Study on the Estimation between CO2 Flux in Tree and Atmosphere

산림-대기 간 이산화탄소 교환량 산정 연구

Study on the Estimation between CO

Flux in Tree and Atmosphere

김소영*^,†ㆍ박현주*ㆍ홍유덕*ㆍ한진석**ㆍ손정석*ㆍ박지훈*

Kim, So Young*^,†, Park, Hyun Ju*, Hong, You Deog*, Han, Jin Seok**, Son, Jung Seok* and Park, Ji Hoon*

*국립환경과학원 기후대기연구부 대기환경연구과,

**국립환경과학원 기후대기연구부

*Department Air Quality Research Division, Climate & Air Quality Research Department, National Institute of

Environmental Research, Kyungseo-dong, Incheon, Korea

**Climate & Air Quality Research Department, National Institute of Environmental Research, Kyungseo-dong, Incheon, Korea

요 지

대기-산림 간에 CO2의 물질교환량(Flux) 관측은 전 지구적 기후변화와 지역 대기질 연구를 위해 반드시 필요한 연구로 경기도 광주시 태화산에 대기관측타워를 건립하여, 산림지역의 CO2 플럭스를 관측하고, 이들 자료를 통해서 산림이 얼마만큼 전 지구적인 기후변화와 지역 대기질에 영향을 미 치는지 파악하였다. 그 결과, 태화산 잣나무림의 CO2 흡수량은 최대 약 0.5 gm^—2h^—1로 광릉 침엽수 림과 국외 지역의 생태환경과 비교해 보면 CO2의 흡원과 발원의 절대적인 양에는 차이를 나타내었 으나, 일별 경향은 유사한 수준으로 나타났다.

또한 계절별 CO2 플럭스의 변화를 보면 9월의 CO2교환량은 –0.45∼0.05 mgCO2m^—2s^—1의 변동 폭을 가지고, 이른 아침과 저녁시간에 CO2 발원을 보였으며, 낮 시간에 CO2 흡원을 보였다. CO2 교 환량 일변동은 가을(9, 10월)에 비해 CO2 흡원이 약 0.5∼1 시간 가량 일찍 시작되었으며, 최대 CO2

흡원이 0.5 mgCO2m^—2s^—1 증가하였다.

키워드 : 이산화탄소, 플럭스, 에디공분산방법

†Corresponding author : E-mail: [email protected]

접수일자: 2013. 6. 14 / 수정일자: 2013. 10. 3(1차), 2013. 10. 21(2차) / 채택일자: 2013. 10. 22

ABSTRACT

The purpose of this study is to monitor the flux of CO2 between the atmosphere and forest.

The main research activities are conducted at Taehwa Mt. (Gangju, Kyeonggi, Korea), The Taehwa site is located 60 km north-east from the center of Seoul Metropolitan Area. The TRF flux tower is in the middle of a Korean Pine (Pinus koraiensis) plantation (400 m×400 m), surrounded by a mixed forest.

Eddy covariance method was used for CO2 flux above the forest. CO2 flux was measured from September to November 2011 and March to June 2012. It was found that CO2 fluxes were obser- ved between the atmosphere and forest. CO2 was absorbed by plants through photosynthesis during the day and released during the night.

CO2 flux were respectively observed 0.7∼0.2, 0.5∼0.1, 0.3∼0.1 mg CO2 m^—2 s^—1 in Septem- ber, October, November 2011. CO2 fluxes released by plants in the early morning(00:00∼07:30h) and evening(18:00∼24:00h) time. But CO2 was absorbed by plants through photosynthesis in the day time(08:00∼7:30h).

