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문제 정의
- 본 연구는 종분포 모델을 이용하여 구축된 한반도 난온대 상록활엽수 분포 예측 모델(EG-model)(Yun et al., 2011)의 생육지에 대한 기후조건을 토대로 기후변화에 따른 잠재 생육지를 예측하고자 하였다.
가설 설정
- (A) Potential habitats. (B) Potential habitats masked by land use. The optimal threshold probability of occurrence was 0.
제안 방법
- org)에서 30 arc-seconds(〜1km) 격자에 대하여 한반도 지역의 기후값을 추출하여 식물 생육에 주요한 4개의 기후변수를 산출하여 적용하였다. 4개의 기후 변수는 식물 생육기의 열량 지표인 온량지수(WI: Warmth Index)(Kira, 1977), 동계의 저온 극값 지표인 최한월 최저기온(TMC: Mean minimum temperature of the coldest month), 생육기의 수분공급 지표로서 5〜9월의 하계강수량(PRS: Summer precipitation), 동계의 건조정도 및 적설량의 지표로서 12〜3월의 동계강수량(PRW: Winter precipitation)을 이용하였다.
- 기후 자료는 Worldclim에서 제공하는 Global Climate Data(www.worldclim.org)에서 30 arc-seconds(〜1km) 격자에 대하여 한반도 지역의 기후값을 추출하여 식물 생육에 주요한 4개의 기후변수를 산출하여 적용하였다. 4개의 기후 변수는 식물 생육기의 열량 지표인 온량지수(WI: Warmth Index)(Kira, 1977), 동계의 저온 극값 지표인 최한월 최저기온(TMC: Mean minimum temperature of the coldest month), 생육기의 수분공급 지표로서 5〜9월의 하계강수량(PRS: Summer precipitation), 동계의 건조정도 및 적설량의 지표로서 12〜3월의 동계강수량(PRW: Winter precipitation)을 이용하였다.
- , 2011). 따라서, 본 연구에서 난온대 상록활엽수의 향후 100년간 이동거리를 0km(이동하지 않음), 10km, 50km, 완전(Full)이동 할 것으로 가정하여 미래기후에서 토지이용을 고려한 잠재 생육지(PHLU)를 예측하였다. 미래기후에서 전혀 이동하지 않을 것(0km, No migration)이라고 가정 할 경우, 토지이용을 고려한 잠재 생육지(PHLU)는 CCCMA-A2, CSIRO-A2, HADCM3-A2에서 8,274km2의 분포역이 예측되었으며, 잠재 생육지(PH)의 약 9~10%에 해당한다(Figure 7-B, Table 2).
- , 2011). 또한, 생육 적지의 역치(閾値)보다는 낮고 잠재 생육지의 분포확률 보다는 높은 지역으로 식물종의 생육에 그다지 적합하지 않은 환경을 갖는 지역을 분포 변록지(MH: Marginal habitat)로 판단하여 분석하였다. 현실적 분포에 가까운 분포지를 예측하기 위하여 한반도 토지 이용 자료를 적용하여 현재기후에서 잠재 생육지(PH: Potential habitats)로 예측된 지역에서 식물종 생육이 불가능한 경작지, 시가지 등의 지역을 제거하여 토지 이용을 고려한 잠재 생육지(PHLU: Potential habitats masked by land use)를 예측하였다.
- 3을 역치로 판단하였으며, 역치 이상의 지역을 잠재 생육지로 판단하였다. 또한, 생육 적지의 역치(閾値)보다는 낮고 잠재 생육지의 역치보다는 높은 지역으로 역치 0.3~0.485의 지역을 분포 변록지(MH: Marginal habitats)로 판단하여 현재기후에서 EG-model에 의한 한반도 상록활엽수의 생육지를 예측하였다(Figure 6).
