Estimations and Long-term Trend of Sea-to-air Dimethyl Sulfide (DMS) Flux using Satellite Observation Data

Article

http://dx.doi.org/10.4217/OPR.2017.39.3.181

인공위성 관측 자료를 이용한 해양-대기 DMS flux 추정 및 장기 추세 분석

최유나

· 송상근

· 한승범

· 손영백

· 박연희

1제주대학교 해양과학대학 지구해양과학과 (63243) 제주특별자치도 제주시 제주대학로 102

2한국해양과학기술원 제주국제해양과학연구·지원센터 (63349) 제주특별자치도 제주시 구좌읍 일주동로 2670

Estimations and Long-term Trend of Sea-to-air Dimethyl Sulfide (DMS) Flux using Satellite Observation Data

Yu-Na Choi

, Sang-Keun Song

, Seung-Beom Han

, Young-Baek Son

, and Yeon-Hee Park

1Department of Earth and Marine Sciences, College of Ocean Sciences Jeju National University, Jeju 63243, Korea

2Jeju International Marine Science Research & Logistics Center, KOST Jeju 63349, Korea

Abstract : The long-term linear trend of global sea-to-air dimethyl sulfide (DMS) flux was analyzed over a 16-year time span (2000~2015), based on satellite observation data. The emission rates of DMS (i.e. DMS flux) in the global ocean were estimated from sea surface DMS concentrations, which were constructed with chlorophyll a (Chl-a) concentrations and mixed layer depths (MLD), and transfer velocity from sea to air, which was parameterized with sea surface wind (SSW) and sea surface temperature (SST). In general, the DMS flux in the global ocean exhibited a gradual decreasing pattern from 2000 (a total of 12.1 Tg/yr) to 2015 (10.7 Tg/yr). For the latitude band (10

interval between 0

and 60

), the DMS flux at the low latitude of the Northern (NH) and Southern hemisphere (SH) was significantly higher than that at the middle latitude. The seasonal mean DMS flux was highest in winter followed by in summer in both hemispheres. From the long- term analysis with the Mann-Kendall (MK) statistical test, a clear downward trend of DMS flux was predicted to be broad over the global ocean during the study period (NH: −0.001~−0.036 µmol/m

/day per year, SH: −0.011~−0.051 µmol/m

/day per year). These trend values were statistically significant (p < 0.05) for most of the latitude bands. The magnitude of the downward trend of DMS flux at the low latitude in the NH was somewhat higher than that at the middle latitude during most seasons, and vice versa for the SH. The spatio-temporal characteristics of DMS flux and its long-term trend were likely to be primarily affected not only by the SSW (high positive correlation of r = 0.687) but also in part by the SST (r = 0.685).

Key words : sea-to-air DMS flux, long-term trend, SSW, SST, global ocean, Mann-kendall test

1. 서 론

일반적으로, 대기 중에 존재하는 황화합물은 인위적인

배출원에 의한 기원과 자연적인 배출원에 의한 기원으로 크게 구분할 수 있다. 인위적으로 배출되는 황화합물은 주로 산업 활동에 의해 발생되고 대체로 산화도가 높은 이산화황(SO

)이 대표적이다(Varhelyi 1985). 반면, 자연 적으로 배출되는 황화합물은 대개 해양 및 토양환경계에

*Corresponding author. E-mail : [email protected]

존재하는 미생물들의 대사과정 등에 의해 발생하며, 높은 휘발성을 띈 환원 황화합물인 것으로 밝혀졌다(Bates et al. 1992). 여러 종류의 환원 황화합물 중에서 매우 큰 비 중을 차지하는 것은 주로 식물성 플랑크톤에 의해 직접 배출되거나(Lovelock et al. 1972), 일부 동물성 플랑크톤 에 의해 포획되는 과정에서 분해·배출되는(Dacey and Blough 1987; Andreae and Crutzen 1997) 황화디메틸 (dimethyl sulfide, DMS) 이며, 이는 자연적으로 배출되는 황화합물의 약 90% 이상인 것으로 알려져 있다(김 등 2002; Erickson et al. 1990; Bates et al. 1992). 이러한 자 연적 기원의 황화합물인 DMS의 절대량은 주로 해수면에 서 대기로의 교환 작용의 형태로 배출(즉, DMS flux)되 고 있다(Kim and Andreae 1992).

해양에서 대기로 배출된 DMS는 화학적으로 불안정하 기 때문에, OH 라디칼(주로 낮 시간대)과 NO

라디칼(주 로 야간 시간대)과 반응하여 수 시간 또는 수일 내에 산 화되어 빠르게 소멸된다(Kim and Andreae 1992; Koch et al. 1999). DMS 는 이러한 산화과정을 통해 이산화황 (SO

) 이나 메탄술폰산(methanesulfonic acid, MSA)로 변 환되고, 이는 다시 산화하여 삼산화황(SO

) 으로 된 후, 최 종적으로 황산(H

SO

)을 생성시켜 강수의 산도를 조절하 는데 직접적으로 영향을 주거나(Nguyen et al. 1990), 또 는 황산염(sulfate, SO

) 을 형성할 수 있다(Hobbs 1993).

이러한 황산염입자는 구름 응결핵 역할을 하여 간접적으 로 구름의 특성(예, 구름 알베도)과 수명을 변화시켜 결국 지구복사 수지 및 기후변화에 큰 영향을 미친다(Charlson et al. 1987; Bellouin et al. 2005; Stefels et al. 2007).

과거에는 물론 오늘날에 이르기까지 해양 및 대기에서 의 DMS 중요성을 인식하여 국내외적으로 지속적인 관심 과 함께 다양한 연구가 수행되어 왔다. Lana et al. (2011) 의 연구에서는 NOAA-Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL) (http://saga.pmel.noaa.gov/dms/) 에서 전 지구의 여러 해역을 대상으로 측정한 장기간(1972년 3월~2009년 2월)의 DMS 관련 자료를 이용하여 DMS 농 도 및 DMS flux 분포를 분석하였다. 대부분 중·고위도 해역과 일부 연안지역에서 고농도 DMS(최고 7 nM)가 나타난 반면, DMS flux는 북반구 저위도(약 2.6 Tg/yr)와 남반구 저·중위도(약 2.8 Tg/yr) 사이에서 높게 산출되었 다. Marandino et al. (2009)에 따르면, 2006년 1월 동부 남태평양에서 측정한 평균 DMS 농도는 3.8 ± 2.2 nM로 나타났으며, 이를 이용하여 산출된 해양-대기 DMS flux 는 대상영역 전체 해역에서 균일하게 분포하였다(평균 12 ± 15 μmol/m

/day). 이외에도, 2000~2100년 동안 기 후변화시나리오(IPCC SRES A1B)에 근거한 해양 및 대 기 DMS 수치모의 결과에 따르면(Kloster et al. 2007), 과 거 1861~1890년에 비해 미래 2061~2090년의 DMS flux

가 약 10% 감소하는 것으로 전망되었다. 이는 지구온난 화로 인해 미래 기후가 따뜻해질수록 DMS 생성량이 감 소한다는 것을 시사한다.

