matter and information between the systems and their surroundings play a key role. We introduce a conceptual framework for such continually morphing dynamical systems, i.e. self-organizing hierarchical open systems (SOHOs). To understand the structure and functionality of SOHOs, we revisit the two fundamental laws of physics. Re-interpretation of these principles helps understand the destiny and better path toward sustainability, and how to reconcile ecosystem integrity with societal vision and value. We then integrate the so-called visioneering (V) framework with that of SOHOs as feedback/feedforward loops so that 'a nudged self-organization' may guide systems' agents to work together toward sustainable ESS. Finally, example is given with newly endorsed Sustainable Development Goals (SDG) Lab (i.e., 'Rural systems visioneering') by Future Earth, which is now underway in rural villages in Tanzania.

경기도 태화산 V 영급 잣나무(Pinus koraiensis) 조림지의 지상부 바이오매스 상대생장식 개발

류다운 ( Daun Ryu ),문민규 ( Min Kyu Moon ),박주한 ( Juhan Park ),조성식 ( Sungsik Cho ),김태규 ( Taekyu Kim ),김현석 ( Hyun Seok Kim ) 한국농림기상학회 2014 한국농림기상학회지 Vol.16 No.1

임분 밀도가 410tree ha-1이며 평균 흉고직경이 29.1±5.2cm인 경기도 태화산의 V영급 잣나무 조림지에서 흉고직경을 독립변수로 하고 부위별 바이오매스를 종속변수로 하는 상대생장식을 만들었다. 잣나무 넓적 잎벌 피해로 인해 잎의 바이오매스가 낮게 나타났으나, 총 바이오매스에 미치는 영향은 미미하였다. 그간의 연구를 종합한 결과, 개체목 지상부 상대생장식(logY=a+blogX)의 모수 a는 평균 흉고직경과 임분 밀도에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났으나 b는 영향을 미치는 인자를 찾을 수 없었다. 임분 단위에서는 부위별로 잎은 6.68Mg ha.1, 가지는 18.82Mg ha-1, 줄기는 101.02Mg ha-1로 나타났으며 이를 합한 지상부 총 바이오매스는 126.53Mg ha-1로 나타났다. 국내 잣나무 임분의 지상부 바이오매스는 임령보다는 평균 흉고직경과 임분 밀도에 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며 두 인자를 사용하여 국내 잣나무 임분 바이오매스를 98% 이상 설명하는 간단한 회귀식을 도출할 수 있었다. Allometric equations for leaf, branch, stem and total above ground biomass of Pinus koraeinsis trees were developed with diameter at breast height(DBH) of trees, which were growing in a pine plantation with the stand density of 410 tree ha-1 and the average DBH of 29.1±5.2 cm in Mt. Taewha, Gyeonggi. Damage by Acantholyda parki reduced leaf biomass compared to other studies, however, its contribution to total biomass was minimal among parts. Comprehensive analysis revealed that constant in allometric equation for total above ground biomass (logY=a + blogX) was affected by average DBH and stand density, however, constant b was not. At the stand level, biomass for leaf, brach, stem, total above ground biomass were 6.68 Mg ha-1, 18.82 Mg ha-1, 101.02 Mg ha-1, 126.53 Mg ha-1, respectively. We developed a Korean pine stand biomass regression, which explained about 98% of variation with DBH and stand density based on comprehensive analysis.

영농형 태양광 시설 하부 논에서의 농업환경 관측 및 시설 외부 환경과의 비교

강민석 ( Minseok Kang ),손승원 ( Seungwon Sohn ),박주한 ( Juhan Park ),김종호 ( Jongho Kim ),최성원 ( Sung-won Choi ),조성식 ( Sungsik Cho ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.3

솔라 쉐어링이라고도 불리는 영농형 태양광은 작물의 광포화점 이상의 태양광을 솔라 패널을 이용한 발전에 활용하는 개념으로, 잉여 태양광 차단에 따른 지면에 입사하는 태양복사 에너지의 감소로 인한 증발산량 감소와 함께 지면 냉각 효과로 메탄 배출량도 줄이는 효과를 가져올 수 있어 기후 스마트 농업을 구현할 수 있는 기술로 기대되고 있다. 본 연구에서는 파주 영농형 태양광 시설 하부 및 외부 논에 상/하향 장/단파 복사, 기온, 습도, 지온, 수온, 풍향, 풍속 등을 관측하는 자동기상관측장비를 설치하여 시설 하부와 외부의 농업환경을 관측하고 비교함으로써, 영농형 태양광이 농가에 태양광 발전을 통한 부가적인 수입을 안기면서 재배 시 발생하는 물 소비와 메탄 배출을 줄이는 기후 스마트 농업 실현에 적합한지 그 가능성을 확인해 보았다. 관측 기간 동안 영농형 태양광 시설 하부의 평균 일사량은 노지 일사량의 약 70% 정도였으며, 영농형 태양광 시설 하부 논과 노지 논에서 기온의 차이는 거의 없었지만 지온과 수온은 명확한 차이가 확인되었다. 실제로 이러한 환경의 차이가 물 소비량 및 온실가스 배출량 감소로 이어지는지 플럭스 실측을 통한 확인이 요구된다. Agrivoltaic systems, also called solar sharing, stated from an idea that utilizes sunlight above the light saturation point of crops for power generation using solar panels. It is expected that agrivoltaic systems can realize climate smart agriculture by reducing evapotranspiration and methane emission due to the reduction of incident solar radiation and the consequent surface cooling effect and bring additional income to farms through solar power generation. In this study, to evaluate that agrivoltaic systems are suitable for realization of climate smart agriculture, we conducted agro-environmental observations (i.e., downward/upward shortwave/longwave radiations, air temperature, relative humidity, water temperature, soil temperature, and wind speed) in a rice paddy under an agrivoltaic system and compared with the environment outside the system using automated meteorological observing systems (AMOS). During the observation period, the spatially averaged incoming solar radiation under the agrivoltaic system was about 70% of that in the open paddy field, and clear differences in the soil and water temperatures between the paddy field under the agrivoltaic system and the open paddy field were confirmed, although the air temperatures were similar. It is required in the near future to confirm whether such environmental differences lead to a reduction in water consumption and greenhouse gas emissions by flux measurements.

『匠人法』 농업조항의 내용분석

조성식 전주대학교 역사문화연구소 2001 전주사학 Vol.8 No.-