HST vs. JWST

조재일(Jaeil CHO) 한국물리학회 2023 물리학과 첨단기술 Vol.32 No.6

영농형 태양광 패널의 부분 차광 생육 환경이 작물 전자전달효율과 비광화학적 형광소멸에 미치는 영향

조유나 ( Yuna Cho ),김현기 ( Hyunki Kim ),조은이 ( Euni Jo ),오도혁 ( Dohyeok Oh ),정회정 ( Hoejeong Jeong ),윤창용 ( Changyong Yoon ),안규남 ( Kyunam An ),조재일 ( Jaeil Cho ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.2

영농형 태양광은 동일 토지면적에서 태양광 패널에 의한 발전과 작물 경작을 융합한 시스템이다. 광 에너지가 부족한 영농형 태양광 하부에서 작물의 수확량이 감소하는 것은 필연적이나, 이를 관장하는 패널 하부에서 생육한 작물의 광합성 반응에 대해서는 국내외적으로 거의 알려진 바가 없다. 본 연구는 고정형 영농형 태양광 시설 하부에서 재배된 작물 잎에 흡수된 광 에너지가 광합성 반응 중심에 전달되고 열로 방출되는 효율을 엽록소 형광 관측을 통해 조사하였다. 패널 하부와 노지의 콩과 벼는 ETR에서 큰 차이가 없는 것으로 보아 광인산화 효율보다는 잎이 흡수한 광 에너지 에 따라 CO₂ 고정량이 결정되는 것으로 보인다. 또한, 패널 하부의 콩과 벼는 노지보다 NPQ가 더 높은 것으로 보아 활성화된 광보호기작이 광인산화로의 에너지 분배에 부정적 역할을 할 수 있을 것으로 보인다. 향후 영농형 태양광에서의 작물 생산량과 광합성의 관계를 이해하기 위해 보다 다양한 기후 및 재배조건에서의 광합성 반응을 조사할 필요가 있겠다. An agrivoltaic system (AVS) is a system of innovation that comprises productions of photovoltaic power and agricultural crops on the same area. However, the decline in crop yield will be fatally occurred because the pigments of crop absorbs less light energy under AVS. In addtion, the photosynthetic capacity of crop grown under the partial shading of AVS is not well reported. In this study, the electron transport rate (ETR) and non-photochemical fluorescence quenching (NPQ) of soybean and rice under the AVS in Boseong and Naju was investigated using chlorophyll fluorescence measurement. The ETR value of soybean and rice under AVS were not significantly differed by location. It represents that the photophosphorylation rate of the crops is not critically different. It means that the decreases in total photosynthesis under AVS were mostly affected by the amount of light absorbed by leaves. Under AVS the photosynthesis of crops will be lower than field crops grown in open fields. This is because the crops under AVS observed higher NPQ, which means that the available energy cannot distribute to photophosphorylation reaction.

전면적차광과 부분차광이 콩 엽록소 형광 반응에 미치는 영향

조유나 ( Yuna Cho ),조은이 ( Euni Jo ),정재혁 ( Jae-hyeok Jeong ),윤창용 ( Changyong Yoon ),안규남 ( Kyunam An ),조재일 ( Jaeil Cho ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.3