DMS와 관련된 국내연구를 보면, 1996년 1월(10일간) 에 경남 마산만의 돝섬지역을 중심으로 관측한 평균 해수 DMS 농도는 4 ± 3.4 nM이었으며(김 등 1996), 이는 일반 적인 연안해수의 DMS 평균농도(2.8 nM)와 유사한 수준 이었다(Andreae 1990). 또한 김 등 (1996)의 연구에서 관 측된 DMS 농도를 통해 계산된 DMS flux는 평균 3.1 ± 6.8 μmol/m

/day이었으며, 연구기간 동안 산출된 DMS flux 는 최소 0.02 μmol/m

/day 에서 최고 23 μmol/m

/day 까지 광범위하게 나타났다. 이와 같이 해수 DMS 농도 분 포에 관한 연구 외에도 대기 중 DMS 농도에 관한 다양 한 국내연구가 수행되어 왔다. 1999년 4월과 9월에 2번에 걸쳐 우리나라 황해 덕적도에서 관측된 대기 중 DMS 농 도는 각각 24.0 ± 40.5와 61.1 ± 37.9 pptv로 나타났으며, 같은 해 6월에 청도-인천간 해상실험에서의 대기 중 DMS 농도는 3.6 ± 3.3 pptv로 관측되었다(김 등 2000).

여기서 덕적도 연안과 해상실험에서 관측된 DMS 농도 분포는 매우 불규칙한 양상을 보였는데, 이것은 공간적인 차이로 인한 해상에서 급변하는 기상조건(기온, 풍향·풍 속 등)의 영향이 크게 작용한 것으로 추정된다. 이와 같이 국내의 여러 해역 및 연안에서 DMS와 관련된 다양한 연 구가 진행되었지만, 대부분 짧은 기간의 국지적 특정 해 역에 대한 연구로 국한되어 왔다.

앞서 언급한바와 같이, 해양-대기 DMS flux로부터 형 성되는 황 에어로졸은 지구복사 수지 및 기후변화에 큰 영향을 미치기 때문에, 이와 관련하여 DMS 농도의 장기 관측, DMS flux 산출 및 장기 추세, DMS 관련 에어로졸 (DMS-related aerosol)에 따른 복사효과 및 기후변화 추정 등의 보다 체계적이고 지속적인 연구가 필요한 시점이다.

한편, 해수 DMS 농도 관측의 시·공간적인 한계로 인해 넓은 해역에서 해양-대기 DMS flux의 장기 추세 등의 연 구는 어려운 실정이다. 이에 기초 연구로서, 과거 16년간 (2000~2015 년) 인공위성 관측 자료를 이용하여 공간적으 로 넓은 해역을 포함하는 전 지구 해양-대기 DMS flux를 산출하였다. 이를 이용하여 DMS flux의 장기간 시간적 변화(연변화, 월변화 등) 및 장기 선형추세(linear trend), 그리고 보다 상세한 분석을 위해 전 지구를 위도별(10

간격)로 구분하여 DMS flux의 공간분포 변화 및 원인을 살펴보았다.

2. 재료 및 방법

연구기간, 자료 및 방법

본 연구에서는 지난 16년간(2000~2015년) 전 지구

DMS flux 의 장기간 시간적 변화, 장기 선형추세, 그리고 위도별 공간분포 변화를 분석하기 위해, 전 지구 영역의 인공위성 관측(월별 자료) 및 모델링 자료(월별 자료)를 이용하여 해수 중 DMS가 대기 중으로 배출되는 생성량, 즉 DMS flux의 시·공간적 분포를 산출하였다. DMS flux 를 산출하기 위해서는 클로로필 a(chlorophyll a, Chl-a), 혼합층 깊이(mixed layer depth, MLD), 해상 10 m 풍속 (sea surface wind, SSW) 과 해수면 온도(sea surface temperature, SST) 등의 자료가 필요하며, 정량적 산출방 법에 대한 자세한 설명은 식 (1)~식 (3)에 기술하였다. 이 와 같이 산출된 DMS flux를 이용하여 전 지구 북반구와 남반구의 DMS flux 연변화의 시·공간적 분포를 분석하였 으며, 여러 주요 요소(DMS와 SSW 등)와 DMS flux 사 이의 관계를 살펴보았다. 또한 전 지구 DMS flux의 위도 별 변화를 시·공간적(연변화, 월/계절 변화 등)으로 분석 하기 위하여, 대상영역의 북반구와 남반구 0

~60

사이를 각각 위도 10

간격으로 구분하였다. 즉, 북반구는 0

~10

N, 10

~20

N, 20

~30

N, 30

~40

N, 40

~50

N, 50

~60

N이고, 남반구는 0

~10

S, 10

~20

S, 20

~30

S, 30

~40

S, 40

~50

S, 50

~60

S이다. 여기서, 북반구 및 남반구의 60

이상 고위도(극지방 포함)는 여름철을 제외 하고 대부분 얼음으로 덮혀 있는 지역이 많아 SST와 Chl-a 자료가 제한적이므로 본 연구의 분석에서 제외하였 다. 이외에도, DMS flux의 위도 구간별 변화에 영향을 주 는 주요 원인을 추정하기 위하여, DMS flux 산출에 이 용된 Chl-a 농도, SSW, SST 등의 변화를 추가로 분석하 였다.

연구기간 동안(2000~2015년) DMS flux의 장기 선형 추세를 분석하기 위해, 전 지구 대상영역의 위경도 격자 별로 산출된 월별 DMS flux를 이용하여 해당 격자별로 각각의 기울기(slope)를 계산하고 이를 공간적으로 표출 하였다. 즉, 이러한 장기간 선형추세는 월별 DMS flux 자 료를 이용하여 단변수 선형회귀법(single variable linear regression) 으로 계산하였다. 이외에도, 전 지구 DMS flux 의 일반적인 연평균 증가율을 산정하기 위하여 연구기간 동안 계산된 DMS flux 자료를 이용하였으며, 통계적 방 법인 Mann-kendall (MK) 검정법을 통해 살펴보았다.

MK 검정법은 증가와 감소 추세를 반복하는 자료의 경향 성을 분석하기 위해 주로 적용되는 방법으로, 선형 추세 의 기울기(slope), 즉 평균 증가율을 추정하기 위하여 이용 되는 방법이다(Simmonds et al. 2004; Anttila et al. 2010).

해양에서 대기로의 DMS flux 산출방법

일반적으로, 해수는 DMS에 과포화 되어 있기 때문에 그 절대량이 해양에서 대기로의 교환 작용의 형태(예, DMS flux) 로 배출되고 있다(Archer et al. 2010). 즉

DMS flux 는 해수 표면의 DMS 농도와 해양에서 대기로 의 전달속도(transfer velocity)를 이용하여 산출하며 다음 과 같다.

F

= k

[DMS]

(1)

여기서, F

는 해수에서 대기로의 DMS flux(단위:

μmol/m

/day)를 나타내며, [DMS]

는 해수 중 DMS 농도 (nM), k

는 해양에서 대기로의 전달속도(m/s)를 나타낸 다. 해수 중 DMS 농도는 주로 Chl-a 농도(mg/m

) 와 MLD (m)를 이용한 DMS 경험적 알고리즘을 통해서 추 정되며, MLD는 해수 특성이 수직적으로 균질하게 혼합 된 층의 깊이를 의미한다. DMS 농도를 산정하기 위한 상 세한 추정식은 다음과 같다(Simó and Dachs 2002;

Gabric et al. 2004).