Key words : Carbon Dioxide, Flux, Eddy Covariance Method, Forest-Atmosphere

1. 서론

전 지구적 기후변화로 인해 온실가스 감축의 중요성이 점차 부각되고 있다. 특히 IPCC 보고 서에 따르면 오존(O3)과 이산화탄소(CO2)는 지구 온도를 상승하는데 중요한 기여를 하는 물질로 알려져 있으며(IPCC, 2007), 84개국이 서명한 교 토협약에서도 전 지구적 기후변화를 막기 위해 CO2 방출을 감축하고, 생태계에 의해 제거⋅축 적되는 CO2의 양을 함께 고려하도록 되어 있다.

이때 생태계가 고려된 이유는 다양한 연구 결과 에서 보고된 바와 같이, 육상생태계가 탄소의 강 력한 흡원임을 밝히고 있기 때문이다(Ciais et

al., 1995; Goodale et al., 2002).

산림생태계는 물질생산, 에너지순환을 통한 기 후 조절, 광합성과 호흡을 통한 이산화탄소 흡수

⋅배출 조절, 증발산을 통한 수자원 조절 등 다 양한 기능을 가지고 있다. 따라서 기후 온난화에 따른 산림수종의 변화, 산림생장기간 변화, 산림 바이메스 변화 등은 산림생태계-대기간 상호작용

으로 일어나는 이산화탄소 교환량에 크게 영향을 미칠 것으로 예상된다.

이에 따라 국내 산림생태계에서 이산화탄소 교 환량은 현재 광릉 활엽수림과 침엽수림 각각 한 곳에서 관측되고 있다(이동호 등, 2005). 그러나 두 산림생태계에서 관측된 이산화탄소 교환량은 60% 이상이 산림으로 구성되어 있는 한반도를 대표하기에는 턱없이 부족한 실정이며, 관측기간 도 상대적으로 짧아 기후변화에 따른 국내 산림 생태계의 이산화탄소 교환량을 정량화하고, 산림 생태계의 반응을 예측하기에는 어렵다.

이러한 이유로 국립환경과학원은 2010년 5월 에 경기도 광주시 태화산에 대기관측타워를 건립 하였으며, 관측 타워를 이용하여 산림지역의 CO2

플럭스를 관측하고, 이들 자료를 통해서 산림이 얼마만큼 전 지구적인 기후변화와 지역 대기질에 영향을 미치는지 파악하고자 한다. 특히 태화산 에 건립된 대기관측타워는 수도권에 근접해 있어 수도권의 대기질 영향을 받고 있으며, 산림생태 계의 특성만 나타내는 것이 아니기 때문에 육상

생태계에 의한 흡수와 연료사용에 의한 CO2 배 출의 영향을 모두 확인할 수 있다.

또한 본 연구에서는 대기-산림 간의 CO2 교환 량을 관측하기 위해 에디공분산 방법을 적용하였 다. 이 방법은 2001년 IPCC 3차 보고서에서 새 롭게 강조된 강력한 직접관측 기술로서, 빠르게 증가하고 있는 대기 중 이산화탄소 및 휘발성 유 기화합물과 같은 미량 기체의 흡원과 발원의 강 도, 공간분포 및 탄소순환을 이해하는데 중요한 기여를 하고 있다.

이러한 에디공분산 방법(eddy covariance)은 국립산림과학원에서 진행되는 '수자원의 지속적 확보기술 개발 사업'의 일환인 'HydroKorea 개발' 중 KoFlux에서도 사용하였으며, 이를 통해 국내 의 복잡지형의 산림지역에서 탄소와 증발산을 직 접 관측할 수 있는 기술을 개발해오고 있다(Kim

et al., 2006; Yuan et al., 2007; Hong et al.,

et al, 2009).

따라서 국립환경과학원의 이산화탄소 플럭스 측정은 에디 공분산 방법을 사용하여 2011년 6 월부터 9월에 관측하여 자료를 처리 및 품질관리 를 거쳐 이산화탄소 플럭스를 관측하였다.

이러한 결과는 육상계에 의해 흡수하는 CO2의 양과 화석연료 사용에 의한 CO2 배출량을 정확

Fig. 1. Monitoring site at Mt. Taehwa(37°18'19.08'' N; 127°19'07.12''E, 162 m).