광은 식물 광합성에 반드시 요구되는 에너지이다. 차광의 종류를 전면차광과 부분차광으로 구분하고, 각각의 차광 조건에서 생육한 콩의 엽록소 형광을 관측하여 광합성능을 평가하였다. 전면차광에서는 SPAD값으로 대표되는 엽록소 농도와 광이용효율을 표현하는 ETR (Electron Transport Rate)이 크게 낮아졌다. 차광 박스 제거 후에 SPAD와 ETR 모두 대조구와 같은 정도가 되었으나, 열 소산 기작을 나타내는 NPQ (Non-Photochemical fluorescence Quenching)는 높아졌다. 이렇게 전면차광을 겪었던 콩의 광이용효율은 회복했지만, 높아진 NPQ가 광인산화 효율을 떨어뜨리므로 실제 노지 광합성량은 필연적으로 낮아질 것이다. 부분 차광에서도 SPAD와 ETR이 대조구와 큰 차이를 보이지 않았으나, NPQ는 높은 모습을 보였다. 따라서, 도시 농업 또는 영농형 태양광과 같은 부분차광 조건의 광합성량은 단순히 작물의 광이용효율과 누적 광 에너지량으로 계산한 추정값보다 작을 것으로 예상된다. The growth experiment under shading condition has been performed to understand the eco-physiological responses of crops to light in terms of photosynthesis. There are two types of shading: overall shading and partial shading. In this study, the chlorophyll fluorescence of soybean was observed under the overall shading of the box made by polyresin and the partial shading at agrivoltaic system. The overall shading condition during vegetative growth induced lower SPAD and Electron transport rate (ETR). These lower values recovered after removal of shading box. However, the Non-photochemical fluorescence quenching (NPQ) became lower under overall shading and higher under partial shading. Such increase in NPQ limited crop photosynthesis even though the ETR was almost same to the control without shading treatment. Under the condition of partial shading, the values of SPAD and ETR for soybean did not change. However, the NPQ was higher than control condition. This suggests that the crop photosynthesis under both types of shading would be decreased by different eco-physiological processes which are the lower ETR in overall shading and the higher NPQ in partial shading despite the reduced light under shading conditions.

우리나라 시군단위 벼 수확량 예측을 위한 다종 기상자료의 비교평가

조수빈 ( Subin Cho ),윤유정 ( Youjeong Youn ),김서연 ( Seoyeon Kim ),정예민 ( Yemin Jeong ),김근아 ( Gunah Kim ),강종구 ( Jonggu Kang ),김광진 ( Kwangjin Kim ),조재일 ( Jaeil Cho ),이양원 ( Yangwon Lee ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.2

노지에서 재배되는 벼는 필연적으로 기상요소의 영향을 받을 수밖에 없으며, 벼 생장에 영향을 미치는 최적의 기상자료 확보 및 변수 선정은 벼 수확량 예측 모델링에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 1996-2019년의 7월, 8월, 9월에 대하여, 다종의 기상자료 비교평가를 통해 우리나라 벼 수확량 모델링에 대한 적합성을 살펴보고, 기상요소와 벼 수확량 사이의 비선형적인 관계를 고려하여 기계학습 기법을 이용한 수확량 하인드캐스트 실험을 수행하고자 한다. 다종의 기상자료로는, 기상청 ASOS 지상관측과 함께, CRU-JRA ver. 2.1, ERA5 재분석장을 사용하였다. 이들 기상자료에서 공통적으로 도출할 수 있는 월 단위 기온, 상대습도, 일사량, 강수량 변수에 대한 비교를 통하여, 각 자료의 특성 및 벼 수확량과의 연관성을 분석하였다. CRU-JRA ver. 2.1 재분석장은 전반적으로 타 자료와 높은 일치성을 나타냈으며, 변수별 특징을 보았을 때, 상대습도는 벼 수확량에 미치는 영향이 거의 없었으나, 일사량은 벼 수확량과의 상관성이 상당히 높은 것으로 나타났다. 7월, 8월, 9월의 기온, 일사량, 강수량을 랜덤 포리스트 모델에 투입하여 벼 수확량 하인드캐스트 실험을 수행한 결과, CRUJRA ver. 2.1 재분석장은 세 종류 기상자료 중에 가장 높은 정확도를 나타냈다(CC = 0.772). 또한 예측 모델에서 변수의 중요도는 일사량이 가장 높게 나타나, 기존의 농학적 연구결과와 일치하였다. 본 연구는 벼 수확량 예측을 위한 다종 기상자료의 선택에 있어 하나의 합리적 방법을 제시한 것으로써 의미가 있다고 하겠다. Because the growth of paddy rice is affected by meteorological factors, the selection of appropriate meteorological variables is essential to build a rice yield prediction model. This paper examines the suitability of multiple meteorological datasets for the rice yield modeling in South Korea, 1996-2019, and a hindcast experiment for rice yield using a machine learning method by considering the nonlinear relationships between meteorological variables and the rice yield. In addition to the ASOS in-situ observations, we used CRU-JRA ver. 2.1 and ERA5 reanalysis. From the multiple meteorological datasets, we extracted the four common variables (air temperature, relative humidity, solar radiation, and precipitation) and analyzed the characteristics of each data and the associations with rice yields. CRU-JRA ver. 2.1 showed an overall agreement with the other datasets. While relative humidity had a rare relationship with rice yields, solar radiation showed a somewhat high correlation with rice yields. Using the air temperature, solar radiation, and precipitation of July, August, and September, we built a random forest model for the hindcast experiments of rice yields. The model with CRU-JRA ver. 2.1 showed the best performance with a correlation coefficient of 0.772. The solar radiation in the prediction model had the most significant importance among the variables, which is in accordance with the generic agricultural knowledge. This paper has an implication for selecting from multiple meteorological datasets for rice yield modeling.