[DMS]

= −Ln(MLD) + 5.7 Chl-a/MLD < 0.02 (2a) [DMS]

= 55.8(Chl-a/MLD) + 0.6 Chl-a/MLD ≥ 0.02 (2b) 여기서, 연구기간 동안(2000~2015년) DMS 농도를 추 정하기 위해 이용된 Chl-a 자료는 NASA(https://oceancolor.

gsfc.nasa.gov/) 에서 제공하는 해색위성의 반사도 자료 (Remote-sensing reflectance, 9 km 해상도)를 이용한 동 일 Chl 알고리즘(OC4V6, https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/

REPROCESSSING/R2009/ocv6) 을 적용하여 장기간의 Chl 자료를 생성하였다. 즉, 초기 3년간(2000~2002)은 Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor (SeaWIFS)의 반사도 자료를, 이후 13년간(2003~2015년)은 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 의 반사도 자료를 이용하여 전체 연구기간 동안의 Chl-a 농도를 산 출하였다. 한편, 해양-대기 전달속도(k

, 식 (3) 참조) 계 산에 필요한 SSW의 공간해상도가 25 km이므로 9 km 해 상도의 Chl-a 자료를 이와 동일한 해상도로 맞추기 위해, NASA에서 제공하는 SeaWiFS Data Analysis System (SeaDAS) 를 사용하여 25 km 해상도의 Standard Mapped Image (SMI) 격자 자료로 재계산하였다(McClain et al 2004; IOCCG 2004, 2007).

DMS 농도 추정을 위해 필요한 MLD 자료는 Ocean Productivity 웹사이트에서 제공하고 있는 여러 모델의 모 델링 결과 자료를 이용하였다(http://orca.science.oregonstate.

edu/1080.by.2160.monthly.hdf.mld.hycom.php). 각 모델마

다 계산된 MLD 자료의 활용에 제한이 있어 연구기간 내

서로 다르게 이용하였다. 즉, 2000년 1월~2004년 12월의

MLD는 Simple Ocean Data Assimilation (SODA)의 자

료를, 2005년 7월~2008년 12월은 The Fleet Numerical

Meteorology and Oceanography Center (FNMOC)의 자

료를, 2009년 1월~2015년 12월은 HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM)의 자료를 이용하였다. 2005년 1월~6월까지는 MLD 자료의 부재로 인해 최종적으로 이 기간 동안의 DMS 농도는 물론 DMS flux를 산출할 수 없기 때문에 분석에서 제외하였다. Ocean Productivity 웹 사이트에서는 수평해상도 1/6

의 MLD 자료를 월별로 제 공하고 있으며, 자료의 포맷은 HDF 형식이다. 즉, DMS 농도 산출에 필요한 MLD와 Chl-a 자료의 수평해상도(각 각 1/6

와 25 km)가 서로 다르므로 이를 일치시키는 과정 이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 컴퓨터 프로그램(예, MATLAB, FORTRAN 등)을 이용하여 MLD의 수평해상 도 1/6

를 25 km로 전환하여 최종적으로 DMS 농도 산출 에 이용하였다.

해양에서 대기로의 전달속도 k

(식 (1))는 일반적으로 해상 10 m에서의 풍속(w)인 해상풍(SSW)과 분자확산도 (Schimidt number, Sc) 자료를 이용하여 산출된다(Liss and Merlivat 1986; Wanninkhof 1992; Gabric et al.

1995, 1996). 분자확산도 Sc는 해수면 온도 SST를 이용 하여 계산된다(Saltzman et al. 1993). 본 연구에서는 k

를 산출하기 위하여 Liss and Merlivat (1986)에서 제시한 아래의 추정식을 이용하였다.

k

= α0.17w w ≤ 3.6 (3a)

k

= β(2.85w − 10.3) + 0.61α 3.6 < w ≤ 13 (3b) k

= β(5.9w − 49.9)+0.61α w > 13 (3c)

여기서, α = (600/Sc)

, β = (600/Sc)

, Sc = 2674.0 − 147.12(T) + 3.726(T)

− 0.038(T)

를 나타낸다. 연구기간 동안(2000~2015년)의 SST 자료는 MODIS 자료의 한계 로 인해, 초기 2000~2002년은 NOAA Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) 자료, 2003~2015년 은 MODIS 자료를 이용하였다(9 km 해상도). SSW의 경 우, 2000~2007년은 Quick Scatterometer (QuikSCAT)에 서, 이후 센서 고장으로 인해 2008~2015년은 Advanced Scatterometer (ASCAT)에서 관측한 자료를 이용하였는데, 이 자료는 IFREMER (ftp://ftp.ifremer.fr)에서 제공하는 Level 3 자료로 공간해상도는 25 km이다. Chl-a와 마찬가 지로, 9 km 해상도의 SST 자료도 SSW 자료와 공간해상 도(25 km)를 맞추기 위해, NASA SeaDAS 프로그램을 사 용하여 25 km 해상도의 SMI 격자 자료로 재산정하였다 (McClain et al. 2004; IOCCG 2004, 2007). 최종적으로, 이와 같이 계산된 해양에서 대기로의 전달속도 k

와 해수 중 DMS 농도([DMS]

)를 곱하여 DMS flux(식 (1))를 산 정하였다.

3. 결과 및 토의

DMS flux의 연변화 특성

본 연구에서는 식 (1)에서 제시한 DMS flux 추정식을 적용하여 과거 2000~2015년까지 총 16년간 전 지구 영 역에 대해 월별로 DMS flux를 추정하였다. Fig. 1은 연구 기간 중 5년 간격(2000년, 2006년, 2010년, 2015년)의 연

Fig. 1. Spatial distributions of annual mean DMS flux (µmol/m

/day) over a five-year interval (the years of 2000,

2006, 2010, and 2015). The spatial distribution of DMS flux in 2005 was replaced by that in 2006 due to the

unavailability of MLD during January through June in 2005

Fig. 2. Yearly variations of DMS flux, Chl-a, SSW, and SST for each latitude band (10

interval) during the study

period (2000~2015). Their values in 2005 were excluded due to the unavailability of MLD during January

through June in 2005

평균 DMS flux의 공간분포를 나타낸다. 앞서 언급한 바 와 같이, 2005년에는 6개월 동안의 자료가 없는 관계로 2005 년의 DMS flux 공간분포는 2006년으로 대체하여 나 타냈다. 2000년의 총 DMS flux는 약 12.1 Tg/yr이었으 며, 2006년과 2010년은 각각 12.5와 12.9 Tg/yr으로 약간 증가하다가 다시 2015년에는 10.7 Tg/yr으로 다소 큰 폭 으로 감소하였다. 본 연구의 결과는 1972~1998년 동안 전 지구의 여러 해역에서 추정된 DMS flux 15.0 Tg/yr (Kettle and Andreae 2000), 1972~2009 년 동안의 DMS flux 17.6 Tg/yr (Lana et al. 2011)보다 약간 낮게 나타났 다. 선행연구에서는 본 연구와 달리 DMS 농도의 측정 자 료를 이용하여 최종 DMS flux를 산출하였고, 또한 전체 해역이 아니라는 공간적 차이(본 연구는 격자별 전체 해 역)로 인해 이러한 flux 차이가 나타난 것으로 추정된다.

