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문제 정의
- 그러나, 우리나라에서는 산불로 인해 배출되는 비이산화탄소를 정량적/과학적으로 측정 및 평가할 수 있는 기초적 연구가 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 바이오매스 연소 시 배출되는 비이산화탄소의 배출량을 정량적으로 추정하기 위한 방법론을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 위성영상 자료를 활용, Tier 2와 3* 수준으로 가기 위한 활동자료 구축 방안을 모색하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 바이오매스 연소 시 배출되는 비이산화탄소의 배출량을 정량적으로 추정하기 위한 방법론을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 위성영상 자료를 활용, Tier 2와 3* 수준으로 가기 위한 활동자료 구축 방안을 모색하고자 하였다.
가설 설정
- 그리고 다른 임상구조에 비해 산불에 강한 활엽수림은 대부분 지표화지(surface fire area)로 피해강도 ‘경’지역으로 가정하였다.
- 단, 피해강도별로 연소효율을 적용할 때, 비이산화탄소 배출량 추정시 산불에 취약한 침엽수림은 피해강도 ‘심’ 지역으로 가정하였고 상대적으로 덜 취약한 혼효림은 피해강도 ‘중’ 지역으로 가정하였다.
제안 방법
- Landsat TM 영상자료에 대하여 기존에 기하보정된 영상을 이용하여 영상대 영상 정합(image to image)을 통해 Transverse Mercator(TM) 좌표체계(중부원점)에 따라 투영변환한 후, 공1차 내삽법(bilinear interpolation)에 의해 각 화소값(digital number)을 30m×30m 크기로 재배열하였으며, 이 때 영상 좌표변환은 X, Y 각 방향에 대해 RMSE 0.5 픽셀 이내의 정확도로 수행하였다.
- 지구온난화 문제는 국지적, 국내적 환경문제가 아닌 범지구적 차원에서 해결하여야 할 문제로 온실가스 규제와 지구환경의 조화를 위한 국제적 노력이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 바이오매스 연소시 배출되는 비이산화탄소의 배출량을 정량적으로 추정하기 위한 방법론을 제시하고자 하였고, 산불피해지 구분은 물론 피해강도에 따라 배출되는 비이산화탄소 온실가스를 정량적으로 추정하기 위해 위성영상 자료를 활용하였으며, IPCC 기준인 Tier 2 수준으로 비이산화탄소 온실가스 배출량을 추정하였다.
- 15를 적용하였다. 바이오매스 연소시 배출되는 비이산화탄소 온실가스별 배출계수는 CO 130, CH4 9, NOx 0.7, N2O 0.11 값을 적용하였다. 삼척 산불피해지의 dNBR에 의한 피해강도 분석 결과, 전체 피해면적은 16,200ha로 나타났으며, 피해강도는 ‘경(Low: dNBR 152 이하)’ 35%, ‘중(Moderate: dNBR 153-190)’ 33%, ‘심(High: dNBR 191-255)’ 32%의 면적분포를 보였다.
- 본 연구에서는 2000년 4월에 발생한 우리나라 최대 산불인 삼척피해지를 대상으로 산불 전후 동일시기에 관측된 Landsat 위성영상으로부터 정규탄화지수(NBR)를 추출하여 산불피해지역과 피해강도를 정량적으로 분석하였다. 위성영상에서 추출된 피해면적과 피해강도별 분석자료는 바이오매스 연소로 인해 직접 배출되는 비이산화탄소 배출량 추정을 위한 활동자료로 활용하였다.
- 따라서 dNBR은 산불피해강도를 평가하는 지표로 활용될 수 있고 산불피해 지역의 통계분석을 통해 피해정도와 강도 등급을 세분화할 수 있다. 본 연구에서는 삼척 산불피해지 전후의 NBR값을 계산하였고, 이후 시기별 dNBR 통계량(평균, 표준편차 등)을 산출한 후 각 구간별 임계값(threshold)을 추출하여 산불강도별 피해등급을 구분하였다. dNBR 변화량에 대한 구간별 피해등급은 Table 4와 Fig.
