동아시아 섹터별 인자들이 한반도 탄소순환에 미치는 영향

Title
동아시아 섹터별 인자들이 한반도 탄소순환에 미치는 영향
Other Titles
기후-환경 정책 방향
Authors
심창섭
Co-Author
박용하; 조광우; 전성우; 이정호; 한혜진; 김연주; 강주연; 홍지연; 김현서; 박영준; 임미영; 임희진; 남재현; 김용원
Issue Date
2011-08-31
Publisher
환경부
Series/Report No.
생태환경 이용 및 관리기술 :
Page
268 p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/21799
Keywords
이산화탄소, 수치모의, 탄소순환, 위성관측, 순일차생산량, 감축정책, 식생, carbon dioxide, model-simulation, carbon cycle, satellite data, NPP, mitigation policy, terrestrial ecosystem
Abstract
21세기에 온실가스 감축목표 설정과 이행은 각국의 경제성장과 밀접한 관계를 갖고 있으며 에너지 패러다임 전환의 주요 원인이 되고 있다. 그러나 이를 위해서는 먼저 대기 중 이산화탄소의 수지를 정량적으로 이해하는 것을 전제로 한다. 그동안 이산화탄소 수지의 거시적 이해는 배출/흡수원별로 그 양과 분포가 연구되어왔으며, 이 자료들이 이산화탄소 농도분포를 위한 수치모의에 적용될 수 있다. 최근 지구차원의 이산화탄소 증가의 원인을 정량적으로 이해하기 위해 선진국 중심으로 위성관측을 추진하고 있다. 이는 현재 매년 약 2 ppmv 가량 증가하는 지구 대기 중 이산화탄소 증가의 원인과 수지를 파악하고, 기후변화를 억제할 수 있는 만큼의 저탄소 사회로의 감축 목표를 설정할 수 있는 밑거름이 될 것이다. 본 연구는 2009년 이후 가용되고 있는 이산화탄소의 위성자료와 전 세계 지상 관측망 자료를 활용하여 현재 최신의 이산화탄소 수지를 사용한 수치모의를 활용, 대기 중 이산화탄소 수지를 분석, 검증하였다. 연구결과 활용된 이산화탄소 수지자료와 모형은 위성으로 관측된 결과를 1% 정도의 계통오차와 대륙별로 비교적 높은 상관관계(R2>0.6)를 보이고 있음이 증명되었다. 또한 지역규모 대기역학 모형으로 대기 중 이산화탄소 자료의 상세화를 실시한 결과 한반도의 대기 중 이산화탄소의 계절변화는 국내 배출/흡수원보다 이보다 훨씬 큰 중국 등 동아시아 대륙의 배출/흡수원의 영향을 지배적으로 받아 국내 저탄소 정책은 한반도 대기의 이산화탄소 농도에 큰 영향을 미치지 못할 것으로 예상되었다. 또한 검증받은 수치모의 결과, 알래스카 등 극지방의 대기 중 이산화탄소 농도 중 화석연료에 의한 증가는 전 지구 평균보다 빠르게 진행되고 있으며 이는 중위도 중심의 화석연료 연소에 의한 이산화탄소 배출이 극지방의 온실가스 증가에 크게 기여하여 현재 기후변화 현상에 크게 영향을 주고 있음이 증명되었다. 식생은 이산화탄소의 가장 중요한 흡수원이다. 본 연구는 26년간의 위성자료를 바탕으로 (AVHRR, MODIS) 남한지역의 식생의 탄소흡수능의 척도 중 하나인 순일차생산량을 변화 추이를 분석하였다. 그 결과 남한지역은 26년 동안 평균 약 2 ~ 6 g·C/m2/yr 씩 꾸준히 순일차생산량이 증가하고 있음을 알 수 있었다. 이것은 1970년대 이후 국가적인 조림사업의 성공이 주된 원인 일 수 있으나 2000년대 이후의 증가는 생육기간 중의 평균기온이 증가하는 등 기후변화의 영향이 있는 것으로 상관관계 분석결과 나타났다. 또한 탄소 흡수 능력은 남한지역의 산간지역이 뚜렷이 크지만 흡수능의 증가율은 농업지역에서 눈에 띄게 증가하였는데 이것은 농업 생산성의 증가와 관련이 있는 것으로 사료된다. 분석된 위성기반의 식물 순 일차 생산량은 청주, 여수지역에서의 지상 측정 등으로 간접 비교 되었으며 위성기반의 자료가 실측자료와 정량적 유사성을 발견할 수 있었다. 최근 구축된 국내 온실가스 배출량 자료와 함께, 위성기반의 식물 순일차생산량을 동시에 분석하면 지역별 배출과 흡수원을 동시에 고려한 현실적 광역 지자체별 저탄소 정책을 논의할 수 있다. 이는 중앙정부 주도의 배출량만을 기준으로 한 획일적인 감축안을 개선하여 식생을 주요 탄소원으로 활용하는 과학적인 저탄소 정책을 추진하는데 밑거름이 될 수 있다.


