Two man-made carbon emissions, fossil fuel emissions and land use emissions, have been perturbing naturally occurring global carbon cycle. These emitted carbons will eventually be deposited into the atmosphere, the terrestrial biosphere, the soil, and the ocean. In this study, Simple Global Carbon M...
Two man-made carbon emissions, fossil fuel emissions and land use emissions, have been perturbing naturally occurring global carbon cycle. These emitted carbons will eventually be deposited into the atmosphere, the terrestrial biosphere, the soil, and the ocean. In this study, Simple Global Carbon Model (SGCM) was used to simulate global carbon cycle and to estimate global carbon budget. For the model input, fossil fuel emissions and land use emissions were taken from the literature. Unlike fossil fuel use, land use emissions were highly uncertain. Therefore land use emission inputs were adjusted within an uncertainty range suggested in the literature. Simulated atmospheric $CO_2$ concentrations were well fitted to observations with a standard error of 0.06 ppm. Moreover, simulated carbon budgets in the ocean and terrestrial biosphere were shown to be reasonable compared to the literature values, which have considerable uncertainties. Simulation results show that with increasing fossil fuel emissions, the ratios of carbon partitioning to the atmosphere and the terrestrial biosphere have increased from 42% and 24% in the year 1958 to 50% and 30% in the year 2016 respectively, while that to the ocean has decreased from 34% in the year 1958 to 20% in the year 2016. This finding indicates that if the current emission trend continues, the atmospheric carbon partitioning ratio might be continuously increasing and thereby the atmospheric $CO_2$ concentrations might be increasing much faster. Among the total emissions of 399 gigatons of carbon (GtC) from fossil fuel use and land use during the simulation period (between 1960 and 2016), 189 GtC were reallocated to the atmosphere (47%), 107 GtC to the terrestrial biosphere (27%), and 103GtC to the ocean (26%). The net terrestrial biospheric carbon accumulation (terrestrial biospheric allocations minus land use emissions) showed positive 46 GtC. In other words, the terrestrial biosphere has been accumulating carbon, although land use emission has been depleting carbon in the terrestrial biosphere.
Two man-made carbon emissions, fossil fuel emissions and land use emissions, have been perturbing naturally occurring global carbon cycle. These emitted carbons will eventually be deposited into the atmosphere, the terrestrial biosphere, the soil, and the ocean. In this study, Simple Global Carbon Model (SGCM) was used to simulate global carbon cycle and to estimate global carbon budget. For the model input, fossil fuel emissions and land use emissions were taken from the literature. Unlike fossil fuel use, land use emissions were highly uncertain. Therefore land use emission inputs were adjusted within an uncertainty range suggested in the literature. Simulated atmospheric $CO_2$ concentrations were well fitted to observations with a standard error of 0.06 ppm. Moreover, simulated carbon budgets in the ocean and terrestrial biosphere were shown to be reasonable compared to the literature values, which have considerable uncertainties. Simulation results show that with increasing fossil fuel emissions, the ratios of carbon partitioning to the atmosphere and the terrestrial biosphere have increased from 42% and 24% in the year 1958 to 50% and 30% in the year 2016 respectively, while that to the ocean has decreased from 34% in the year 1958 to 20% in the year 2016. This finding indicates that if the current emission trend continues, the atmospheric carbon partitioning ratio might be continuously increasing and thereby the atmospheric $CO_2$ concentrations might be increasing much faster. Among the total emissions of 399 gigatons of carbon (GtC) from fossil fuel use and land use during the simulation period (between 1960 and 2016), 189 GtC were reallocated to the atmosphere (47%), 107 GtC to the terrestrial biosphere (27%), and 103GtC to the ocean (26%). The net terrestrial biospheric carbon accumulation (terrestrial biospheric allocations minus land use emissions) showed positive 46 GtC. In other words, the terrestrial biosphere has been accumulating carbon, although land use emission has been depleting carbon in the terrestrial biosphere.
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문제 정의
3333px;"> 농도를 모사하는데 초점을 두어서 대기-해양-육상생태권 사이의 탄소 이동에 대한 신뢰성이 부족하였다. 따라서 본 연구에서는 모사 결과의 타당성 검토를 위하여, 지구 규모의 탄소 물질 수지에 관한 다양한 연구결과를 종합적으로 정리한 대표적 문헌자료인 global carbon budget(Le Quere et al., 2017)에 나타난 대기-해양-육상생물권 사이의 탄소 물질수지와 비교분석 하였다.
