Penman-Monteith 증발산량 계산식(PM 식)을 활용하여 증발량을 산출한다.
PM 식으로 계산된 증발산량과 과거 관측자료를 통한 지점별 특성 값으로 팬 계수를 도출하여 소형증발량을 산출한다.
일별 증발량 산출식은 다음과 같다.
: 증발량(mm/day)
: 증발산량(mm/day)
: 팬 계수 잔디에서의 팬 계수는
ln
ln
ln
ln
이고, FET는 지점별 특성 값으로 100으로 한다.Penman-Monteith 증발산량 계산식을 이용한 자세한 증발량 계산 방법은 지상 기상관측지침을 준용한다.
제 9 장 토양수분 관측 9.1 토양수분 관측의 목적
토양수분이 적으면 농작물은 물을 흡수하지 못하며 이것은 농작물의 생육에 나쁜 영향을 준다. 또 토양수분이 적을 때에는 비료가 분해되지 않기 때문에 농작물이 영양분을 흡수하지 못 하게 된다. 토양수분은 강수량, 증발산량과 함께 관개(灌漑)에 매우 중요한 요소이다.
9.2 토양수분의 정의
토양수분이라 함은 토양입자나 공극사이에 양적으로 내포되어 중력에 역행 하여 스며들어 있는 물을 말한다. 이것은 토양의 건습정도를 나타내고 %, pF(응력) 또는 cmHg, 전기저항(Ω) 단위로 표시된다.
관측방법은 토양을 채취하여 관측하는 경우와 자연 상태의 토양을 그대로 관측하는 경우 두 가지가 있으며, 기상청에서는 지중 10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm 깊이의 토양수분을 관측하고 있다.
9.3 고주파 정전용량식 토양수분센서
본 센서의 출력방법은 시리얼 데이터이며, 고주파를 발생시켜 반사되어 들어오는 주파수를 분석하여 토양 내의 수분을 파악할 수 있다. 10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm 깊이마다 총 4개의 센서가 1조를 이루고 있으며, 토양 속으로 들어간 액세스 튜브(access tube)를 통해, 각 센서 주위에 형성된 고주파 전기장 (electrical field)이 점점 확장되어 토양 내의 수분을 정밀하게 측정하게 된다.
9.4 수분함량
센서 출력은 부피측정 토양수분 함량으로 표준화 방정식 그리고 초기값 또는 사용자 정의 교정 방정식을 통해 변환되는 크기가 없는 주파수(원시 계산)이다.
측량 단위는 부피측정의 수분함량 (vol %) 또는 토양의 100 mm 당 물의 밀리미터이다.
눈금이 있는 주파수의 수신 가능한 데이터 범위는 0에서 1.0까지다. 수분함량
설치 후 토양의 공극률과 전기전도도에 따른 수분함량 보정식을 작성하여 관측지점의 메타데이터로 활용해야 한다.
[그림 7] 고주파 정전용량식 토양수분센서(좌) 및 측기설치(우)
9.5 토양의 적합성
가벼운 모래에서부터 무거운 점토 종류까지 설치되며, 평균 돌 크기가 10 mm 보다 더 큰 돌땅은 부적합하다. 더 큰 돌은 프로브의 플라스틱 커팅 팁에 손상을 입히거나, 삽입의 방향을 바뀌게 할 수가 있다.
설치할 때는 1 m 깊이까지 토양이 촉촉해야 한다. 단단한 토양에서는 캡 정상의 액세스 튜브의 꼭대기에 경미한 손상을 입힐 수 있으며, 손상 발생 시 완전히 삽입될 때 거칠어진 가장자리를 날카로운 작은칼 또는 줄(file)로 제거해야 한다.
제 10 장 지하수위 관측 10.1 지하수위 관측의 목적
지하수위는 표층수의 변화에 대한 관측을 목적으로 하며, 지하수위라 함은 지표면으로부터 지하수면까지의 깊이를 말한다. 지하수위는 토양수분과 밀접한 관계가 있어, 지하수위 관측자료는 증발산량 관측자료와 함께 작물포장의 물수지 파악에 큰 도움이 된다.
10.2 지하수위계 설치
지하수위계는 지하 20 m 깊이까지 관측이 가능해야 하고, 가급적 그 오차는 0.2 %를 초과하지 말아야 한다. 디지털 표출과 기록지에 기록기능을 가진 기계를 설치하며, 관측용 단자는 관측관의 상부 지상에, 기록장치는 실내에 설치해야 운영이 원활하다.