연도별 공간분포를 보면(Fig. 1), 대부분 남미 대륙 북 쪽에 위치한 카리브해 주변(0

~20

N, 45

~75

W), 아프 리카 북서부의 대서양 연안에 위치한 모리타니아 주변 (10

~25

N, 15

~30

W), 서남아시아 아라비아해 주변 (0

~20

N, 40

~60

E) 에서 DMS flux가 가장 높게 나타났 다. 다음으로 아프리카와 오세아니아 사이의 인도양(10

~ 25

S, 60

~105

E), 남미 대륙 서쪽 연안(0

~20

S, 70

~ 100

W), 북태평양의 저위도 부근(10

~20

N, 130

~ 170

W) 에서 높게 추정되었다. 특히, 2006년과 2015년도에서는 카리브해 주변에서 DMS flux가 가장 높게 추정되어, 같 은 해역 2010년의 DMS flux에 비해 오히려 증가하는 경 향을 보였다. 그 외 여러 해역에서도 2010년에서 2015년

으로 올수록 감소하는 경향이 현저하게 나타나고 있다.

본 연구에서의 이러한 공간분포는 1972~1998년 동안 전 지구의 여러 해역에서 추정된 DMS flux의 연평균 분포 와 서로 유사한 패턴을 보였다(Kettle and Andreae 2000;

Kloster et al. 2006).

Fig. 2는 2000~2015년 동안의 위도 구간별(10

간격) DMS flux 및 관련 요소(Chl-a, SSW, SST)의 연변화 시 계열을 나타낸다. 전반적으로, 연구기간 동안 DMS flux 는 증가와 감소를 반복하지만 미세하게 감소하는 경향을 보이고 있다. 연도별로는 북반구에서 2007년에 약 2.23 ± 3.04 μmol/m

/day 으로, 남반구에서는 2001년에 약 2.05 ± 1.61 μmol/m

/day으로 가장 높게 나타난 반면, 북반구와 남반구 모두 2015년에 각각 1.64 ± 2.16 μmol/m

/day와 1.53 ± 1.57 μmol/m

/day 으로 가장 낮게 추정되었다. 또한 두 반구 모두 저위도(두 반구의 0

~30

사이)에서 DMS flux가 높은 편이고, 중위도 60

에 가까이 갈수록(30

~ 40

S 제외) 대체로 낮게 추정되었다(Fig. 2와 Table 1). 예 를 들어, 북반구의 DMS flux는 10

~20

N 구간에서 2006 년과 2007년에 각각 4.19 ± 2.69와 4.13 ± 3.13 μmol/m

/ day로 가장 높았고, 다음으로 같은 위도 구간에서 2002년 과 2008년에 각각 4.08 ± 2.29와 3.94 ± 3.04 μmol/m

/day 로 나타났다. 가장 낮은 DMS flux는 50

~60

N 구간에서 2009 년에 0.36 ± 0.58 μmol/m

/day이었다. 남반구는 10

~ 20

N 구간에서 북반구와 같은 연도인 2006년과 2007년 에 각각 3.69 ± 1.35와 3.68 ± 1.37 μmol/m

/day 로 가장 높았고, 다음으로 2010년, 2002년, 2008년에 3.66 ± 1.19,

Table 1. Yearly variation of DMS flux for each latitude band (10

interval) during the study period (2000~2015) [A] Northern Hemisphere

Year All 0

~10

10

~20

20

~30

30

~40

40

~50

50

~60

2000 2.07 ± 3.07

2.75 ± 3.45 3.90 ± 4.74 2.04 ± 1.62 0.88 ± 0.93 0.79 ± 0.55 0.61 ± 0.92 2001 2.09 ± 2.39 2.75 ± 3.32 3.77 ± 2.41 2.10 ± 1.76 0.93 ± 0.99 0.92 ± 0.72 0.68 ± 0.68 2002 2.14 ± 2.25 2.86 ± 2.73 4.08 ± 2.29 2.14 ± 1.72 0.86 ± 0.67 0.88 ± 0.61 0.42 ± 0.45 2003 1.98 ± 2.27 2.60 ± 2.85 3.73 ± 2.51 2.08 ± 1.76 0.88 ± 0.75 0.68 ± 0.49 0.44 ± 0.55 2004 1.95 ± 2.24 2.56 ± 2.95 3.63 ± 2.31 2.11 ± 1.68 0.76 ± 0.88 0.63 ± 0.35 0.59 ± 0.80

2005

- - - - - - -

2006 2.16 ± 2.89 3.05 ± 4.48 4.19 ± 2.69 2.11 ± 1.65 0.81 ± 0.77 0.71 ± 0.70 0.52 ± 0.62

2007 2.23 ± 3.04 3.22 ± 4.67 4.13 ± 3.13 2.17 ± 1.75 0.79 ± 0.97 0.81 ± 0.46 0.73 ± 0.78

2008 2.15 ± 2.99 3.02 ± 4.20 3.94 ± 3.04 2.18 ± 1.63 0.79 ± 0.90 0.56 ± 0.44 0.85 ± 2.91

2009 1.75 ± 2.14 2.31 ± 2.77 3.40 ± 2.09 2.05 ± 1.83 0.53 ± 0.59 0.49 ± 0.41 0.36 ± 0.58

2010 1.89 ± 2.12 2.63 ± 2.00 3.46 ± 2.98 1.91 ± 1.68 0.83 ± 0.61 0.76 ± 0.56 0.49 ± 0.60

2011 1.82 ± 1.96 2.35 ± 2.30 3.43 ± 2.06 2.09 ± 1.69 0.65 ± 0.57 0.63 ± 0.34 0.57 ± 0.76

2012 1.69 ± 2.08 2.35 ± 2.92 3.29 ± 2.02 1.76 ± 1.45 0.61 ± 0.56 0.45 ± 0.30 0.42 ± 0.48

2013 1.79 ± 1.99 2.44 ± 2.49 3.51 ± 1.88 1.89 ± 1.60 0.66 ± 0.71 0.47 ± 0.29 0.42 ± 0.47

2014 1.71 ± 2.23 2.23 ± 3.02 3.54 ± 2.30 1.73 ± 1.63 0.51 ± 0.48 0.55 ± 0.37 0.42 ± 0.77

2015 1.64 ± 2.16 1.91 ± 2.85 3.40 ± 2.41 1.89 ± 1.59 0.59 ± 0.53 0.47 ± 0.36 0.42 ± 0.54

3.65 ± 1.48, 3.64 ± 1.33 μmol/m

/day로 나타났다. 가장 낮게 나타난 위도 구간은 북반구와 달리 30

~40

S이었으 며, 그 구간에서 2015년에 0.33 ± 0.37 μmol/m

/day로 추 정되었다.