(Source: google earth; 1.6×1.4 km)

히 산정할 수 있어 온실가스 감축정책의 주요한 기초 자료로 활용될 것으로 판단된다.

2. 연구방법

2.1 측정지점

대기-산림 간 물질교환량 측정을 위해 서울에 서 동북쪽으로 약 60 km 떨어진 경기도 광주시 태화산에 대기관측타워를 설치하였다. 이 태화산 은 해발 644 m로 활엽수림이 전체 산림면적의 60 %로 가장 많은 면적을 차지하고 있으며, 측정 지점은 잣나무 조림지로써 평균 임령은 48년, 임 목밀도는 433 본/ha이다. 또한, 교목 층의 잣나무 평균 흉고직경은 19.1 cm, 최고 42.0 cm, 최저 17.8 cm인 잣나무가 생육하고 있다. Fig. 1과 같 이 태화산 관측 타워는 1.5×1.8 m의 구조물로 타 워의 높이는 42 m이고, 캐노피 높이는 약 18 m 이다. 타워 전면은 잣나무로 둘러싸여 있다. 잣나 무림은 인위적으로 형성된 지역으로 서울대학교 학술림에서 학술을 목적으로 관리되기 때문에 인 위적은 영향을 받지 않고 있다. 또한, 부지 선정 시 발자국 분석(footprint)을 수행하여 타워 설치 지점인 잣나무림의 영향을 받을 수 있도록 고려 하였다.

2.2 이산화탄소(CO2) 에디공분산 발자국(Foot- print) 분석

에디 공분산 방법(eddy covariance method)은 대기관측타워 설치 지점의 잣나무뿐 아니라, 인 근 지역의 도로와 건물 등에서 유래되는 공기에 영향을 받을 수 있기 때문에, 이 방법을 적용하 기 전에 발자국 분석(footprint analysis)을 통해 관측된 CO2 교환량이 잣나무에서 발원한 것임을 확인할 필요가 있다. 발자국(footprint)이라고 하 는 것은 관측 타워에 설치된 관측 기기가 보고 있는 영역이라고 정의할 수 있다. 즉, 타워의 풍 상(upwind)측 영역으로 풍하측(downwind) 영향 은 무시할 수 있으며, 관측 높이, 거칠기 길이 그 리고 대기 안정도에 영향을 받게 된다.

본 연구에서는 발자국 분석을 위해 EdiRe 프 로그램(Version 1.4.3.1021, R. Clement, Univer- sity of Edinburgh)을 사용하였다.

EdiRe는 스코틀랜드의 에딘버러 대학에서 개 발된 프로그램이며, 에디 공분산 데이터에 필요 한 모든 옵션을 포함하는 완전한 소프트웨어 패 키지로 이미 관측된 높은 빈도의 데이터를 30분 간격의 계산된 데이터로 계산하여 이상 자료 제 거, 좌표변환, 밀도보정, 교정 등이 가능하게 자 료를 처리할 수 있다(Moncrieff et al., 1997).

이와 같은 발자국 분석 이외에도 에디 공분산 방법은 지면 거칠기의 영향을 많이 받는다. 일반 적으로 난류에 의한 에너지, 물질 교환이 가장 활발히 일어나는 층을 지표층(surface layer)이라 하며, 지표층은 지표에 매우 인접하여 난류에 의 한 공기 섞임이 간헐적으로 생기지 않는 층인 거 칠기 저층(roughness sublayer)와 난류 혼합으로 공기가 잘 섞이는 내부 경계층(internal boundary layer)로 나눌 수 있다. 즉, 에디 공분산 시스템 은 에디 공분산 가정을 만족하는 공기 혼합이 잘 일어나는 거칠기 저층 높이 위인 내부 경계층에 설치되어야 한다.