- 산불피해지역의 구획을 위해 분석된 dNBR 주제도를 2000년 국립산림과학원에서 구축한 산불피해 경계 GIS자료를 활용하여 절출한 후 산불강도에 따른 피해면적을 산출하였다.
- , 2007)을 이용하였다. 이 환산식을 이용할 때, 침엽수와 활엽수의 확장계수 적용을 위해 Table 1의 임상별 전건비중(E), 수간대 지상부 바이오매스 비율(F), 지상부대 전체 바이오매스 비율(G)을 적용하였다(Son et al., 2007). 이 방법은 현재 우리나라가 ‘기후변화에 관한 유엔 기본협약(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)’에 제출하는 국가 온실가스 인벤토리 보고서 상 산림부문의 통계량을 계정하는 공식적인 방법이며, 현재 3차 국가보고서가 작성 중에 있다(IPCC, 2003).
- 임상별 산불피해 면적을 평가하기 위해 1:25,000 축척의 수치임상도를 활용하여 침엽수, 활엽수, 혼효림으로 자료를 통합, 구분하였으며, dNBR에 의해 구분된 산불피해 경계자료를 중첩하여 임상별 산림피해 면적을 추출하였다. 자료 구축시 죽림과 무립목지는 면적이 협소하여 분석에서 제외하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 2000년 4월 7일 발생한 우리나라 최대 산불피해지인 강원도 삼척지역을 대상으로 하였다(Fig. 1a). 산불피해지역의 피해면적 구획과 피해강도 분석을 위해 산불피해 전과 후의 Landsat TM 영상을 사용하였다.
- 분석에 사용된 강원도 삼척 일대의 Landsat TM 위성영상은 Fig. 1b, 1c와 같다. Fig.
- 1a). 산불피해지역의 피해면적 구획과 피해강도 분석을 위해 산불피해 전과 후의 Landsat TM 영상을 사용하였다. Landsat TM 영상은 가시광선, 근적외선, 중적외선 대역의 7개 밴드를 가지고 있는 30m(열적외밴드 120m) 공간해상도의 다중분광영상이다.
- 본 연구에서는 2000년 4월에 발생한 우리나라 최대 산불인 삼척피해지를 대상으로 산불 전후 동일시기에 관측된 Landsat 위성영상으로부터 정규탄화지수(NBR)를 추출하여 산불피해지역과 피해강도를 정량적으로 분석하였다. 위성영상에서 추출된 피해면적과 피해강도별 분석자료는 바이오매스 연소로 인해 직접 배출되는 비이산화탄소 배출량 추정을 위한 활동자료로 활용하였다. 비이산화탄소 배출량 추정을 위해 IPCC의 추정식을 이용하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 IPCC(2003)의 내용 중 Delmas et al.(1995)이 제시한 기본 배출계수를 적용하였다(Table 3). 즉, CO2 1,580, CO 130, CH4 9, NOx 0.
- Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)에서는 산불 발생시 직접 배출되는 비이산화탄소 온실가스의 추정을 위해 두 가지 방법을 제시하고 있는데 국가별 지역자료의 유무에 따라 적절한 방법을 선택하여 온실가스의 배출을 추정해야 한다(IPCC, 2003). 본 연구에서는 2000년 발생한 삼척 대형산불 피해지를 대상으로 우리나라 실정에 맞는 모델구축과 바이오매스 연소시 직접 배출되는 비이산화탄소 온실가스 추정을 위해 IPCC에서 제시하고 있는 식 (3)을 적용하였다(IPCC, 2003).
- 본 연구에서는 IPCC 기본값인 연소효율을 적용하였다(IPCC, 2003; Table 2). 적용한 연소효율값은 전문가 판단에 의해 수관화 연소(피해강도 ‘심’)는 0.