관측공은 직경 75 mm의 PVC관을 사용하여 관측공의 맨 밑바닥까지 연결하고 관측공과 PVC관 사이는 여과자갈로 충전하여 지하수가 관측관에 고이도록 한다. 관측공의 구경은 150 mm, 깊이는 15 m로 한다.
10.3 수위측정기 구성
지하수위계는 감시단자부(수위표출기, 기록계)와 측정공(지하수위 센서)으로 구성되어 있다. 감시단자부의 수위표출기는 센서값(수위계)의 신호를 받아 0에서 100 m까지 표시할 수 있다.
측정공의 수위계는 입력전압은 DC 4～20 mA이고, 측정범위는 0～100 m 이다. 전기신호 4 mA 일 때 기록치는 0 m 이고, 20 mA는 100 m를 표시하며 균등 분할하여 기록 지시한다.
과거 관측자는 수동 수위측정기의 감시단자부의 수위표출기의 값을 관측하였으나, 지금의 자동 지하수위계는 자료처리기에서 1분 간격으로 수위계의 관측자료를 수집, 처리하여 종합기상정보시스템으로 전송한다.
[그림 9] 순복사 센서
제 11 장 순복사 관측 11.1 순복사 관측의 목적
농경지의 순복사량은 열에너지로 변환되어 물의 증발, 흙․물․식물 및 공기의 가열에 사용된다. 그리고 최후에는 장파복사로서 우주공간으로 되돌아간다. 이들 에너지 배분사이에는 에너지보존 법칙이 성립되고 있으며, 이 법칙은 작게는 한 장의 잎, 온실, 크게는 지구 그 자체에도 적용된다.
농경지 대기의 순복사에너지는 지표의 수분이 증발하고 대기의 수증기가 응결하는 물리적 과정인, 대기와 지표간의 현열(sensible heat)과 잠열(latent heat)의 교환으로부터 결정된다. 따라서 순복사 관측은 열수지 모형 등 농림업 분야에서는 매우 중요하다.
11.2 순복사의 정의
순복사는 전천복사에서 반사복사를 빼고 남은 양으로서, 일중에는 전천복사량이 크고, 야간에는 반사복사량이 크게 나타난다.
11.3 순복사 센서
순복사 센서는 순수 복사열의 정확한 측정을 위해 사용하며, 여기서 대기의 상부와 하부의 복사를 일반적인 측정점을 기준으로 나누어 측정한다. 순복사는 복사파 파장이 0.3～30 ㎛ 사이의 모든 수평 지표면의 복사열을 측정하기 위해 사용한다. 위로 향한 수신판은 지표복사 중 장파와 단파를 대기온도(대기복사)에 따라서 측정한다.
아래로 향한 수신판(복사열 수집판)은 지표면의 온도(열반사)를 통해서 복사열을
측정한다. 이 두 개의 수신판은 전천복사, 반사복사의 두 가지 다른 출력단으로 그 측정값이 출력된다. 신호의 형태는 0～10 mV 정도의 전압값이며, 그
제 12 장 조도 관측 12.1 조도관측의 목적
조도는 녹색식물의 생명을 유지하는데 가장 중요한 요인으로 광합성, 일장 반응, 형태형성, 생리 등 생육반응에 결정적인 작용을 한다. 따라서 조도가 높은 여름철에는 농작물의 생육이 왕성하지만, 장마철이나 동절기에는 조도가 낮아 생육저조 또는 병해충 발생의 원인이 되기도 한다.
또한 농작물은 가로등의 밝은 빛 때문에 밤에도 위로 자라는 영양성장만 하고 꽃이 피고 열매를 맺는 생식성장을 하지 못하는 등 정상적인 생육에 지장을 받아 수확량에 영향을 미치므로 조도관측은 일사량과 일조시간과 함께 농업 분야에서 중요하다.
12.2 조도의 정의
조도란 광원에 의해 빛을 받는 장소의 밝기를 말한다. 즉, 단위넓이를 비추는 광선속(光線束)으로 나타내며, 단위는 룩스(Lux)이다. 조도는 빛을 받고 있는 면이 광원에서 멀어질수록, 또 면이 빛의 방향에 대하여 기울어져 있을수록 작아진다.
