ORYZA2000 모델에 기반한 격자형 벼 생육 모의 지원 시스템 개발

현신우,유병현,박진유,김광수 한국농림기상학회 2017 한국농림기상학회지 Vol.19 No.4

Regional assessment of crop productivity using a gridded simulation approach could aid policy making and crop management. Still, little effort has been made to develop the systems that allows gridded simulations of crop growth using ORYZA 2000 model, which has been used for predicting rice yield in Korea. The objectives of this study were to develop a series of data processing modules for creating input data files, running the crop model, and aggregating output files in a region of interest using gridded data files. These modules were implemented using C++ and R to make the best use of the features provided by these programming languages. In a case study, 13000 input files in a plain text format were prepared using daily gridded weather data that had spatial resolution of 1km and 12.5 km for the period of 2001-2010. Using the text files as inputs to ORYZA2000 model, crop yield simulations were performed for each grid cell using a scenario of crop management practices. After output files were created for grid cells that represent a paddy rice field in South Korea, each output file was aggregated into an output file in the netCDF format. It was found that the spatial pattern of crop yield was relatively similar to actual distribution of yields in Korea, although there were biases of crop yield depending on regions. It seemed that those differences resulted from uncertainties incurred in input data, e.g., transplanting date, cultivar in an area, as well as weather data. Our results indicated that a set of tools developed in this study would be useful for gridded simulation of different crop models. In the further study, it would be worthwhile to take into account compatibility to a modeling interface library for integrated simulation of an agricultural ecosystem. 최적의 재배관리나 식량생산 관력 정책 수립의 위해 지역적인 작물 생산성 모의 정보들이 사용 될 수 있다. 국내 주요 작물인 벼의 생산성 예측을 위해 ORYZA2000 모델이 널리 사용되어 왔지만, 지역 규모에서 생산성을 예측하기 위한 격자별 작물 모델 구동 체계는 보고되어 있지 않다. 본 연구에서는 격자형식의 입력자료를 사용하여 작물 모델을 구동하고 공간적인 생산성 예측자료를 생산할 수 있는 시스템을 개발하였다. 이를 위해 입출력 처리 모듈과 격자별 모델 구동 모듈을 개발하였으며, 각각의 모듈은 C++와 R을 이용하여 구현되었다. 사례 연구를 위해 남한의 논 지역을 대상으로 2000년대에 대한 생산성을 모의하였다. 1km 및 12.5km 해상도의 격자형 기상자료로부터 13000여개의 기상입력자료가 생성되었다. 관행적인 재배관리 설정을 사용하여 격자별로 구동을 하였으며, 출력자료는 다시 netCDF 형태의 격자형 자료로 취합하였다. 모의된 벼 생산성의 공간적 분포는 실제 분포와 비슷한 경향을 보였으나, 실제 생산성과는 차이가 있었다. 이러한 차이는 이앙시기, 품종 등의 재배관리의 차이 또는 기상자료의 불확실성에 의해 생기게 된다. 본 연구에서 개발된 격자별 모델 구동 시스템을 통해 다른 작물 모델을 이용한 격자별 모의가 가능할 것이다.