거칠기 저층 높이(z*)는 지표에서 거칠기를 만 들어 내는 물질의 2∼5배까지 확장될 수 있는데, 태화산 관측지의 z*는 최소 36 m에서 최대 90

m의 범위를 보이고 있었다.

z*는 영면변이(zero plane displacement, d)와

_   exp









 





  ln





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  ^



    ^

(2)

여기서 Ψ는 열 이동에 관한 함수이며, z/L은 상 사이론 함수이다. 이에 반해 대기가 안정할 때 (z/L>0), ^Ψ는 아래와 같이 계산된다.

   (3)

2.3 대기-산림 간 CO2 교환량 관측 시스템 본 연구에서는 산림에 의한 CO2 온실가스의 고정능력을 파악하기 위해 빠르게 움직이는 각 공기덩어리의 기체농도, 온⋅습도 등의 고유 특 성을 고려하여 이를 정확하게 관측할 수 있는 장 비로 개회로 기체분석기(Open path CO2/H2O gas analyzer, LI-cor, model LI-7500A)와 3차원 초음파 풍향풍속계(3D Sonic Anemometer, Campbell Sci., model CSAT3)를 구축하였다.

개회로 기체분석기 LI-7500A는 작동온도 범 위가 넓어 현장에서 직접 CO2와 H2O를 관측할 수 있어 에디공분산 관측에 널리 쓰이는 분석기 로 적외선을 사용하여 연속적으로 번갈아가면 10 Hz의 속도로 농도를 측정한다. LI-7500A는 적외

Fig. 2. Establishment of measurement system at Air Monitoring Tower.

선 발원부분에서 탐지기까지의 광학경로를 가지 고 있고, 초당 152번 회전하는 단속장치바퀴(cho- pper wheel)를 사용하여 샘플경로를 지나는 흡수 파장과 비흡수파장을 연속적으로 번갈아가며 CO2

와 H2O를 측정한다. 3차원 초음파 풍향풍속계 CSAT3는 공기 중의 음속을 초음파로 감지하여 풍속을 나타내는 장비이다. 또한, 토양온도⋅수 분 및 지중열 플럭스 센서와 순복사계(일사량, 지구복사량 측정) 센서를 각각 설치하여 산림 내 에너지 물질 교환량을 측정하였다(Fig. 2). 태화 산의 대기관측타워가 설치된 주변의 수종과 지표 층의 거칠기, 내부경계층 등을 고려하여 각각의 측정 장비의 높이를 결정하였고, 특히 LI-7500A 와 CSAT3 그리고 순복사계 센서는 대기관측타 워의 40M 높이에 설치되었다. 계산된 CO2 물질 교환량 값은 데이터 로거(Campbell Sci., CR- 3000)를 통해 실시간으로 수집된다.

에디공분산 방법으로 측정된 CO2 물질교환량 은 대기관측타워의 에너지수지(Energy Balance) 를 점검하는 것으로 에너지수지 방정식은 다음과 같다.

_      (4) 여기서 Rn은 순복사, H는 현열, LE는 잠열, G는 지중열 플럭스를 의미하며, w지면으로 들어오는

Fig. 3. Energy balance(Rn=LE+H+G) in forest.

방향은 양(+)의 부호를, 지면에서 대기로 향하는 방향은 음(—)의 부호를 갖도록 정의한다. 일반적 으로 그림 3과 같이 낮에는 양의 순복사를 통하 여 지면의 온도가 상승하게 되고, 다른 나머지 플럭스들은 음의 값을 가지게 되면 에너지를 대 기와 토양으로 수송하게 되며, 밤에는 낮과는 정 반대의 상황이 일어나게 된다.

2.4 CO₂ 플럭스 데이터 품질관리

CO2 플럭스 데이터의 품질관리를 위해서 Ko- Flux(Korea Flux) 방법을 적용하였다. KoFlux 표준화 프로그램은 크게 ‘자료처리 및 품질관리’

와 ‘결측 자료 보완’ 부분으로 나눌 수 있다(Fig.