- 현실적 분포에 가까운 분포지를 예측하기 위하여 한반도 토지 이용 자료를 적용하여 현재기후에서 잠재 생육지(PH: Potential habitats)로 예측된 지역에서 식물종 생육이 불가능한 경작지, 시가지 등의 지역을 제거하여 토지 이용을 고려한 잠재 생육지(PHLU: Potential habitats masked by land use)를 예측하였다. 또한, 향후 100년간 현재기후에서의 생육지가 0km, 10km, 50km, Fullkm 확대한다고 가정하여 미래기후에서 토지이용의 영향 및 이동거리를 고려한 PHLU를 예측하였다. Figure 5는 본 연구에서 적용한 기후변화에 따른 한반도 난온대 상록활엽수의 잠재 생육지에 대한 분석 흐름도이다.
- mm 산출되었다. 미래기후는 2000년 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)의 배출 시나리오에 관한 특별보고서(SRES: Special Report on Emissions Scenario)에서 제시한 A2(경제성장 및 지역주의 중심) 시나리오에 대하여 3가지 전지구 기후모델 CCCMA(Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis), CSIRO(Commonwealth Scientifiec and Industrial Reserch Organisation), HADCM3(Hadley Centre Coupled Model, version3)을 이용하여 예측된 전지구 기후자료에서 한반도의 미래 기후값을 추출하였다. 미래기후 시나리오에 의한 한반도 지역 평균 기후값(2081~2100년)은 CCCMA-A2에서 WI 126.
- 본 연구에서 기후변화에 따른 한반도 난온대 상록활엽수의 온난화 영향 예측을 기후조건, 토지이용, 현재의 생육지에서 인접거리를 고려한 잠재 생육지를 분석하였다. 향후 난온대 상록활엽수 중에서 교목층을 구성하는 상록활엽수종 및 군락의 분포적 기후조건과 잠재 분포지에 대한 예측 연구는 기후변화에 따른 난온대 상록활엽수림의 식생대 변화를 구체적으로 분석할 수 있을 것이며, 동시에 지속적인 분포지의 모니터링을 바탕으로 기후변화에 따른 식물의 보전 전략수립에 중요한 자료로 활용될 것으로 생각된다.
- 한반도 난온대 상록활엽수 57종의 분포에 대한 위치 정보 자료와 기후변수(WI, TMC, PRS, PRS)와의 관계를 최대한 균등하게 반복하여 자료(Data)가 무의미 할 때 까지 2분할되도록 구축되는 CT-Model(Classification tree model)(Clark and Pregibon, 1992)을 이용하였다. 본 연구에서는 현재기후(1961~1990) 자료를 적용하여 구축된 한반도 난온대 상록활엽수 분포 예측 모델(EG-model)(Yun et al., 2011)에 미래기후(2081~2100) 시나리오 CCCMA-A2, CSIRO-A2, HADCM3-A2의 기후자료에서 4가지 기후변수를 적용하여 잠재 생육지를 분석하였다.
- 또한, 생육 적지의 역치(閾値)보다는 낮고 잠재 생육지의 분포확률 보다는 높은 지역으로 식물종의 생육에 그다지 적합하지 않은 환경을 갖는 지역을 분포 변록지(MH: Marginal habitat)로 판단하여 분석하였다. 현실적 분포에 가까운 분포지를 예측하기 위하여 한반도 토지 이용 자료를 적용하여 현재기후에서 잠재 생육지(PH: Potential habitats)로 예측된 지역에서 식물종 생육이 불가능한 경작지, 시가지 등의 지역을 제거하여 토지 이용을 고려한 잠재 생육지(PHLU: Potential habitats masked by land use)를 예측하였다. 또한, 향후 100년간 현재기후에서의 생육지가 0km, 10km, 50km, Fullkm 확대한다고 가정하여 미래기후에서 토지이용의 영향 및 이동거리를 고려한 PHLU를 예측하였다.
대상 데이터
- 로 남한면적의 28%를 차치하였다. 생육적지는 28,063km2로 한반도에서 예측되었으며, 분포 변록지는 167km2로 제주도와 울릉도 지역에서 예측되었다.