북반구 10

~20

N의 2006년과 2007년 및 2002년과 2008 년, 남반구 10

~20

N 의 2006년과 2007년 및 2010년, 2002 년, 2008년에서 DMS flux가 높게 나타난 것은 같은 해 같은 위도 구간에서 강한 SSW(6 m/s 이상)로 인한 해 양-대기 전달속도(k

) 의 증가와 높은 SST(26

C 이상)로 인한 복합적인 영향으로 추정된다. 연구기간 동안 전체 영역에서 DMS flux와 SSW 및 SST는 서로 강한 양의 상 관관계(각각 r = 0.687, r = 0.685)를 보이고 통계적으로 유의하게 나타났다(Table 2). 따라서 풍속(SSW)이 강할 수록 그리고 비교적 SST가 높을수록 해양에서 대기로의

전달속도를 증가시키게 되어 복합적인 영향으로 인해 결 국 DMS flux가 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2와 Table 2). 여러 선행연구에서도 풍속과 DMS flux가 강한 양의 상관관계를 나타낸 연구결과가 발표된 바 있다 (Saltzman et al. 1993; Andreae et al. 1994; 김 등 1997).

한편, 남반구 중위도(40

~60

S) 의 SSW 연변화는 북반구 와 달리 높은 풍속(약 6~8 m/s)이 나타났다. 이러한 강한 바람에도 불구하고 이 위도 구간의 DMS 농도 및 flux는 그렇게 높지 않았는데 이것은 이 해역에서 상대적으로 낮 은 SST로 인해 강한 SSW임에도 불구하고(Fig. 2), 해양- 대기 전달속도가 크게 감소하여 결국 DMS flux가 낮게 추정된 것으로 해석된다. 아울러 성 등 (2010)에 따르면, 대체로 풍속의 강화는 해양에서 표면혼합층의 수심이 깊 어져 표층과 저층의 혼합 깊이가 깊어지고 저층의 차가운 Table 1. Continued

[B] Southern Hemisphere

Year All 0

~10

10

~20

20

~30

30

~40

40

~50

50

~60

2000 1.97 ± 1.60

2.97 ± 2.08 3.44 ± 1.51 1.94 ± 1.59 0.62 ± 0.79 1.50 ± 0.84 1.70 ± 0.80 2001 2.05 ± 1.61 2.97 ± 2.31 3.55 ± 1.49 1.96 ± 1.33 0.61 ± 0.56 1.60 ± 0.84 1.97 ± 0.84 2002 1.97 ± 1.65 3.09 ± 2.40 3.65 ± 1.48 1.66 ± 1.29 0.65 ± 0.52 1.55 ± 0.80 1.62 ± 0.82 2003 1.88 ± 1.59 2.90 ± 2.16 3.44 ± 1.50 1.86 ± 1.46 0.54 ± 0.54 1.49 ± 0.75 1.47 ± 0.79 2004 1.90 ± 1.55 2.90 ± 2.01 3.49 ± 1.55 1.79 ± 1.45 0.59 ± 0.49 1.48 ± 0.72 1.52 ± 0.75

2005

- - - - - - -

2006 1.83 ± 1.70 3.19 ± 2.44 3.69 ± 1.35 1.78 ± 1.34 0.47 ± 0.50 1.21 ± 0.64 1.20 ± 0.67 2007 1.89 ± 1.64 3.19 ± 2.37 3.68 ± 1.37 1.97 ± 1.29 0.64 ± 0.51 1.28 ± 0.55 1.14 ± 0.52 2008 1.90 ± 1.83 3.48 ± 2.95 3.64 ± 1.33 1.73 ± 1.31 0.53 ± 0.57 1.20 ± 0.60 1.32 ± 0.65 2009 1.69 ± 1.53 2.86 ± 2.30 3.37 ± 1.32 1.52 ± 1.14 0.55 ± 0.38 1.15 ± 0.57 1.13 ± 0.54 2010 1.90 ± 1.45 2.93 ± 1.91 3.66 ± 1.19 2.08 ± 1.15 0.65 ± 0.49 1.28 ± 0.50 1.32 ± 0.46 2011 1.63 ± 1.47 2.99 ± 2.08 3.23 ± 1.22 1.62 ± 0.96 0.45 ± 0.40 0.93 ± 0.55 1.10 ± 0.39 2012 1.54 ± 1.43 2.72 ± 2.25 3.01 ± 1.17 1.60 ± 1.05 0.41 ± 0.35 0.96 ± 0.43 1.04 ± 0.37 2013 1.61 ± 1.47 2.73 ± 2.21 3.26 ± 1.23 1.57 ± 1.09 0.44 ± 0.40 1.02 ± 0.45 1.15 ± 0.38 2014 1.62 ± 1.67 2.99 ± 2.63 3.48 ± 1.30 1.60 ± 1.10 0.42 ± 0.37 0.92 ± 0.49 0.91 ± 0.43 2015 1.53 ± 1.57 2.84 ± 2.37 3.29 ± 1.22 1.48 ± 1.12 0.33 ± 0.37 0.85 ± 0.51 0.95 ± 0.42

aThe values in 2005 were excluded due to the unavailability of MLD during January through June in 2005

bMean± standard deviation

Table 2. Correlations between monthly DMS flux and the related parameters over the global ocean during the study period (2000~2015)

Parameter DMS flux [DMS] Chl-a SSW SST

DMS Flux (µmol/m

/day) (2187)

DMS concentration ([DMS], nM) 0.176

(2187)

Chlorophyll a (Chl-a, mg/m

) −0.399

0.407

(2187)

Sea surface wind (SSW, m/s) 0.687

−0.390

−0.371

(2187)

Sea surface temperature (SST,

C) 0.685

0.317

−0.565

0.106

(2187)

aNumber of data

*Correlation is significant at 0.01 level (2-tailed)

물이 표층으로 전달되는 양이 많아져서 점차 SST가 감소 한다는 연구결과가 발표된 바 있다.

저위도에서 높은 DMS flux와는 달리, Chl-a 농도의 공 간 분포는 북반구와 남반구 모두 중위도 60

에 가까이 갈 수록 높게 나타났으며, 또한 외해보다는 연안에 가까울수 록 주로 높게 나타나고 있다(그림제외). 이러한 분포는 2002 년 7월부터 현재까지 NASA에서 제공하는 전 지구 MODIS 클로로필(Chl)의 공간분포와 유사하였다(https://

earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/). 또한 DMS flux 와 Chl-a 농도 사이의 상관관계도 음의 상관(r = −0.399) 이 나타났다(Table 2). DMS flux와 Chl-a 사이의 이러한 차이는 DMS 생성에 기여하는 것이 Chl-a 농도 자체보다 는 클로로필(Chl)을 갖고 있는 와편모조류와 규조류의 종 조성비가 주요 원인이라고 밝혀진 바 있다(Keller et al.

1989; Yang et al. 2014). 즉 이러한 종 조성비에 따라 DMS 전구물질인 dimethylsulfoniopropionate (DMSP)의 생성량이 달라져 최종적으로 DMS 생성량도 달라질 수 있다. 또 한편으로 DMS flux와 Chl-a 사이의 음의 상관 은 저위도(30

이내)의 연안 인근에서 둘 다 높은 수치를 보였으나, 중위도 60

에 가까이 갈수록 DMS flux와 달리 Chl-a 농도는 상대적으로 매우 높았기 때문에 전체적으로 봤을 때 통계적 역상관이 나타난 것으로 판단된다(그림

제외). 아울러 DMS flux와 Chl-a 농도의 차이 이외에도 SSW, SST 등의 기상조건과 함께 복합적인 영향이 DMS 생성량 변화에 작용한 것으로 추정할 수 있다.