4). 본 논문의 태화산 대기관측타워의 CO2 플럭

Fig. 4. The diagram of KoFlux standard pro- gram.

스는 자료처리 및 품질관리 부분을 적용하였으 며, 결측자료 보완은 적용하지 않았다. 이는 태화 산의 자료만으로는 결측 자료를 보완할 수 없고, 주변의 관측자료와 경험적인 선형 회귀방법을 이 용하여야 함으로 향후 추가적인 자료가 확보된 후 결측자료를 보완할 예정이다.

2.4.1 좌표 변환 및 밀도 효과 보정

관측지가 평탄해야 함은 에디 공분산 관측에 있어서 가장 기본적인 가정이다. 그러나 이런 지 역은 쉽게 찾아볼 수 없으며, 각 관측지의 지형 은 제각각이다. 따라서 에디 공분산 방법을 사용 하여 관측된 자료로부터 난류 플럭스를 산출하려 면 우선 좌표 회전 과정이 필요하다. 이러한 좌 표 변환은 서로 다른 시공간에서 관측된 자료를 일관성 있게 처리 분석하여 그 물리적 의미를 찾 는데 필수적이다. 좌표 변환을 위해 여러 가지 다른 방법들이 제시되었는데, 복잡 지형에서는 지형의 변화에 따른 공기 흐름의 변화를 고려하 는 평면 맞추기 회전(planar fit rotation: PFR) 방법이 권장되고 있다(Lee et al., 2004). 태화산 관측타워의 CO2 플럭스는 KoFlux 자료 처리방 법을 이용하였는데, KoFlux 자료 처리방법 프로 그램에서는 복잡지형으로 인해 풍향에 따라 달라 지는 경사도의 차이를 고려하기 위하여 Wilczak

et al.(2001)이 제시한 PFR을 풍향에 따라 총 8

al., 2007). 이와 함께 식생의 성장에 따른 지표

(1980)에 의해서 처음 제시되었는데, CO2와 같 이 농도가 낮은 온실기체나 미량기체(메탄, 아산 화질소 등)의 플럭스를 산출하는데 있어서 매우 중요하다. KoFlux에서는 Webb et al.(1980)과

Kaimal and Finnigan(1994)에 제시된 식들을 사 용하여 프로그램화 하였다.

2.4.2 이상 자료 제거

자료 처리에서 불확실성을 증가시키는 중요한 이유 중의 다른 하나는 여러 가지 원인으로 인해 서 발생하는 이상 자료들이다. 이러한 자료들을 제거하기 위해서는 비정상적으로 이상 값들을 찾 아낼 수 있는 알고리즘이 필요하다. KoFlux에서 는 Matlab을 이용하여 FLUXNET의 표준 방법 인 연속된 3개의 관측 값의 차이를 이용한 이상 자료 찾기 방법을 사용한다. 구체적으로 이 방법 에서는 3개의 연속된 자료의 차이로부터 d 지수 를 아래와 같이 계산한다(Papale et al., 2006).

d

NEEi

NEEi) (5)

이 방법을 보완하기 위해 개회로 적외선 기체 분 석기의 Lens cleanness를 보여주는 진단변수인 AGC(automatic gain control)의 값을 함께 활용 하여 이상 자료를 제거하였다. 이러한 경우에 농 도의 급격한 변화를 찾아내게 됨으로써 간접적으 로 비정체성(nonstationarity) 점검을 함께 수행한 것이 된다.

3. 결과 및 고찰

3.1 CO₂ 에디공분산법을 위한 발자국 분석 결과

본 연구에서는 발자국(Footprint)을 통해 관측 타워에 설치된 관측 기기가 보고 있는 영역에 대

해 분석하였다.