경계보존 필터링을 이용한 내시경 영상의 3D 재구성

장지호(Jiho Chang),조재일(Jaeil Cho) 대한전자공학회 2015 대한전자공학회 학술대회 Vol.2015 No.6

In recent, a endoscopy system using the stereo camera is increasing in the field of surgical robot. The endoscope system is a illumination unit for operating from the inside of the body. However, because of lighting module is not sufficient uniform, the stereo endoscopy system occurs some problems, such as radiometric distortion. In this paper, we apply the existing various algorithms to identify that problems and understand through the actual video of the stereo endoscopy system. Through comparison between the algorithm we check the appropriate algorithm and figure out what needs to solve any problems in the future work.

피자 서비스에서의 가격에 대한 인식과 브랜드 인지도의 영향

문준호(Moon, Joonho),조재일(Cho, Jaeil),오송희(Oh, Song-Heui) 한국관광레저학회 2017 관광레저연구 Vol.29 No.10

GK2A AMI를 이용한 한반도 식생건강지수 산출

이수진 ( Soo-jin Lee ),조재일 ( Jaeil Cho ),류재현 ( Jae-hyun Ryu ),김나리 ( Nari Kim ),김광진 ( Kwangjin Kim ),손은하 ( Eunha Sohn ),박기홍 ( Ki-hong Park ),장재철 ( Jae-cheol Jang ),이양원 ( Yangwon Lee ) 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.2

지구온난화는 기후변화를 야기하며 전지구적으로 이상기상 현상을 유발하고 있다. 우리나라에서도 폭염, 가뭄과 같은 이상기상 현상이 증가하고 있는 상황이다. 이상기상 감시를 위하여 지표면온도(Land Surface Temperature, LST), 온도상태지수(Temperature Condition Index, TCI), 식생활력지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI), 식생상태지수(Vegetation Condition Index, VCI), 식생건강지수(Vegetation Health Index, VHI) 등의 위성자료가 활용되고 있다. TCI와 VCI를 이용하여 계산되는 VHI는 온도, 강수와 같은 기상 요인에 의한 식생 스트레스를 나타내며, 기후변화 상황에서 가뭄 평가에 주로 활용되고 있다. TCI, VCI는 날짜 및 장소에 따른 LST, NDVI의 과거 평년치를 참조해서 산출되기 때문에, 아직 2년여의 자료밖에 없는 천리안위성 2A호(GK2A) AMI (Advanced Meteorological Imager) 자료로부터 TCI, VCI, VHI를 산출하는 것은 현재로서는 쉽지 않은 일이다. 본 연구에서는 대안적인 방법으로 VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) 센서의 LST, NDVI를 이용하여 GK2A의 VHI 산출 가능성을 모색하였다. GK2A와 VIIRS의 LST, NDVI는 상당히 높은 상관성을 보이기 때문에, GK2A에 존재하지 않는 과거 평년치를 VIIRS 자료로 대체하는 방식을 택하였다. 8일 간격으로 GK2A 격자에 해당하는 LST, NDVI의 최소·최대값 조견표를 구축하여 TCI, VCI, VHI를 산출하였고, 최근 우리나라 이상기상 현상에 대한 해석을 수행하였다. GK2A VHI는 2020년 3월과 6월의 폭염, 4월과 7월의 저온, 8월의 폭우 등으로 인한 식생 스트레스의 변화를 잘 표현하는 것으로 나타났지만, 미국 해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)의 VHI 산출물은 그렇지 않았다. 본 연구에서 제시한 GK2A VHI는 향후 LST, NDVI의 과거 평년치에 대한 통계적으로 엄밀한 보완을 거친다면 폭염, 가뭄으로 인한 식생 스트레스 감시에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. Global warming causes climate change and increases extreme weather events worldwide, and the occurrence of heatwaves and droughts is also increasing in Korea. For the monitoring of extreme weather, various satellite data such as LST (Land Surface Temperature), TCI (Temperature Condition Index), NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), VCI (Vegetation Condition Index), and VHI (Vegetation Health Index) have been used. VHI, the combination of TCI and VCI, represents the vegetation stress affected by meteorological factors like precipitation and temperature and is frequently used to assess droughts under climate change. TCI and VCI require historical reference values for the LST and NDVI for each date and location. So, it is complicated to produce the VHI from the recent satellite GK2A (Geostationary Korea Multi-Purpose Satellite-2A). This study examined the retrieval of VHI using GK2A AMI (Advanced Meteorological Imager) by referencing the historical data from VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) NDVI and LST as a proxy data. We found a close relationship between GK2A and VIIRS data needed for the retrieval of VHI. We produced the TCI, VCI, and VHI for GK2A during 2020-2021 at intervals of 8 days and carried out the interpretations of recent extreme weather events in Korea. GK2A VHI could express the changes in vegetation stress in 2020 due to various extreme weather events such as heatwaves (in March and June) and low temperatures (in April and July), and heavy rainfall (in August), while NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) VHI could not well represent such characteristics. The GK2A VHI presented in this study can be utilized to monitor the vegetation stress due to heatwaves and droughts if the historical reference values of LST and NDVI can be adjusted in a more statistically significant way in the future work.