DMS flux의 월/계절 변화 특성

Fig. 2에서 DMS flux 산출 및 공간분포에 가장 큰 영 향을 주는 요소는 SSW임을 확인하였다. 따라서 연구기간 동안(2000~2015년) 위도 구간별(10

간격) DMS flux와 SSW 의 월/계절 변화를 자세히 살펴보았다(Fig. 3과 Table 3). 계절별 평균 DMS flux는 북반구에서 겨울철 > 여름철 >

가을철 > 봄철 순서이고, 남반구는 겨울철 > 여름철 > 봄 철 > 가을철 순서로 나타났다. 하지만 두 반구에서 DMS flux 월변화는 계절변화와 일부 차이를 보였다. 예를 들 어, 북반구 겨울철 12월에 2.61 ± 2.91 μmol/m

/day으로 가장 높은 DMS flux를 보였고, 다음으로 1월과 7월에 각 각 2.39 ± 3.35, 2.37 ± 3.78 μmol/m

/day이었고, 가을철 10월에 1.72 ± 2.39으로 가장 낮게 추정되었다. 남반구에 서는 북반구와 달리 여름철 6월에 2.12 ± 2.17 μmol/m

/ day으로 가장 높았으며, 다음으로 겨울철 2월과 1월에 각 각 2.05 ± 1.67, 1.95 ± 1.64 μmol/m

/day이었고, 가장 낮 게 나타난 월은 북반구와 마찬가지로 10월에 1.48 ± 1.92 μmol/m

/day 이었다.

Fig. 3. Same as Fig. 2 except for monthly variations of DMS flux and SSW

위도별로 자세히 살펴보면, 북반구 10

~20

N의 12월 에 DMS flux 4.77 ± 3.02 μmol/m

/day으로 가장 높게, 50

~60

N의 5월에 2.60 ± 2.92 μmol/m

/day으로 가장 낮 게 나타났으며(Table 3), SSW 역시 각각 같은 위도 구간 의 12월과 5~6월에 가장 강하게 그리고 가장 약하게 나 타났다(Fig. 3). 또한 북반구 10

~20

N 의 DMS flux는 12월 뿐만 아니라 1~2월, 6월, 11월에도 상대적으로 높은 DMS flux가 나타났는데, 이와 유사하게 SSW의 월변화 에서도 같은 위도 구간에서 같은 월에 SSW가 증가함으 로써 DMS flux 증가에 기여한 것으로 판단된다(Fig. 3).

아울러, DMS flux가 두 번째로 높은 0

~10

N 에서는 4월 과 10월에 감소하는 특징을 보였는데, 이는 SSW에서도 일치하는 패턴이 나타났다.

남반구의 경우, 북반구와 마찬가지로 10

~20

S 에서 6월 에 4.13 ± 1.53 μmol/m

/day으로 가장 높게 나타났으며,

Table 3. Monthly variation of DMS flux for each latitude band (10

interval) during the study period (2000~2015) [A] Northern Hemisphere

Month All 0

~10

10

~20

20

~30

30

~40

40

~50

50

~60

1 2.39 ± 3.35

3.48 ± 3.96 4.46 ± 4.52 1.32 ± 1.40 0.95 ± 0.75 0.75 ± 0.68 0.53 ± 0.78 2 2.07 ± 3.39 3.34 ± 5.23 4.08 ± 2.98 1.25 ± 1.16 0.63 ± 0.45 0.63 ± 0.49 0.73 ± 3.56 3 1.78 ± 3.02 2.75 ± 4.96 3.76 ± 2.69 1.38 ± 1.31 0.38 ± 0.45 0.43 ± 0.38 0.28 ± 0.38 4 1.78 ± 3.12 2.41 ± 4.75 3.82 ± 3.32 1.82 ± 1.95 0.40 ± 0.83 0.43 ± 0.36 0.26 ± 0.37 5 1.86 ± 2.98 2.69 ± 3.99 3.72 ± 3.22 2.04 ± 2.72 0.50 ± 1.01 0.32 ± 0.46 0.25 ± 0.78 6 2.28 ± 3.84 3.10 ± 4.03 4.62 ± 5.38 2.63 ± 3.64 0.79 ± 1.21 0.38 ± 0.59 0.33 ± 1.38 7 2.37 ± 3.78 2.92 ± 3.72 4.13 ± 5.99 3.20 ± 3.14 1.38 ± 1.57 0.67 ± 1.29 0.44 ± 0.69 8 2.23 ± 3.98 2.82 ± 3.58 3.70 ± 6.54 3.07 ± 3.84 1.21 ± 1.35 0.67 ± 1.09 0.59 ± 0.93 9 1.81 ± 2.66 2.48 ± 3.56 2.60 ± 2.92 2.47 ± 2.87 0.74 ± 1.16 0.64 ± 1.00 0.99 ± 1.06 10 1.72 ± 2.39 1.97 ± 3.03 2.72 ± 2.52 2.31 ± 2.27 0.58 ± 0.98 0.93 ± 0.69 1.09 ± 2.46 11 2.20 ± 2.58 2.36 ± 3.27 4.26 ± 2.59 2.09 ± 1.71 0.62 ± 0.61 1.01 ± 0.57 1.43 ± 3.06 12 2.61 ± 2.91 3.20 ± 3.63 4.77 ± 3.02 1.74 ± 1.69 0.93 ± 0.84 1.08 ± 0.71 -

[B] Southern Hemisphere

Month All 0

~10

10

~20

20

~30

30

~40

40

~50

50

~60

1 1.95 ± 1.64

2.49 ± 2.53 2.73 ± 1.53 2.81 ± 1.72 0.75 ± 0.99 1.83 ± 0.90 1.44 ± 0.75 2 2.05 ± 1.67 2.34 ± 2.74 2.69 ± 1.64 2.96 ± 1.75 0.99 ± 1.01 1.68 ± 0.74 1.92 ± 0.81 3 1.90 ± 1.71 2.01 ± 2.21 3.03 ± 2.04 2.76 ± 1.97 0.56 ± 0.92 1.56 ± 0.82 1.78 ± 0.65 4 1.83 ± 1.65 2.39 ± 2.23 3.53 ± 1.84 2.10 ± 1.57 0.42 ± 0.42 1.37 ± 0.61 1.52 ± 0.62 5 1.83 ± 1.86 3.21 ± 2.47 3.68 ± 1.72 1.12 ± 1.08 0.46 ± 0.33 1.15 ± 0.58 1.50 ± 1.02 6 2.12 ± 2.17 3.92 ± 2.63 4.13 ± 1.53 0.98 ± 0.95 0.54 ± 0.38 1.06 ± 0.86 -