태화산 대기관측타워의 CO2 교환량 측정 데이 터 중 2011년 9월 12∼16일 자료를 사용하여 z*를 계산한 결과, z*는 대기가 불안정할 때 평 균 38.2 m, 대기가 안정할 때 평균 63.3 m로 나 타났다. 이는 40 m의 에디 공분산 시스템 높이 가 z* 보다 높은 곳에 설치되어 있으므로 난류가 잘 혼합되는 곳에 시스템이 설치되어 있음을 보 여준다. Fig. 5는 EdiRe를 사용하여 2011년 9월 12일 원자료로 매 30분마다의 발자국 분석을 실 행한 후, 플럭스 발자국의 90 % 되는 부분을 표 현한 것이다. 한 밤인 01:15에 대기는 안정하였 고, 주풍향은 남서서쪽(252°)이었다. 대기가 안정 할 때 발자국 영역은 남서쪽으로 약 300 m이었 다. 오전 8:15에 대기는 불안정하였으며, 이때 주 풍향은 북동쪽였다. 이때 발자국 영역은 Fig. 5의 타원형 크기에서 볼 수 있듯이, 약 100 m으로 대기가 안정할 때에 비해 발작국 영역이 3배 정 도 줄어든 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과로 에디 공분산 시스템에서 관측되는 이산화탄소 플 럭스 정보는 잣나무에서 발원한 것임을 확인할 수 있었다.

3.2 바람장 분석

태화산에서 2011년 9월∼10월, 2012년 3월∼

(a) September 12, 2011 01:15 (b) September 12, 2011 08:15 Fig. 5. Footprint of EdiRe program on 40 m.

Fig. 6. Distribution of wind speed in tower.

6월까지 관측된 자료를 사용하여 Fig. 6과 같이 30°별로 나누어 풍향을 분석하였다. 그 결과, 관 측기간 동안 타워 중심으로 전반적으로 골고루 풍향이 분포되어 있었으며, 이중 330∼360°의 풍향이 20%로 가장 높은 분포를 보였다.

각 월별 풍향분석은 Fig. 7에 나타내었다. 2011 년 7월은 남풍이 주 풍향이었으나, 8월 들어 남 풍과 북풍이 우세하면서 9월에서 11월에는 점차 적으로 북서풍이 주풍향으로 나타났다. 2012년은 전반적으로 북서풍이 우세하였으나, 봄에서 여름 으로 갈수록 북서풍과 남서풍이 혼재하는 바람을 나타내었다.

3.3 CO₂ 교환량 3.3.1 에너지 플럭스

순복사, 현열, 잠열의 일평균 변화를 Fig. 8에

Fig. 7. Distributions of monthly wind direction in tower.

나타내었다. 8월 30일에 순복사계가 태화산 플럭 스 타워에 설치되고, 8월 26일에 에디 공분산 시 스템이 거칠기 저층의 높이보다 높은 41m에 설 치되어 순복사, 현열, 잠열의 일평균 변화는 9월 1일부터 나타내었다. 순복사는 2011년 9월 초에 200 MJ m^—2 d^—1의 값을 보이다가 계절이 진행됨 에 따라 순복사 값이 감소하면서 10월 말에 약 100 MJ m^—2 d^—1으로 나타났다. 2012년 4월에 200 MJ m^—2 d^—1의 값을 보이다가 6월 말로 갈 수록 점점 상승하는 경향을 보였다. 강수가 발생 한 날은 순복사가 급격히 낮아져, 전반적으로 0 에 가까운 값을 보였다. 잠열은 2011년 9월 초에 약 100 MJ m^—2 d^—1이었던 것이 점점 감소하였 다. 이는 침염수림이 10월 이후 기온이 감소함에 따라 증산이 감소되어 전반적으로 잠열이 줄어든 것으로 판단된다. 2012년 3월의 잠열은 0 MJ m^—2 d^—1이었던 것이 6월로 갈수록 점점 상승하였다.

현열은 9월부터 10월 말까지 약 50 MJ m^—2 d^—1 를 보였다.