The establishment of a global mitigation target is closely related to global economic growth, and it is considered the main driving force towards a new paradigm of energy use. However, we must first quantitatively understand the budget of global carbon to support the mitigation policy. Since space-born measurements of global CO2 distribution were conducted, interests in CO2 budget analysis have grown. Here we simulated global CO2 distribution to estimate individual sources/sinks contributions. The chemical transport model was used to simulate global CO2 distributions with updated global sources/sinks inventories. The model simulated CO2 amounts were compared with recent satellite CO2 measurements from 2009. The seasonal cycles of CO2 concentration were compared, and a systemic positive bias in the modeled data(~1%) were found; but the regional patterns of CO2 distribution are mostly explained by the model(R2>0.6). In addition, the modeled CO2 have fairly good correlation with ground measurements from WDCGG (World Data Center for Greenhouse Gases). We estimated the source/sink contributions to global atmospheric CO2 budget using a tagged simulation technique, and fossil fuel combustion is the main driving force of the current atmospheric CO2 trend(2 ppmv/yr). In particular, the CO2 from fossil fuel combustion has a bigger contribution over the Arctic region(e.g., Alaska) than the global average, indicating that the fossil fuel use in the mid-latitudes seriously affects the CO2 increase in the Arctic region. We further downscaled the atmospheric CO2 budget over East Asia with a regional 3-D transport model, and we found that the continental carbon sources/sinks mainly controls the seasonal distribution of CO2 over the Korean peninsula, implying that domestic mitigation policies may not have improved the CO2 concentration over Korea. We analyzed the long-term net primary production (an indicator of carbon uptake from terrestrial ecosystem) from satellite based data (AVHRR, MODIS) from 1981 to 2006. The higher NPP values over South Korea are related to the regions with higher biomass (e.g., mountains) and higher annual temperature. The interannual trend is 2~6 g·C/m2/yr over South Korea, which is likely due to the country's successful reforestation policy since 1970s and partly due to the increased temperature in the country, particularly during the growing seasons. The NPP data retrieved from the satellites explains reasonably well the ground based measurements at the sites located in Cheong-ju and Yeo-su. The satellite based NPP data are sampled for 16 local districts in South Korea, and it can be useful to support the low-carbon policy with a national CO2 inventory, which can be a scientific mitigation policy support for Korea in the 21st century.

Table Of Contents

제1장 서론
제1절 과업의 개요
1. 과업의 배경과 목적
2. 동아시아 지역의 온실가스 배출 현황
3. 연구개발의 국내외 현황
4. 과업의 내용과 범위

제2장 동아시아지역의 이산화탄소 수지 수치모의
제1절 이산화탄소 수치모의
1. 주요 이산화탄소 배출/흡수원
2. GEOS-Chem을 활용한 대기 중 이산화탄소 모의
3. 지역규모 모형을 활용한 다운스케일링
제2절 위성관측을 활용한 이산화탄소 수지의 검증
1. 현재 이산화탄소 위성 감시체계 동향
2. GOSAT 이산화탄소 위성관측과 수치모의의 검증
3. 위성관측의 활용상 이슈
제3절 동아시아의 인자별 탄소수지의 영향 (기여도)
1. 전 지구 차원에서의 인자별 탄소수지 기여도
2. 동아시아 지역에서의 인자별 탄소수지의 영향
3. 국내 지자체별 대기 중 탄소수지 현황
4. 장거리 수송에 의한 극지방에서의 영향 (Alaska 지역 사례)

제3장 식생의 순일차생산량 변화와 기후인자와의 관계
제1절 육상생태계의 토양호흡과 탄소 플럭스 측정
1. 토양호흡의 개론
2. 생태학적 방법에 의한 탄소플럭스의 측정
제2절 순일차생산량의 한반도 지상관측
1. 개요
2. 지상 측정 방법 (연구방법)
3. 국내 순일차생산량 측정 결과
4. 결과 토의
제3절 한반도 장기 NPP 위성자료 분석과 기후인자와의 관계
1. NPP위성자료와 도출 알고리즘
2. 장기 위성자료에 근거한 한반도 NPP 변화
3. 한반도 NPP 변화에 영향을 미치는 기후요소
제4절 Remote Region (알래스카 지역)의 순일차생산량 변화
1. 극지방에서의 토양호흡 등 생태계 탄소수지 관련 연구 성과
2. 알래스카 지역의 AVHRR/MODIS 자료 추이 분석

제4장 동아시아 지역의 대기 중 일산화탄소의 영향
제1절 동아시아 지역의 일산화탄소 분포와 수치모의
1. 서론
2. 수치모의 및 위성관측
3. 동아시아 지역의 일산화탄소 현황과 원인분석
제2절 탄소수지 정량화를 위한 인버스 모델링 응용방안
1. 인버스 모델의 개요
2. 인버스 모델에서의 관련 오차
3. 인버스 모델의 활용방안

제5장 정책적 제언 및 토의
제1절 동아시아 섹터별 인자들이 한반도 탄소순환에 미치는 영향
1. 국내 저탄소 사회 실현을 위한 감축 및 적응 방향
2. 결론

제6장 참고문헌

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