7 1.92 ± 2.17 4.01 ± 2.79 3.85 ± 1.62 0.93 ± 0.98 0.47 ± 0.31 0.71 ± 0.59 0.74 ± 0.84 8 1.60 ± 2.16 3.95 ± 3.32 3.66 ± 1.58 0.88 ± 0.91 0.36 ± 0.29 0.50 ± 0.36 0.61 ± 0.60 9 1.49 ± 2.10 3.60 ± 3.42 3.62 ± 1.61 1.05 ± 1.03 0.31 ± 0.29 0.51 ± 0.36 0.44 ± 0.45 10 1.48 ± 1.92 2.90 ± 3.15 3.49 ± 1.59 1.40 ± 1.32 0.31 ± 0.41 0.63 ± 0.37 0.62 ± 0.50 11 1.61 ± 1.86 2.51 ± 3.31 3.42 ± 1.46 1.87 ± 1.39 0.48 ± 0.69 0.99 ± 0.44 0.83 ± 0.45 12 1.79 ± 1.78 2.51 ± 2.63 3.12 ± 1.49 2.22 ± 1.68 0.70 ± 0.93 1.54 ± 0.68 1.08 ± 1.57

aMean± standard deviation

bNot available

Fig. 4. Yearly variation of the global sea-to-air DMS flux

(µmol/m

/day) calculated in the Northern and

Southern Hemisphere during 2000~2015. The

DMS flux in 2005 was excluded due to the

unavailability of MLD for calculation the DMS

flux during January through June in 2005

30

~40

S 의 10월에 0.31 ± 0.41 μmol/m

/day 으로 가장 낮았다(Table 3). 그러나 북반구와 달리, 남반구 DMS flux 와 SSW의 위도 구간별 분포는 일부 서로 다른 패턴 을 보였다. 예를 들면, 월/계절에 관계없이 DMS flux는 위도 0

~30

S 에서 가장 높은 수치를 보이는데, SSW는 늦봄과 여름철은 위도 0

~20

S에서 높은 편이고, 늦가을 과 겨울철 그리고 이른 봄은 중위도 50

~60

S 가까이 갈 수록 강한 풍속이 나타났다(Fig. 3). 또한 월/계절에 상관 없이 남반구의 위도 30

~40

S 에서 상대적으로 매우 낮은 DMS flux 수치를 보였는데, 이것은 월/계절에 상관없이

50

~60

N 에서 주로 가장 낮은 수치를 보였던 북반구 DMS flux 분포와는 서로 다른 양상이었다. 하지만 Figs.

2~3 에서 알 수 있듯이, 전 지구 영역(북반구와 남반구)에 서 SSW가 DMS flux 시·공간 분포에 영향을 주는 주요 인자 중 하나임을 확인할 수 있었다.

DMS flux의 장기 추세

Fig. 4 는 연구기간(2000~2015년)의 전 지구(북반구와 남반구) 연평균 변화를 나타낸다. 앞서 언급했듯이 2005년 1월~6월 동안은 DMS flux 산출 자료가 없기 때문에

Fig. 5. The linear trends in DMS flux (µmol/m

/day), DMS concentration (nM), and SSW (m/s) over 2000~2015,

which were derived from single variable linear regressions of the DMS flux, DMS concentration, and SSW

using their monthly data. The dots indicate the significant values at the 90% confidence level

2005 년을 분석에서 제외하였다. 전반적으로, 총 16년 동 안 북반구와 남반구 모두 뚜렷한 감소추세를 나타내고 있 으며, 북반구(Q = −0.029 μmol/m

/day per year)와 남반 구(Q = −0.030 μmol/m

/day per year) 의 감소추세는 거의 유사하였다(Table 4). 한편, 남반구에 비해 대체로 북반구 의 연평균 DMS flux가 다소 높았으며(Fig. 4), 공간적으 로는 외해보다 저위도 연안지역에 가까울수록 높은 수치 의 DMS flux가 나타났다(Fig. 1). 이것은 외해보다 연안 으로 올수록 수심이 낮고 영양염이 풍부하므로 이로 인해 연안에서의 일차생산력 및 Chl-a 농도가 외해보다 높아져 결국 DMS 농도 역시 연안으로 올수록 높아진 것으로 추 정된다(장 등 2005; Yang et al. 2014). 따라서 연안지역 및 남반구보다 육지가 많은 북반구에서의 DMS flux는 상대적으로 많은 양의 DMS 농도와 밀접한 관련이 있음 을 추정할 수 있다.

DMS flux의 장기간 추세를 공간적으로 살펴보기 위하 여, 총 16년간(2000~2015년) 전 지구 위경도 격자별로 산출된 월별 DMS flux 자료를 이용해서 해당 격자별로 각각의 기울기(slope)를 산출하였다(Fig. 5). 그림에서 점 (dot)으로 표시한 값은 90% 신뢰구간에서의 통계적 유의 성을 나타낸다. 전반적으로 북반구와 남반구 모두 대부분 해역에서 DMS flux의 감소추세가 넓게 분포하고 있는 것을 확인할 수 있다. 그러나 두 반구 모두 외해보다는 연 안 지역에 가까울수록 DMS flux의 증가 추세를 보이고 있는데, 남미 브라질 북쪽 연안(적도 부근, 35

~50

W),

남미와 북미 대륙 사이의 카리브해 부근(10

~20

N, 60

~80

W), 남미 브라질 동쪽 연안(5~10

S, 30~35

W과 20~30

S, 35~45

W), 중국 동쪽 보하이해와 우리나라 서 해(30

~40

N, 120

~125

E), 서남아시아의 연안(20

N, 60

E) 등지이다(Fig. 5). 한편, 외해로는 북태평양 및 남태 평양 저위도(각각 15

~25

N, 150

E~160

W 와 0

~20

S, 160

E~80

W) 에서 일부 증가추세가 나타났다. 이러한 전 지구 DMS flux의 장기간 추세 분포는 대부분 DMS 농도 와 SSW의 추세 분포와 공간적으로 유사하게 나타났으나, DMS 농도에서는 태평양 저위도와 멕시코만, SSW에서는 북미 부근 대서양과 호주 남쪽 해역 등 일부 지역에 대해 서는 공간분포가 서로 일치하지 않는 것으로 나타났다.

연구기간 동안 북반구와 남반구 위도 구간별 그리고 계 절별로 DMS flux의 연평균 증가율/감소율 및 추세를 분 석하기 위하여 MK 검정을 수행하였다(Table 4). 전반적 으로 두 반구 모두 위도 구간별로 DMS flux의 감소추세 즉, 북반구는 ~0.001 ~−0.036 μmol/m

/day per year, 남 반구는 −0.011 ~−0.051 μmol/m

/day per year 으로 나타 났으며, 대부분 통계적으로 유의한 것으로 판단된다(P- value ≤ 0.034, 북반구 10

~20

N, 40

~60

S와 남반구 10

~30

S 제외). 계절별로 보면, 북반구는 겨울철 일부 위 도 구간을 제외한 모든 계절의 위도 구간에서 감소추세로 나타났으며, 대체로 저위도에서 크게 감소하는 경향이었 다. 예를 들어, 봄철은 0

~10

N 에서 −0.044 μmol/m

/day per year, 여름철은 20

~30

N 에서 −0.064 μmol/m

/day

Table 4. Summary of Mann-Kendall (MK) statistics of DMS flux for each latitude band (10

interval) over the global ocean during the study period (2000~2015)