3.3.2 이산화탄소 플럭스 분석

Fig. 9는 2011년 9월 1일∼5일, 2012년 5월 1일∼5일, 6월 1일∼5일 동안의 CO2 교환량과 순복사의 일변동을 나타낸 것이다. 5일 동안 순

(a) Hc, Le, Rn and precipitation in 2011

(b) Hc, Le, Rn and precipitation in 2012 Fig. 8. Diurnal variation of Hc, Le, Rn and precipitation in tower.

복사(Rn)는 해가 뜨기 전 음의 값을 보이다가 해 가 뜬 후 양의 값을 보이는 뚜렷한 일변동을 보 였다. 9월 4일 오전 시간을 제외하고 대체적으로 구름이 없는 맑은 날을 보였으며, 낮 시간에 순 복사가 최대 800 Wm^—2를 보였다. 잣나무림은 해가 지기 전 CO2 흡원, 해가 진 후 CO2 발원으 로 뚜렷한 일변동을 보였다.

(a) September 1 to 6 on 2011

5/1/12 5/2/12 5/3/12 5/4/12 5/5/12 5/6/12

Date -1.5

-1 -0.5 0 0.5 1

Fc(mgCO2m-2s-1)

0 200 400 600 800

Rn(W/m2) Fc 1~5 May 2012 Rn

(b) May 1 to 5 on 2012

6/1/12 6/2/12 6/3/12 6/4/12 6/5/12 6/6/12

Date -1.5

-1 -0.5 0 0.5 1

Fc(mgCO2m-2s-1)

0 200 400 600 800

Rn(W/m2) Fc

1~5 June 2012 Rn

(c) June 1 to 5 on 2012

Fig. 9. Diurnal variation of CO2 flux and net radiation in Mt. Thaehwa.

또한 다른 나라와 비교를 하기 위해 태화산의 2011년 9∼10월(Autumn)과 2012년 4∼6(Sp- ring) 월간 CO2 교환량의 평균 일변동을 Fig. 10 (a)에 나타내었다. 9월의 CO2 교환량은 –0.45∼

0.05 mgCO2 m^—2s^—1의 변동 폭을 가지고, 이른

아침(00:00∼07:30h)과 저녁(18:00∼24:00h)시간 에 CO2 발원을 보였으며 낮 시간(08:00∼17:30 h)에 CO2 흡원을 보였다. 2012. 4∼5월에서 6월 로 갈수록 CO2 교환량은 –0.5∼0.1 mg CO2 m^—2 s^—1의 변동 폭을 가졌다. CO2 교환량 일변동은 가을(9, 10월)에 비해 CO2 흡원이 약 0.5∼1시 간 가량 일찍 시작되었으며, 최대 CO2 흡원이 0.5 mgCO2 m^—2s^—1 증가하였다.

광릉 침엽수림과 말레이시아 열대우림, 중국 고산습지식물의 CO2 교환량을 Fig. 10(b)∼((d) 에 나타내었다. 광릉 침엽수림의 CO2 교환량은

—0.5∼0.5 mgCO2 m^—2s^—1의 변동 폭을 나타내어 흡원은 태화산 잣나무림과 비슷하였으나, 발원은 잣나무림보다 큰 양을 나타냈는데, 이는 주요 분 포되어 있는 수종과 하층식생 등에 따른 차이로 보인다. 다른 나라의 CO2 교환량을 살펴보면 전 반적인 그림은 비슷한 양상을 나타내나, 흡원과 발원의 양은 지역 및 나무의 종류의 따라서 어느 정도 차이를 보이는 것을 알 수 있었다.

에디공분산 방법을 이용하여 현열, 잠열, CO2

플럭스를 구하는데 잠열과 현열의 플럭스는 특히 에너지 발란스를 위해서 반드시 필요한 인자로 에디공분산 시스템의 측정 결과가 정확하게 나오 는지 판단하기 위해 사용된다.

