<사진. 3곳 탄소 동화 추적 시스템 집합지역 비교
출처. KISTI미리안>
탄소 추적 동화시스템 연구 개발 및 응용
육지 생태시스템 탄소원(carbon source)/싱크(Sink) 강도의 공간 패턴, 동향 변화 및 그 환경 제어인자는 미래 기후 변화를 예측하고 자연자원을 관리하며 생태시스템 서비스 기능 및 온실가스 증가를 제어하는 기초가 된다. 따라서 현재 지구변화 생태학 연구는 가장 중요한 프런티어 분야의 하나로 꼽히고 있다.
그러나 다른 지역 및 지구 생태 시스템의 시간과 공간 이질성, 그리고 연구 방법과 데이터의 제한성에 의해 현재 육지 생태시스템 탄소근원/싱크 강도에 대한 통계에 불확실성이 심각하게 나타나고 있다. 이는 지구 탄소 순환 및 지구 변화 연구에 걸림돌이 되고 있다.
미국 상무부 산하 미국해양대기관리처(NOAA)가 연구 개발한 지구 탄소추적 동화시스템(CarbonTraker-NA)은 폭넓은 범위, 다원 관측 데이터 융합, 모델 동화 등 면에서 장점이 있다. 2007년에 완성되었으며 관련 업계로부터 큰 주목을 받고 있다.
중국 과학원 지리과학과 자원연구소 천바우장(??章) 연구원은 지난 2009년 6월에 귀국하여 연구팀 구성과 중국 탄소 동화 추적 장치(CarbonTraker-China) 연구 개발에 착수했다. 이 동화 추적 장치 연구 개발 과정에 미국해양대기관리처 Peter Tans 원사가 주도하는 연구팀과 네덜란드 그로닝겐대학 Wouter Peters 교수가 주도하는 연구팀의 전폭적인 지원을 받았다.
뿐만 아니라 중국과 네덜란드 협력 프로젝트(NWO VIDI Grant (864.08.012) and the Chinese-Dutch collaboration by the China Exchange Program project(12CDP006)의 지원을 받았으며 5년 동안의 노력을 통해 최종 중국 과학원 탄소 추적 동화시스템(Assimilation System)-중국 탄소 추적 장치(CarbonTraker-China, CAS)를 탄생시켰다. 이 시스템의 명칭과 발표는 모두 NOAA와 유럽 관련 부문의 인정을 받았다.
중국 과학원 탄소 추적 동화시스템은 NOAA의 `CarbonTraker-NA`와 유럽 `CarbonTracker-Europe`에 이은 세계 세 번째의 접합(Nested)식 탄소 동화시스템이다. 이 시스템은 양방향 접합 동화기술을 핵심으로 하며 육지 생태시스템 모델의 모의 결과를 기반으로, 해양 탄소근원/싱크 강도, 인위적 배출 및 바이오매스 연소 데이터, 그리고 지구 네트워크화 기상 데이터에 근거하여 대기수송 모형 TM5를 구동한다.
이와 함께 조작기 파편 알고리즘(Operator splitting algorithm)과 Parent-Children 그리드 사이 정보 양방향 수송 기술의 양방향 접합식 대기 수송모델을 기반으로 지구 6×4도, 중국 1×1도 CO2농도의 시간과 공간 분포도를 모의해 낸다. 이 기초 상에서 기지 CO2농도 관측 데이터와 `Ensemble Kalman Smooth` 방법을 채용하여 육지 지표층 이산화탄소/시간과 공간 동향 분포를 계산한다. 이 시스템의 주요한 장점은 지구 탄소원에 대한 포괄적 예측을 기반으로 연구자들이 수요에 따라 다양한 중점 연구 지역을 설정할 수 있으며 변두리 설정에 의해 초래되는 불확실성도 줄일 수 있다.
천바우장(??章) 연구원의 설명에 따르면, 중국 과학원 탄소 추적 동화시스템이 북아메리카와 유럽의 탄소 추적 동화시스템과 비교해 볼 경우 다음과 같은 구별점이 있다.
--중국 지리와 공간 생태시스템 특징에 근거하여 조정 및 최적화 모형 알고리즘이 가능해 중국 육지 탄소 집합의 모의를 강화할 수 있다.
--중국 지역의 배출원 데이터 및 주변 지역의 이산화탄소 관측 데이터를 수집하고 정리할 수 있어 중국 육지 탄소/싱크 모의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 중국과 아시아에 대한 추산 결과가 북아메리카와 유럽의 탄소 추적 동화시스템보다 더 정확하다. 데이터에 대한 상세한 정보는 http://www.carbontracker.net/에서 검색할 수 있다.
한편 연구진은 중국 과학원 탄소 추적 동화시스템을 지난 10년 동안 중국과 지난 5년 동안 아시아 육지 생태시스템 탄소 유량(Flux)의 공간 패턴 및 동향 변화 연구에 활용하였다. 관련 연구 성과는 미국 지구물리학 리서치 저널(Journal of Geophysical Research)과 유럽 `tmospheric Chemistry and Physics`에 게재되었다. 또한 연구진의 프로젝트는 중국 과학원 전략적 선도 과학기술 프로젝트(XDA05040403), 중국 과학기술부 `863(하이테크)` 중점 계획(2013AA12200)과 `973(기초과학)` 계획(2010CB950704)의 자금 지원을 받아 완성되었다.
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