본 연구의 목적은 최근 증가하고 있는 화석연료 사용과 토지이용으로 인하여 CO2 형태로 대기 중으로 배출된 탄소가 재분배되는 과정에서 대기권, 해양권 및 육상 생태권의 역할을 분석하고자 함이다.
가설 설정
이 외의 상자 사이의 탄소 이동인 해양 순환에 의한 이동(cold surface water sinking, deep water upwelling, surface water advection), 해양생물과 해양 사이의 탄소 이동(ocean biota primary production, ocean biota respiration, organic carbon sinking, organic carbon burial) 등은 상자 내 탄소농도와 선형관계를 가정하여 1차반응식으로 나타내었다.
제안 방법
SGCM 모델에서 계산된 대기권의 탄소 저장량을 CO2 농도로 환산하여 하와이 마우나로아(Mauna Loa) 측정소에서 관측된 값과 비교함으로써 모델 보정하였다.이 과정에서 화석연료 사용은 문헌의 자료를 그대로 이용하였으나 토지 이용으로 인한 탄소 배출은 문헌에 나타난 불확실성 범위 내에서 조정하였다.
SGCM 모델은 연도별 화석 연료 사용과 토지이용으로 인하여 대기 중으로 유입된 CO2 를 입력자료로 하고 관측된 대기 중 CO2 를 바탕으로 모델의 계수를 보정하였다. 1958~1990년까지의 자료를 이용한 기존의 연구에서는 화석연료 사용으로 인한 COSGCM 모델을 이용하여 1958~2016년까지 59년 동안 화석연료 사용과 토지 이용으로 인하여 대기 중으로 배출된 탄소가 대기권, 육상생태권 및 해양권으로 이동하는 탄소 물질 수지를 모사하였다.
3333px;">2 형태로 대기 중으로 배출된 탄소가 재분배되는 과정에서 대기권, 해양권 및 육상 생태권의 역할을 분석하고자 함이다. 이를 위하여 대기중 CO2 농도의 연도별 관측자료가 존재하는 1958년부터 2016년까지에 대하여 대기권-토양을 포함한 육상생 태권-해양권 사이의 탄소 이동을 SGCM 모델을 이용하여 모사하였다. 기존의 연구(Kwon and Schnoor, 1994) 가 대기 중 CO적합화 과정에서 입력된 토지이용에 의한 CO2 배출량이 문헌에서 제시한 불확실성 범위를 초과하지 않는 범위에서, 계산된 CO2 농도와 관측된 CO2 농도의 차이를 0.5ppm 이내로(예외적으로 1993년은 0.78 ppm임) 최소화 되도록 시행착오법에 의하여 반복 실행하였다.
3333px;">2 농도를 적합화하였다. 적합화 과정은 모사 기간의 첫 해인 1958년부터, 계산된 CO2 농도가 관측된 CO2 농도에 근접하도록 토지이용에 의한 CO2배출량을 입력하는 과정을 2016년까지 년도 순으로 수행하였다.적합화 과정에서 입력된 토지이용에 의한 CO토양 미생물이 토양 유기탄소를 분해하여 발생하는 CO2의 대기권으로의 이동(soil respiration)은 온도 상승이 미생물의 증식에 미치는 영향을 고려하여 온도효과만을 반영하였다.
대상 데이터
6은 토양 및 육상생물을 포함한 권역에서의 탄소의 흡수량을 나타내고 있다. 그림의 상자수염은 global carbon budget(Le Quere et al., 2017)에 보고된 15개 지구식생모델의 산출값을 통계처리하여 나타내었다. 상자의 중앙은 평균값, 상자의 양 극단은 ±25%, 수염은 ±45%를 나타낸다.
본 연구에 사용된 화석연료 사용으로 인한 CO2 배출량 자료는 ±1σ 신뢰수준에서 약 ±5%이다(Le Quere et al., 2017).
데이터처리
그림에 나타낸 상자수염은 global carbon budget(Le Quere et al., 2017)에 보고된 2개의 bookkeeping model 과 12개 지구식생모델(Dynamic Global Vegetation Model; DGVM)의 산출값을 통계처리하여 나타내었다.
성능/효과
1960년을 기준으로 2016년까지 화석연료 사용과 토지이용으로 인한 대기 중 누적 배출량은 399 GtC으로 지속 증가하여 왔다. 권역별 누적 흡수량도 지속 증가하여서 대기권에 189 GtC, 육상생물권과 해양권에 각각 107 GtC과 103 GtC의 비슷한 규모의 양이 축적되었다. Fig.