실내 로봇 서비스를 위한 POI 활용 연구

박승환(Seunghwan Park),조재일(Jaeil Cho) 대한전자공학회 2016 대한전자공학회 학술대회 Vol.2016 No.6

국지예보모델과 위성영상을 이용한 극상림 플럭스 관측의 공간연속면 확장 및 우리나라 산림의 일일 탄소흡수능 격자자료 산출

김근아 ( Gunah Kim ),조재일 ( Jaeil Cho ),강민석 ( Minseok Kang ),이보라 ( Bora Lee ),김은숙 ( Eun-sook Kim ),최철웅 ( Chuluong Choi ),이한림 ( Hanlim Lee ),이태윤 ( Taeyun Lee ),이양원 ( Yangwon Lee ) 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.6

최근 지구온난화에 따른 기후변화 문제의 심각성이 커지면서 국가 온실가스 배출량을 상쇄시킬 수 있는 산림의 탄소흡수에 대한 중요성이 높아지고 있으며, 기후변화협약에 따라 국가의 산림 탄소흡수량을 국지적인 수준에서 과학적이고 정밀하게 산출할 것이 요구되고 있다. 본 연구에서는 위성영상과 일기상 자료를 함께 활용함으로써 산림 광합성의 민감한 일변화를 반영하고, 안정된 산림으로서 대표성을 가지는 광릉숲(Gwangneung Forest) 극상림(climax forest)의 플럭스관측 자료를 참조하여 GPP(gross primary production) 재현 모델을 수립하고, 수종 및 임령에 따른 탄소흡수량 조견표를 적용하여, 우리나라의 국지지역에 최적화된 Tier 2.5 수준의 일일 탄소흡수능 격자자료를 산출하였다. 2013년 1월 1일부터 2015년 12월 31일까지 1,095일간의 실험에서, 일일 기준탄소흡수능(reference amount of CO₂ absorption, RACA) 산출 모델은 상관계수 0.948의 높은 정확도를 나타냈으므로, 향후 Tier 3 수준의 일일 실제탄소흡수능(actual amount of CO₂ absorption, AACA)을 정확히 산출하기 위해서는 장기간의 상세산림조사 자료와의 결합이 필요할 것이다. As recent global warming and climate changes become more serious, the importance of CO₂ absorption by forests is increasing to cope with the greenhouse gas issues. According to the UN Framework Convention on Climate Change, it is required to calculate national CO₂ absorptions at the local level in a more scientific and rigorous manner. This paper presents the gridded expansion of forest flux observations and mapping of daily CO₂ absorption by the forests in Korea using numerical weather prediction data and satellite images. To consider the sensitive daily changes of plant photosynthesis, we built a machine learning model to retrieve the daily RACA (reference amount of CO₂ absorption) by referring to the climax forest in Gwangneung and adopted the NIFoS (National Institute of Forest Science) lookup table for the CO₂ absorption by forest type and age to produce the daily AACA (actual amount of CO₂ absorption) raster data with the spatial variation of the forests in Korea. In the experiment for the 1,095 days between Jan 1, 2013 and Dec 31, 2015, our RACA retrieval model showed high accuracy with a correlation coefficient of 0.948. To achieve the tier 3 daily statistics for AACA, long-term and detailed forest surveying should be combined with the model in the future.