Latitude ALL MAM JJA SON DJF

Q

p

Q p Q p Q p Q p

Northern hemisphere −0.029 0.010 −0.020 0.001 −0.044 0.003 −0.036 0.441 −0.008 0.006 50 ~ 60 −0.001 0.960 −0.001 0.764 −0.005 0.298 −0.032 0.298 −0.013 0.380 40~50 −0.013 0.052 −0.010 0.023 −0.024 0.017 −0.041 0.003 −0.030 0.030 30~40 −0.028 0.002 −0.012 0.010 −0.037 0.002 −0.029 0.001 −0.019 0.110 20~30 −0.024 0.001 −0.009 0.764 −0.064 0.003 −0.035 0.042 0.030 0.300 10~20 −0.019 0.052 −0.028 0.075 −0.057 0.005 −0.042 0.027 0.006 0.820 0~10 −0.036 0.021 −0.044 0.010 −0.060 0.006 −0.040 0.064 −0.052 0.040 Southern hemisphere −0.030 0.001 −0.033 0.078 −0.013 0.005 −0.027 0.002 −0.038 0.001 0~10 −0.043 0.034 −0.016 0.322 −0.001 0.960 −0.006 0.390 −0.016 0.260 10~20 −0.011 0.190 −0.024 0.048 0.022 0.136 −0.019 0.162 −0.025 0.190 20~30 −0.016 0.222 −0.034 0.017 0.000 1.000 −0.016 0.052 −0.028 0.090 30~40 −0.026 0.034 −0.014 0.010 −0.018 0.008 −0.014 0.001 −0.024 0.020 40~50 −0.016 0.003 −0.047 0.004 −0.021 0.136 −0.031 0.001 −0.074 0.005 50~60 −0.051 <0.001 −0.054 0.003 −0.025 0.029 −0.040 0.001 −0.058 0.010

aQ is a slope of long-term trend calculated using the non-parametric Sen’s method

bProbability (95% confidence interval)

per year, 가을철은 10

~20

N 에서 −0.042 μmol/m

/day per year, 겨울철은 0

~10

N에서 −0.052 μmol/m

/day per year 으로 가장 큰 감소추세를 보였다. 반면, 북반구 겨울철에 10

~20

N, 20

~30

N 에서 각각 +0.030, +0.006 μmol/m

/day per year 으로 약간의 증가추세를 보였다. 남 반구의 경우, 여름철 일부 위도를 제외한(10

~20

S에서 +0.022 μmol/m

/day per year) 모든 계절의 위도 구간에 서 감소하는 추세였으며, 중위도(60

가까이 갈수록)에서 는 북반구와 달리 대체로 큰 감소추세를 보였다. 즉 남반 구 50

~60

S에서 봄, 여름, 가을철에는 각각 −0.054,

−0.025, −0.040 μmol/m

/day per year 이었으며, 반면 겨 울철에는 40

~50

S에서 −0.074 μmol/m

/day per year으 로 가장 크게 감소하는 경향이었다.

4. 요약 및 결론

본 연구에서는 과거 16년간(2000~2015년) 인공위성 자료(Chl-a, MLD, SSW, SST)를 활용하여 전 지구 영역 의 DMS flux를 산출하고, DMS flux의 시·공간적 변화와 장기 선형추세를 분석하였다. 또한 전 지구 영역에서 산 출된 DMS flux의 시·공간적 변화에 영향을 주는 주요 원 인을 살펴보았다. 전반적으로 2000년에서(12.1 Tg/yr) 2015 년으로(10.7 Tg/yr) 올수록 전 지구 DMS flux가 감 소하는 패턴이었으며, 위도 구간별로는(10

간격) 북반구 와 남반구의 저위도(0

~30

사이)에서 중위도(30

~40

S 제외)보다 상대적으로 높게 추정되었다. 계절별 평균 DMS flux는 북반구 남반구 모두 겨울철과 여름철 순서로 가장 높고, 그 다음 순서로 북반구는 가을철, 봄철이고 남 반구는 봄철, 가을철로 나타났다.

DMS flux 의 장기 선형추세 및 통계적 검정에서, 연구 기간 동안 전 지구적으로 대부분 넓은 해역(대부분 위도 구간)에 걸쳐 뚜렷한 DMS flux의 감소추세를 보인 반면, 두 반구의 저위도 일부(북반구는 0

~30

N, 남반구는 10

~20

S)에서 증가추세가 나타났다. 북반구의 감소추세 는 −0.001 ~−0.036 μmol/m

/day per year 의 범위, 남반구 는 −0.011~ −0.051 μmol/m

/day per year 의 범위로서 대 부분 통계적으로 유의한 것으로 판단된다. 한편, 북반구의 DMS flux는 대부분 계절에서 저위도로 갈수록 더 큰 감 소추세를 보인 반면, 남반구는 오히려 중위도에서 더 큰 감소추세가 나타났다. 이러한 DMS flux의 장기 추세의 공간분포는 대체로 DMS 농도 및 SSW 추세의 공간분포 와 유사하게 나타났으나 일부 해역에 대해서는 서로 불일 치하는 모습을 보였다.

본 연구에서 DMS flux의 시·공간 분포 및 장기 추세에 가장 큰 영향을 주는 인자는 SSW로 추정되었으며(상관 관계 r = 0.687), 일부 다른 요인(SST (r = 0.685) 등)에 의

한 영향도 확인하였다. 또한 본 연구결과를 통해 전 지구 의 대부분 해역에서 바람의 강도가 강하고 SST가 높으면 해양에서 대기로의 전달속도가 증가하고, 이러한 주요 요 인이 DMS flux 증가에 크게 기여할 수 있음을 알 수 있 었다. 한편, 일부 해역(예, 40

~60

S) 에서는 바람 강도에 따라 SST의 감소를 초래하고, 이러한 낮은 SST가 해양- 대기 전달속도 감소에 크게 기여하여 결국 DMS flux가 감소한 것으로 추정된다. 본 연구에서는 위성자료를 활용 하여 전 지구 격자별로 모든 해역을 대상으로 DMS flux 를 산출하였기 때문에, 공간적인 해상도나 MLD 및 DMS 농도의 추정치 등 여러 가지 불확실도가 내포되어 있다.

향후 보다 정확한 DMS flux의 산출 및 장기 추세를 분석 하기 위해서는 중·장기간 그리고 공간적으로 보다 많은 해역에서 DMS flux와 관련된 주요 인자들의 지속적인 관측 자료의 축적이 요구된다. 더 나아가 본 연구의 결과 를 기반으로 해서 전 지구 식물플랑크톤 종 분포 변화가 DMS flux 에 미치는 영향, DMS flux에 의한 구름 알베도 변화 등 지구기후변화에 미치는 영향 등 상세한 연구가 필요하다고 사료된다.

사 사

이 논문은 2017년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한 국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구(2017R1A2B2003616) 입니다. 그리고 2015년도 정부(미래창조과학부)의 재원으 로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업입 니다(2015R1A2A1A10053971). 또한 이 논문은 2017년 해양수산부의 재원으로 한국해양과학기술진흥원의 지원 을 받아 수행된 연구(종합해양과학기지 구축 및 활용연 구)입니다.

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국문 참고자료의 영어 표기

English translation / Romanization of references originally written in Korean

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Received Aug. 4, 2017

Revised Sep. 6, 2017

Accepted Sep. 7, 2017