- 식물분포 자료는 한반도 난온대 상록활엽수 57종(Table 1)을 대상으로 국립생물자원관(KB), 국립수목원(KH), 고려대학교(KUS), 경북대학교(KNU), 대전대학교(TUT), 서울대학교(SNU), 순천대학교(SNUH), 영남대학교(YNUH), 인하대학교(IUI), 전남대학교(CNU), 전북대학교(JNU), 한남대학교(HNHM)에 소장되고 있는 1913~2009년을 수집 표본 기간으로 하는 표본 4,670점의 위치정보 자료(Yun et al., 2011)를 이용하였다(Figure 1). 식물종 57종의 학명과 국명은 Flora of Korea Editorial Committee(2007)의 The genera of Vascular Plant of Korea에 준하여 작성하였다(Table 1).
- 토지 이용을 고려한 현실적인 식물의 잠재 생육지(Potential habitats)를 분석하기 위해 전세계 토지 피복 및 모니터링을 위해 기획된 Global Land Cover 2000 Project(GLC 2000)에서 제공하는 DIVA-GIS(www.diva-gis.org)로부터 30″격자의 약 1km2 단위로 생성된 한국의 토지 피복 자료를 이용하였다(Figure 3).
이론/모형
- Figure 6. Predicted distribution of warm-temperate evergreen broad-leaved trees under the current climate conditions based on CT-model (EG-model). (A) Potential habitats.
- , 2011)를 이용하였다(Figure 1). 식물종 57종의 학명과 국명은 Flora of Korea Editorial Committee(2007)의 The genera of Vascular Plant of Korea에 준하여 작성하였다(Table 1).
- 한반도 난온대 상록활엽수 57종의 분포에 대한 위치 정보 자료와 기후변수(WI, TMC, PRS, PRS)와의 관계를 최대한 균등하게 반복하여 자료(Data)가 무의미 할 때 까지 2분할되도록 구축되는 CT-Model(Classification tree model)(Clark and Pregibon, 1992)을 이용하였다. 본 연구에서는 현재기후(1961~1990) 자료를 적용하여 구축된 한반도 난온대 상록활엽수 분포 예측 모델(EG-model)(Yun et al.
성능/효과
- EG-mode을 토대로 2081~2100년의 미래기후에 대한 난대성 상록활엽수의 분포를 예측한 결과, 잠재 생육지(PH)는 CCCMA-A2에서 89,285km2 분포역이 예측되었으며, CSIRO-A와 HADCM3-A2에서 각각 83,699km2, 77,140km2 분포역을 차지할 것으로 예측 되었다(Figure7-A). 3가지 미래기후 시나리오에 대하여 난대성 상록활엽수는 남한 면적의 77~89% 해당한다.
- 기후변화에 의한 미래기후에서의 잠재 생육지(PH)는 3종류 기후 시나리오 CCCMA-A2, CSIRO-A2, HADCM3-A2에서 면적 77,140~89,285km2로 예측되어 한반도 면적의 77.2~89.4%를 차지하였다. CCCMA-A2, CSIRO-A2는 강원도의 일부 지역을 제외한 지역에서 잠재 생육지가 예측되었으며, HADCM-A2에서는 설악산, 오대산, 태백산의 서부내륙지역의 강원도 지역, 덕유산과 지리산일대의 전라북도와 경상남도 일부 지역을 제외한 지역에서 잠재 생육지가 예측되었다.
- 의 면적이다. 난온대 상록활엽수 분포 예측 모델(EG-model)의 결과, 현재기후에서 생육 적지와 분포 변록지의 면적은 각각 28,063km2, 167km2이며, 잠재 생육지(PH)는 28,230km2로 예측되었다(Figure 6, Table 2). 잠재 생육지의 분포 지역으로는 서해안 백령도, 충청남도 태안, 전라북도 전주, 전라남도 담양, 경상남도 하동, 경상북도 대구, 경상북도 울진, 강원도 속초를 잇는 하한을 생육지로 하고 있으며, 경상남도 가지산 일대는 제외되었다.