항공 초분광 영상을 이용한 광화학반사지수 이용 가능성 평가: 그림자 영향 및 대체 밴드를 중심으로

류재현,신정일,이창석,홍성욱,이양원,조재일,Ryu, Jae-Hyun,Shin, Jung Il,Lee, Chang Suk,Hong, Sungwook,Lee, Yang-Won,Cho, Jaeil 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.5

정규식생지수(NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)는 생물량 및 $CO_2$ 흡수량 추정과 병충해 탐지 등 다양한 식생 모니터링 영역에서 활용되고 있다. 그러나, 생물량 탐지에 비해 상대적으로 식생의 생리적 상태 변화에 대한 민감도가 낮아 식생의 생리적 활성 및 스트레스를 파악에 한계가 있다. 최근 개발된 광학반사지수(PRI, Photochemical Reflectance Index)는 식생의 생리적 상태 탐지에 용이한 것으로 알려지고 있으며, 식생의 탄소 흡수량 조사를 위해 향후 발사될 해외의 지구관측위성들의 주요 산출물로 선정되는 등 활용도가 높아질 것으로 전망된다. 이에 다양한 이용에 앞서 광 스트레스에 민감한 PRI 특성을 고려하여 그림자 영향의 해석 방향을 제시하고, 현재 가용한 위성으로 PRI 산출이 가능한지 알아보기 위해 대체 밴드를 평가하였다. 항공 초분광 영상을 이용한 본 연구에서는 PRI값이 그림자 부분에서 광 스트레스의 감소로 인해 증가하였다. 그러나 그림자의 정도가 임계값(Shadow Index<25)을 넘어서면 PRI와 NDVI 모두의 자료 품질이 매우 낮아졌다. 또한, 문헌의 570.0 nm 대신 553.6 nm를 사용하여 산출한 PRI가 오리지널 PRI와 높은 상관관계를 보였으며, RED와 NIR 반사도를 이용하여 다중회귀분석을 수행하였을 때 더욱 향상된 결과를 보였다. 이러한 결과는 향후 식생탐지에서 활용도가 높아질 것으로 기대되는 PRI의 생리적인 의미를 이해하는데 도움이 될 것이다. The applications of NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) as a vegetation index has been widely used to understand vegetation biomass and physiological activities. However, NDVI is not suitable way for monitoring vegetation stress because it is less sensitive to change in physiological state than biomass. PRI (Photochemical Reflectance Index) is well developed to present physiological activities of vegetation, particularly high-light-stress condition, and it has been adopted in several satellites to be launched in the future. Thus, the understanding of PRI performance and the development of analysis method will be necessary. This study aims to interpret the characteristics of light-stress-sensitive PRI in shadow areas and to evaluate the PRI calculated by other wavelengths (i.e., 488.9 nm, 553.6 nm, 646.9 nm, and 668.4 nm) instead of 570 nm that used in original PRI. Using airborne-based hyperspectral image, we found that PRI values were increased in shadow detection due to the reduction of high light induced physiological stress. However, the qualities of both PRI and NDVI data were dramatically decreased when the shadow index (SI) exceeded the threshold (SI<25). In addition, the PRI calculated using by 553.6 nm had best correlation with original PRI. This relationship was improved by multiple regression analysis including reflectances of RED and NIR. These results will be helpful to the understanding of physiological meaning on the application of PRI.