고해상도 MODIS 자료를 활용한 미국 지역 옥수수 파종일 및 성숙일 추정

김광수,유병현,반호영,현신우,박진유 한국작물학회 2017 한국작물학회 학술발표대회 논문집 Vol.2017 No.-

고해상도 MODIS 자료를 활용한 미국 지역 옥수수 파종일 및 성숙일 추정

김광수,유병현,반호영,현신우,박진유 한국작물학회 2017 한국작물학회 학술발표대회 논문집 Vol.2017 No.-

객체지향적 작물 모델을 활용한 간작조건에서의 작물 생육 모의

김광수,유병현,현신우,서범석,반호영,박진유,이변우 한국농림기상학회 2018 한국농림기상학회지 Vol.20 No.2

An object oriented crop model was developed to perform crop growth simulation taking into account complex interaction between biotic and abiotic factors in an agricultural ecosystem. A set of classes including Atmosphere class, Plant class, Soil class, and Grower class were designed to represent weather, crop, soil, and crop management, respectively. Objects, which are instance of class, were linked to construct an integrated system for crop growth simulation. In a case study, yield of corn and soybean, which was obtained at an experiment farm in Rural Development Administration from 1984 to 1986, were compared with yield simulated using the integrated system. The integrated system had relatively low error rate of corn yield, e.g., <4%, under sole and intercropping conditions. In contrast, the system had a relatively large underestimation error for above ground biomass except for grain compared with those observed for corn and soybean. For example, estimates of biomass of corn leaf and stem was 31% lower than those of observed values. Although the integrated system consisted of simple models, the system was capable of simulating crop yield under an intercropping condition. This result suggested that an existing process-based model would be used to have more realistic simulation of crop growth once it is reengineered to be compatible to the integration system, which merits further studies for crop model improvement and implementation in object oriented paradigm. 농업생태계의 복잡한 상호작용을 고려하여 작물생육을 모의하기 위해 객체지향형 작물모델을 개발하였다. 대기, 작물, 토양 및 재배관리를 대표하는 Atmosphere 클래스, Plant 클래스, Soil 클래스, Grower 클래스가 설계되었다. 또한, 이들 클래스들이 구현된 객체들을 하나의 시스템으로 연계하여 통합시스템을 구축하였다. 사례연구로써, 농촌진흥청 본원의 전작시험포장에서 1985년부터 1986년까지 수행된 실험에서 얻어진 옥수수와 콩의 수량 관측자료와 통합시스템으로 모의된 결과값을 비교하였다. 단작과 간작조건에서 통합시스템으로 예측된 옥수수의 수량은 4% 이내의 낮은 오차율로 모의되었다. 이삭중을 제외한 지상부 건물중의 경우, 옥수수와 콩의 관측값보다 과소추정되는 경향이 있었다. 예를 들어, 옥수수의 경우 잎과 줄기의 생체중 모의값은 관측값에 비해 약 31% 적게 추정되었다. 옥수수가 수확된 시점에서 같이 수확이 된 콩의 경우, 옥수수 보다는 비교적 작은 과소추정 오차를 가졌다. 비록 간단한 형태의 모델들로 구성되었으나, 이러한 모델을 활용하여 복잡한 상호작용을 모의할 수 있는 통합시스템이 개발될 수 있다는 것을 보여주었다. 추후 연구에서, 보다 상세한 작물 생육 모의를 위해 기존의 과정중심의 작물 모델을 역설계하여 통합시스템을 구축하는 연구가 진행되어야 할 것으로 사료되었다.

HYSPLIT 모형 입력설정에 따른 바람 이동경로 예측 결과 공간 분석

김광수 ( Kwang Soo Kim ),이승재 ( Seung-jae Lee ),박진유 ( Jin Yu Park ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.4

바람에 의해 해외지역에서 국내로 유입되는 비래해충들은 주요 작물에 상당한 피해를 초래할 수 있다. 바람에 의한 비래해충의 이동 경로를 추정하기 위해 기상 모형들이 사용되는데, 본 연구에서는 비래해충이 도달할 수 있는 지역을 예측할 때 입력설정이 미치는 영향을 분석하였다. 벼멸구가 중국에서 국내로 유입된다는 가정하에 입자의 바람이동 경로를 추적하기 위해 개발된 HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) 모형을 사용하여 바람의 이동경로를 예측하였다. 중국, 한국 및 일본이 포함된 중규모 수치기상모형 자료를 사용하여 순간 및 평균 풍속자료가 포함된 기상입력자료를 생성하였다. 또한, 이동 경로 계산을 위해 계산 시간 간격을 1, 30, 60분으로 설정하였다. 중국에서 벼멸구가 관측된 지점에서 2019년과 2021년 6월 상순 기간 동안 바람의 이동 경로를 계산한 결과, 순간 풍속과 평균 풍속자료를 사용함에 따라 비래해충 도달지점에 큰 차이가 나타났다. 계산 시간에 따른 이동 경로 결과값들의 공간적 분포는 상대적으로 유사도가 높았으며, 순간풍속을 사용한 경우 벼멸구 관측지역과 비교적 유사한 경향이 나타났다. 이러한 결과는 바람 경로를 추적하여 비래해충 도착지점을 추정할 때 사용되는 입력자료의 특성을 파악하고 이들로부터 발생하는 불확도에 대한 고려가 필요함을 시사한다. Airborne-pests can be introduced into Korea from overseas areas by wind, which can cause considerable damage to major crops. Meteorological models have been used to estimate the wind trajectories of airborne insects. The objective of this study is to analyze the effect of input settings on the prediction of areas where airborne pests arrive by wind. The wind trajectories were predicted using the HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. The HYSPLIT model was used to track the wind dispersal path of particles under the assumption that brown plant hopper (Nilaparvata lugens) was introduced into Korea from sites where the pest was reported in China. Meteorological input data including instantaneous and average wind speed were generated using meso-scale numerical weather model outputs for the domain where China, Korea, and Japan were included. In addition, the calculation time intervals were set to 1, 30, and 60 minutes for the wind trajectory calculation during early June in 2019 and 2020. It was found that the use of instantaneous and average wind speed data resulted in a considerably large difference between the arrival areas of airborne pests. In contrast, the spatial distribution of arrival areas had a relatively high degree of similarity when the time intervals were set to be 1 minute. Furthermore, these dispersal patterns predicted using the instantaneous wind speed were similar to the regions where the given pest was observed in Korea. These results suggest that the impact assessment of input settings on wind trajectory prediction would be needed to improve the reliability of an approach to predict regions where airborne-pest could be introduced.