- 위성영상에서 추출된 피해면적과 피해강도별 분석자료는 바이오매스 연소로 인해 직접 배출되는 비이산화탄소 배출량 추정을 위한 활동자료로 활용하였다. 비이산화탄소 배출량 추정을 위해 IPCC의 추정식을 이용하였다. 산불피해강도별 연소효율은 피해강도가 ‘심’(burn severity: high)인 수관화 지역의 경우 0.
- 산불에서 직접 배출된 온실가스량을 추정하기 위해 우선적으로 연소된 연료량을 파악하여야 한다. 연료량 추정을 위해 산불피해전인 1999년의 임상별 임목축적 DB(Korea Forest Service, 2005)와 바이오매스 축적량 환산식(Son et al., 2007)을 이용하였다. 이 환산식을 이용할 때, 침엽수와 활엽수의 확장계수 적용을 위해 Table 1의 임상별 전건비중(E), 수간대 지상부 바이오매스 비율(F), 지상부대 전체 바이오매스 비율(G)을 적용하였다(Son et al.
성능/효과
- 비이산화탄소 가스 배출량 추정을 위해 적용한 추정계수는 Table 6과 같으며, 산불피해가 심한 지역에서는 CO 13.676Gg, CH4 0.947Gg, NOx 0.074Gg, N2O 0.012Gg이 배출된 것으로 추정되었다(Table 7). 삼척산불피해지의 강도별 피해면적은 32%~35%의 분포로 고른 양상을 보이고 있지만 피해강도 ‘중’ 지역에서 배출되는 비이산화탄소 배출량이 전체의 47%를 차지하여 배출율이 가장 높은 것으로 나타났고 피해가 가장 심한 지역에서는 상대적으로 낮은 31%의 비이산화탄소가 배출된 것으로 분석되었다.
- 삼척 대형산불 피해지의 바이오매스 연소로 인해 직접 배출된 비이산화탄소 배출량 추정을 위해 IPCC에서 제시한 식 (3)을 적용한 결과, 본 연구의 대상인 4 종의 비이산화탄소 온실가스의 총배출량을 100%로 보았을 때 CO 93%(44.100Gg), CH4 6.4%(3.053Gg), NOx 0.5%(0.238Gg), N2O 0.1%(0.038Gg)의 순으로 배출되었다. 단, 피해강도별로 연소효율을 적용할 때, 비이산화탄소 배출량 추정시 산불에 취약한 침엽수림은 피해강도 ‘심’ 지역으로 가정하였고 상대적으로 덜 취약한 혼효림은 피해강도 ‘중’ 지역으로 가정하였다.
- 삼척 산불피해지 dNBR 분석 결과, 피해강도 ‘중(moderate)’에 해당하는 dNBR 구간 153-190에서 33.5%를 차지하여 가장 넓은 분포를 보였으며, 피해강도 ‘심(high)’에 해당하는 dNBR 구간 191-255에서 약 32%의 면적분포를 보였다(Table 4).
- 삼척 산불피해지의 dNBR에 의한 피해강도 분석 결과, 전체 피해면적은 16,200ha로 나타났으며, 피해강도는 ‘경(Low: dNBR 152 이하)’ 35%, ‘중(Moderate: dNBR 153-190)’ 33%, ‘심(High: dNBR 191-255)’ 32%의 면적분포를 보였다.
- 삼척 산불피해지의 강도별 피해면적은 32%~35%의 분포로 고른 양상을 보이고 있지만 피해강도 ‘중’ 지역에서 배출된 비이산화탄소의 양이 전체의 47%를 차지하여 배출율이 가장 높은 것으로 나타났다.