태양에서 오는 순 복사 에너지는 지구의 대류 에 의해서 발생하는 열인 현열과 수중기가 증발 하면서 발생하는 잠열 그리고 토양으로 흡수되는 지중열과 같아야 한다. 에너지 발란스를 보는 이

Table 1. The comparison of R² for Mt. Thae- hwa and other study

Study R² Site

Saigusa, N., 2002 0.80 Japan Spano et al., 2007 0.94 Italy Alfieri, J. G., et al., 2009 0.83, 0.66 Tibet

This Study 0.84 Mt. Taehwa

(a) Mt. Taehwa (b) Gwangneung

(c) Malaysia’s tropical rain forest (d) China’s Chinghai alpine area Fig. 10. Seasonal variation in CO2 flux.

* (a) This study, (b) Hong, J., et al., 2008, (c) Yukio Y., et al., 2003, (d) Zhang F., et al., 2008

-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Rn-G (W/m2)

-200 -100 0 100 200 300 400 500 600

LE+H(W/m2)

April~June

Y = 0.552* X R2 = 0.836

(a) Energy flux of LE+H and Rn+G (b) R² of Energy balance Fig. 11. Inter-comparison for Le+H and Rn-G.

유는 이들의 값을 통해서 에디공분산의 측정결과 가 잘 나오는지 확인할 수 있기 때문이다.

Fig. 11과 같이 2012년 4∼6월 간의 자료로 에 너지발란스를 구한 결과, R² 값이 0.836으로 다 른 지역의 측정값과 비교해 볼 때(Table 1) 비교

적 양호한 값을 나타내었다.

4. 결론

대기-산림 간 CO2 플럭스 관측은 전 지구적 기후변화와 지역 대기질 연구를 위해 반드시

필요한 연구로 경기도 광주시 태화산에 대기관측 타워를 건립하여, 산림지역 대기질 관측 측정 시 스템과 플럭스 관측 측정시스템을 구축하여 다음 과 같은 결론을 얻었다.

CO2 플럭스 측정데이타의 품질관리를 위해 발 자국분석(Footprint) 및 KoFlux 자료처리 방법 (좌표변화, 밀도 보정 등)을 적용, 순복사에너지 와 에너지성분의 R² 값이 0.836으로 신뢰성 있는 플럭스 자료를 획득하였다.

또한 태화산 잣나무림의 CO2 흡수량은 최대 약 0.5mgm^—2h^—1로 광릉 침엽수림과 국외 지역의 생태환경과 비교해 보면 CO2의 흡원과 발원의 절대적인 양에는 차이를 나타내었으나, 일별 경 향은 유사한 수준으로 나타났다.

계절별 CO2 플럭스의 변화를 보면 9월의 CO2

교환량은 –0.45∼0.05 mgCO2m^—2s^—1의 변동 폭 을 가지고, 이른 아침(00:00∼07:30h)과 저녁 (18:00∼24:00h)시간에 CO2 발원을 보였으며, 낮 시간(08:00∼17:30h)에 CO2 흡원을 보였다.

2012년 4∼5월에서 6월로 갈수록 CO2 교환량은 –0.5∼0.1 mgCO2m^—2s^—1의 변동 폭을 가지는 것 으로 나타났다.

CO2 교환량 일변동은 가을(9, 10월)에 비해 CO2 흡원이 약 0.5∼1 시간가량 일찍 시작되었 으며, 최대 CO2 흡원이 0.5 mgCO2m^—2s^—1 증가 하였다.

이러한 연구 결과는 산림 지역에서의 CO2의 흡원인 것을 확인할 수 있으며, 계절별 차이를 보이고는 있으나 그 양에 대해서도 정확히 확인 할 수 있었다. 이는 산림-대기 간 상호관계가 존 재한다는 것을 뜻하며, 향후 기후변화대응을 위 한 CO2 감축정책에서도 유용한 자료로 활용될 것으로 판단된다.

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