8 GtC/yr로 나타난다. 본 SGCM 모델의 육상생물권의 탄소흡수량은 문헌의 범위 내에서 0.5~3.0 GtC/yr 로 증가하는 것으로 모사되었다.
본 자료는 1990년대의 관측자료값인 2.2±0.4GtC을 만족하는 8개의 지구해양지화학모델의 결과로서 상자의 중앙은 평균값, 상자의 양 극단은 ±25%를 의미한다.
이 경우 육상생물권의 누적 흡수량은 육상생물권이 대기권으로부터 흡수한 량에서 토지이용으로 인한 배출량을 뺀 양으로서 육상생물권의 탄소저장고의 변동량을 의미한다. 즉, 육상생물권은 모사기간 중 육상생물권의 누적 흡수량은 107 GtC이며, 토지 이용으로 인한 누적 배출량은 61 GtC으로서 이 기간 동안의 육상생물권의 순 탄소 변동량은 46 GtC이 증가하였다.
4GtC을 만족하는 8개의 지구해양지화학모델의 결과로서 상자의 중앙은 평균값, 상자의 양 극단은 ±25%를 의미한다. 평균값으로 보면 흡수량이 일정하게 증가하지는 않으나 전체 값들은 0.8 GtC/yr 내외에서 2.2 GtC/yr 내외로 증가하고 있음을 보여주고 있다. 반면에 본 SGCM 모델의 모사 결과는 1.
후속연구
, 2017) 와 통계적으로 의미있는 범위 내에서 모사되었다. 따라서 SGCM 모델은 8-상자로 구성된 간단한 모델임에도 불구하고 지구 규모의 탄소 순환과 탄소 물질수지를 잘모사할 수 있음을 확인하였으며, 향후 CO2 배출전망에 따른 대기 중 CO2 농도예측과 기후모델과 결합하여 지구기온변화 등의 시나리오 분석에 적용될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
모사기간 동안의 화석연료 사용과 토지 이용으로 인한 대기 중으로의 총 배출량을 통해 무엇을 추정할 수 있는가?
년도별총 배출량이 대기권, 육상생물권 및 해양권으로 재배분된 비율을 살펴보면 1958년에 대기권 42%, 육상생물권 24%, 해양권 34%로 분배 흡수되었으나 2016년에는 대기권은 50%로 증가, 육상생물권은 30%로 증가한 반면에 해양권은 20%로 배분비율이 낮아지고 있음을 보여주고 있다. 이것은 대기권과 육상생물권으로의 탄소 이동속도가 해양에 비하여 빠르다는 것을 의미하여 향후 현재와 같은 속도로 배출이 지속될 경우 대기 중 CO2의 농도는 훨씬 빠르게 증가하여 기후변화가 가속될 것으로 추정된다. 특히 2015년 파리협정에 의한 신기후체제 하에서 국가별로 설정한 자발적 감축계획(INDC)에 의하면 2030년까지 CO2를 포함한 온실가스 배출량이 현재의 배출량을 초과하여 기후변화가 가속될 것으로 우려된다.
지구온난화의 가장 큰 원인은 무엇인가?
21세기 최대의 관심사인 지구온난화로 인한 기후변화는 인류의 미래 생존에 큰 영향을 미칠 것임을 인지하고 국제사회는 이에 대한 대책을 마련하고 있다. 지구온난화는 지구과학적으로 다양한 원인이 복잡하게 작용하여 나타나고 있으나, 가장 대표적인 요인은 19세기 중반부터 시작된 인구증가 및 산업혁명으로 인하여 화석연료 사용이 증가하고, 경작지와 주거지를 위한 토지이용 확대로 알려지고 있다. 화석연료 사용과 토지이용으로 인하여 지구온난화의 대표적인 기체인 CO2 의 대기 중 배출량은 지속적으로 증가하여 왔다(IPCC, 2014).
대기 중으로 배출된 CO2는 어디로 흡수되는가?
화석연료 사용과 토지이용으로 인하여 대기 중으로 배출된 CO2는 식물의 광합성과 호흡 등과 같은 대기-육상생태권 사이의 상호작용, 대기와 해양 사이의 이산화탄소 평형 등에 의하여 일부는 대기권에 체류하고 나머지는 육상생태권과 해양으로 흡수된다. 지난 몇십년 동안 지구 규모에서의 육상생태권, 해양, 대기 상호간 탄소 순환 및 탄소물질수지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다(Booth et al.
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