- 임상별 피해면적은 침엽수림 11,506ha(77%), 활엽수림 453ha(3%) 그리고 혼효림에서 2,978ha(20%)의 피해를 입은 것으로 평가되었다. 삼척 산불피해지의 바이오매스 연소로 인해 직접 배출된 비이산화탄소 배출량 추정 결과, CO 93%, CH4 6.4%, NOx 0.5%, N2O 0.1%의 순으로 배출량이 많았다. 삼척 산불피해지의 강도별 피해면적은 32%~35%의 분포로 고른 양상을 보이고 있지만 피해강도 ‘중’ 지역에서 배출된 비이산화탄소의 양이 전체의 47%를 차지하여 배출율이 가장 높은 것으로 나타났다.
- 삼척 산불피해지의 강도별 피해면적은 32%~35%의 분포로 고른 양상을 보이고 있지만 피해강도 ‘중’ 지역에서 배출된 비이산화탄소의 양이 전체의 47%를 차지하여 배출율이 가장 높은 것으로 나타났다. 삼척산불 피해지의 총 비이산화탄소 온실가스 배출량은 CO 44.100Gg, CH4 3.053Gg, NOx 0.238Gg 그리고 N2O는 0.038Gg이 배출된 것으로 추정되었다.
- 자료 구축시 죽림과 무립목지는 면적이 협소하여 분석에서 제외하였다. 삼척산불로 인한 임상별 피해 면적은 침엽수림 11,506ha(77%), 활엽수림 453ha(3%), 혼효림 2,978ha(20%)으로 평가되었다(Fig. 3). 2005년 임업통계연보(Korea Forest Service, 2005)에 따르면 삼척산불 피해전인 1999년 우리나라의 임상별 산림면적, 임목축적은 Table 5와 같다.
- 삼척산불피해지의 강도별 피해면적은 32%~35%의 분포로 고른 양상을 보이고 있지만 피해강도 ‘중’ 지역에서 배출되는 비이산화탄소 배출량이 전체의 47%를 차지하여 배출율이 가장 높은 것으로 나타났고 피해가 가장 심한 지역에서는 상대적으로 낮은 31%의 비이산화탄소가 배출된 것으로 분석되었다.
- 적용한 연소효율값은 전문가 판단에 의해 수관화 연소(피해강도 ‘심’)는 0.43, 지표화 연소(피해강도 ‘경’)는 0.15, 일반적 적용(피해강도 ‘중’)을 위해서는 0.40이다.
후속연구
- 따라서 현재 국립산림과학원에서는 우리나라 활엽수 국가고유값을 재계산 중에 있다. 또한 위성영상 분류기법을 활용하여 산림지역의 침엽수와 활엽수의 혼효비율에 따라 혼효림을 구분한다면 과대 혹은 과소 평가될 수 있는 바이오매스량의 오차를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
- 이 방법은 현재 우리나라가 ‘기후변화에 관한 유엔 기본협약(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)’에 제출하는 국가 온실가스 인벤토리 보고서 상 산림부문의 통계량을 계정하는 공식적인 방법이며, 현재 3차 국가보고서가 작성 중에 있다(IPCC, 2003). 본 연구에서는 국립산림과학원에서 제작한 1:25,000 임상도를 활용하여 임상의 공간적 분포를 파악하였으며, 임상도에서 혼효율을 파악하기 곤란하기 때문에 혼효율에 따라 혼효림의 바이오매스 축적량이 과대 혹은 과소 추정될 수 있어 불확실성이 증가할 수 있는 한계가 있다.
- 그리고 다른 임상구조에 비해 산불에 강한 활엽수림은 대부분 지표화지(surface fire area)로 피해강도 ‘경’지역으로 가정하였다. 삼척 산불피해지의 이령림에 대한 자료의 부재로, 동일 임상의 바이오매스량을 적용하여 추정하였기 때문에 불확실성이 내재되어 있으며, 향후 이에 대한 보완연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 Table 6의 피해지역을 임상별(침엽수/활엽수/혼효림) 피해강도(심/중/경)에 따라 9가지 유형으로 분류하여 재계산한다면 오차범위를 크게 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
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