- 3가지 미래기후 시나리오에 대하여 난대성 상록활엽수는 남한 면적의 77~89% 해당한다. 또한, CCCMA-A2 시나리오에서의 잠재 생육지(PH)는 현재기후에서 보다 61,055km2 증가하며, CSIRO-A2와 HADCM3에서 각각 55,470km2, 48,910km2 분포역이 증가하는 것으로 나타났다(Table 2).
- 잠재 생육지의 분포 지역으로는 서해안 백령도, 충청남도 태안, 전라북도 전주, 전라남도 담양, 경상남도 하동, 경상북도 대구, 경상북도 울진, 강원도 속초를 잇는 하한을 생육지로 하고 있으며, 경상남도 가지산 일대는 제외되었다. 또한, 현재기후에서 예측된 잠재 생육지에서 토지 이용에 의하여 식물종의 생육이 불가능한 경작지, 시가지 등을 제거하여 예측된 토지 이용을 고려한 잠재 생육지(PHLU)는 8,274km2이며, 잠재 생육지(PH)의 29.3%를 차지하며, 남한 면적의 약 8.3%를 차지하는 면적으로 예측되었다.
- 3%를 차지하였다. 미래기후에서 토지 이용을 고려한 잠재 생육지는 35,177~45,170km2로 예측되었으며, 약 26.9~36.9%로 증가하였다. 또한, 토지 이용으로 난온대 상록활엽수의 잠재생육지는 분단화 및 고립화로 인해 산재적으로 분포한다.
후속연구
- 본 연구의 결과에 더불어 정확한 생육지 예측을 위해서는 식물종의 종자산포 방식과 정착지의 종간 상호작용, 인접지역과의 관계 등의 영향, 미래 인구 증가에 따른 인간 간섭 등을 고려한 예측이 필요할 것으로 판단된다. 또한, 일본과 중국에 분포하는 난온대 상록활엽수의 분포자료를 포함하여 분석함으로써 한반도 지역에서 과소평가된 잠재 생육지 예측을 보정할 수 있다고 판단된다.
- 또한, 상록활엽수의 생육 증가는 낙엽활엽수의 생육에 제한요인으로 빛의 수광량(受光量)의 변화로 인한 낙엽활엽수림의 쇠퇴에 영향을 줄 수 있다. 본 연구의 결과에 더불어 정확한 생육지 예측을 위해서는 식물종의 종자산포 방식과 정착지의 종간 상호작용, 인접지역과의 관계 등의 영향, 미래 인구 증가에 따른 인간 간섭 등을 고려한 예측이 필요할 것으로 판단된다. 또한, 일본과 중국에 분포하는 난온대 상록활엽수의 분포자료를 포함하여 분석함으로써 한반도 지역에서 과소평가된 잠재 생육지 예측을 보정할 수 있다고 판단된다.
- 이렇게 구축된 식물종의 분포 예측 모델에 미래기후 조건을 적용하여 미래기후에 따른 생육 적지 및 잠재 생육지를 예측할 수 있다. 생육지 예측 연구는 기후변화에 취약한 식물종과 취약 지역, 기후변화에도 불구하고 계속해서 생육이 가능한 지역(도피지, Refugia)을 특정 할 수 있으며, 지구 온난화가 진행되는 21세기에 식물군락과 야생식물의 보전 관리계획에 크게 활용될 수 있다. 미국에서는 동부지역에 분포하는 주요수종 80종(Iverson et al.
- 본 연구에서 기후변화에 따른 한반도 난온대 상록활엽수의 온난화 영향 예측을 기후조건, 토지이용, 현재의 생육지에서 인접거리를 고려한 잠재 생육지를 분석하였다. 향후 난온대 상록활엽수 중에서 교목층을 구성하는 상록활엽수종 및 군락의 분포적 기후조건과 잠재 분포지에 대한 예측 연구는 기후변화에 따른 난온대 상록활엽수림의 식생대 변화를 구체적으로 분석할 수 있을 것이며, 동시에 지속적인 분포지의 모니터링을 바탕으로 기후변화에 따른 식물의 보전 전략수립에 중요한 자료로 활용될 것으로 생각된다.
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