12.3 조도 센서
조도 센서는 증폭기와 함께 사용되며 케이블이 동축케이블에 들어 있는 2개의 와이어선과 끝이 연결되어 있다.
신호의 형태는 0～50 ㎶의 전압 값이며 증폭기를 이용하여 이 전압 값을 읽어 0～5 V 출력을 사용한다. 즉, 0～5 V 일 때, 0～100,000 Lux를 나타낸다.
[그림 10] 조도센서
제 3 편 농업기상자동관측시스템 제 1 장 구성
농업기상관측장비(AAOS, Automated Agricultural Observing System)는 다음과 같이 센서부, 자료처리부, 자료관리부, 부대장비 및 부대설비로 구성되어 있다.
[그림 11] 농업기상자동관측시스템 구성도 1.1 센서부
기온연직분포(0.5 m, 1.5 m, 4.0 m), 습도연직분포 (0.5 m, 1.5 m, 4.0 m), 풍속연직분포 (1.5 m, 4.0 m), 지면온도, 지중온도(5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm), 철관지중온도(0.5 m, 1.0 m, 1.5 m, 3.0 m, 5.0 m), 강수량, 일조시간, 토양수분(10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm), 순복사(전천복사, 반사복사), 조도 및 차광통으로 구성되어 있다.
1.2 자료처리부
센서로부터 수신한 아날로그 신호를 정해진 처리방법에 따라 디지털 값으로 변환한 다음 자동기상관측장비 표준규격에 따른 자료구조로 편집한 후 기상실황판 및 자료관리부로 전송함은 물론 매 1분 간격으로 국지수집장치를 통하여 종합기상
1.3 자료관리부
자료관리부는 개인용컴퓨터를 이용하여 자료처리기(Data Logger)로부터 수신한 매 1분 자료를 파일구조로 저장하고, 각 요소별 관측자료를 화면에 UI(User interface) 기능의 그래픽으로 처리하여 장비작동 상태를 실시간으로 감시하고, 필요 시 누락 자료를 수동으로 전송할 수 있다.
[그림 12] 농업기상관측장비 1.4 부대장비 및 부대설비
1.4.1 전원공급장치
입력전압은 AC Free Volt, 출력전압은 DC 12 V의 안정된 전원공급과 장비를 72시간 이상 가동할 수 있는 충전기 및 배터리를 설치하여야 한다.
1.4.2 국지수집장치
현재 사용되고 있는 국지수집장치는 연결된 AAOS의 자료를 매분마다 수집하여 종합기상정보시스템으로 전송하는 역할을 한다. 또한 기상청 표준시각시스템 (Network Time Protocol)으로부터 표준시각을 받아 해당 AAOS의 시각을 동기화하고, 전압 및 센서상태 감시, 자료수집상태, 원격제어 등을 수행한다.
제 2 장 자료처리부의 기능
2.1 기온(초상, 지면온도 포함)자료 처리
기온자료는 아래의 방법으로 처리한다.
(1) 기온센서가 출력하는 아날로그 신호를 10초마다 수신하여 디지털 값으로 변환한 것을 순간자료로 한다.
(2) 1분내 수신된 6개의 순간자료를 산술 평균한 것을 1분 자료로 한다.
2.2 지중온도자료 처리
지중온도 자료는 아래의 방법으로 처리한다.
(1) 센서가 출력하는 아날로그 신호를 10초마다 수신하여 디지털 값으로 변환한 것을 순간자료로 한다.
(2) 1분내 수신된 6개의 순간자료를 산술 평균한 것을 1분 자료로 한다.
2.3 습도자료 처리
습도자료는 아래의 방법으로 처리한다.
(1) 습도센서가 출력하는 아날로그 신호를 10초마다 수신하여 디지털 값으로 변환한 것을 순간자료로 한다.
(2) 1분내 수신된 6개의 순간자료를 산술 평균한 것을 1분 자료로 한다.
2.4 풍속자료 처리
풍속자료는 아래의 방법으로 처리한다.
(1) 풍속센서가 출력하는 아날로그 신호를 0.25초마다 수신하여 디지털 값으로
(1) 풍속센서가 출력하는 아날로그 신호를 0.25초마다 수신하여 디지털 값으로