[논문]적외선과 초음파 센서로 측정한 순천만 이산화탄소 변동

김상진; 김민성; 이경훈; 권병혁; 윤홍주

doi:10.13067/jkiecs.2021.16.1.157

적외선과 초음파 센서로 측정한 순천만 이산화탄소 변동
Carbon Dioxide Fluctuation in Suncheon Bay Measured by Infrared and Ultrasonic sensors 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.16 no.1, 2021년, pp.157 - 164

김상진 (부경대학교 지구환경시스템과학부) , 김민성 (부경대학교 지구환경시스템과학부) , 이경훈 (부경대학교 지구환경시스템과학부) , 권병혁 (부경대학교 환경대기과학과) , 윤홍주 (부경대학교 공간정보시스템공학과)

초록
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순천만 갯벌에서 3차원 초음파풍속계로 바람과 기온을 측정하고, 적외선 센서를 이용하여 이산화탄소 농도를 측정하였다. 일반적으로 기온이 증가하면 대기 중의 이산화탄소 농도가 증가하고, 기온이 감소하면 이산화탄소도 감소한다. 그러나 일몰 직후에는 광합성이 줄어들기 때문에, 기온이 감소함에도 이산화탄소 농도는 증가하였다. 또한 갯벌이 해수로 덮이게 되는 고조기에는 기온 증가에도 불구하고 대기 난류가 강하게 나타나 이산화탄소 농도가 감소하였다. 이산화탄소의 농도 변화에 미치는 갯벌 생태계의 광합성과 호흡 그리고 대기 난류의 영향에 대한 정량적 평가가 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Wind and temperature were measured with a three-dimensional ultrasonic anemometer and the carbon dioxide concentration was measured using an infrared sensor in the tidal flat of Suncheon Bay. In general, as the temperature increases, the concentration of carbon dioxide increases, and as the temperature decreases, the carbon dioxide also decreases in the atmosphere. However, since photosynthesis declined immediately after the sunset, the concentration of carbon dioxide increased as the temperature decreased. In addition, near the high tide when the tidal flat is covered with seawater, the atmospheric turbulence was strong despite an increase in temperature, resulting in a decrease in carbon dioxide concentration. It is necessary to quantitatively evaluated the effects of photosynthesis, respiration and atmospheric turbulence on the change of carbon dioxide concentration over tidal flat ecosystems.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. (a) 순천만, (b) 공간관측 지점, (c) 무인 이동체 관측, 그리고 (d) 미기상 인자와 이산화탄소 농도 자동관측시스템 Fig. 1 (a) Suncheon bay, (b) spatial measurement points, (c) UGV measurement, and (d) Automatic mearsurement system of micro-meteorological parameters and CO₂
그림 그림 2. 3차원 초음파풍속계(왼쪽)와 GMP343 측정 원리(오른쪽) Fig. 2 3D ultra sonic anemometer (left) and operation principle of GMP343 (right)
그림 그림 3. 환경 변화에 따른 기온 및 CO₂ 농도 변화 Fig. 3 Variation of air temperature and CO₂ concentration with environmental variation
그림 그림 4. 해수면 온도와 주변 육지면과 갯벌 표면 온도 변화(위)와 느낌열 플럭스 변화(아래) Fig. 4 Temporal variation of land surface temperature, tidal flat surface temperature and sea surface temperature (upper), and sensible heat flux (lower)
그림 그림 5. 일몰 후(왼쪽)와 일출 후(오른쪽)의 기온과 CO₂ 변화 Fig. 5 Varition of air temperature and CO₂ after sunset (left) and afte sunrise (right)
그림 그림 6. 일몰 후(위)와 일출 후(아래)의 기온과 CO₂ 공간 분포 Fig. 6 Spatial distribution of air temperature and CO₂ after sunset (upper) and after sunrise (lower)
그림 그림 7. 고조기 전후의 기온과 CO₂ 변화 Fig. 7 Variation of air temperature and CO₂ before and after high tide
그림 그림 8. 2020년 11월 8일 0000 KST부터 0230 KST까지 기온과 CO₂ 변화 Fig. 8 Variation of air temperature and CO₂ from 0000 KST to 0230 KST on 8^th Nov. 2020
그림 그림 9. 대기 난류 운동에너지의 변화 Fig. 9 Variation of atmospheric turbulence kinetic energy

AI 본문요약
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제안 방법

공 간관측 자료를 이용하여 크리깅을 통해 이산화탄소 농도 분포도를 작성하였다. 고조기에는 공간관측이 불 가하기에 약 4시간 동안 지점 관측을 수행하여 농도 변화를 수집하였다. 지점 관측은 2020년 11월 7일 12 시부터 16시까지 수행하였다
공간관측은 일몰 직후인 2020년 11월 8일 18시와 일출 직후인 2020년 11월 8일 07시에 수행되었다. 공 간관측 자료를 이용하여 크리깅을 통해 이산화탄소 농도 분포도를 작성하였다. 고조기에는 공간관측이 불 가하기에 약 4시간 동안 지점 관측을 수행하여 농도 변화를 수집하였다.
국립해양조사원1)의 고조기 시간 예보 자료를 이용하여 갯벌 환경을 조사하였다. 관측에서 가장 가까운 지역인 여호항(전남 고흥군 점암면 여호리)을 기준으로 고조기를 결정하였다
본 연구에서는 고조기에는 갯벌 근처에서, 저조기에는 무인 이동체(UGV: Unmanned Ground Vehicle)을 이용 해 갯벌 접근성을 높여서 이산화탄소와 미기상인자를 관 측하였다. 이산화탄소 농도의 변화를 조사하고, 이에 대한 원인을 생태 인자와 미기상학 인자로 분석하였다.
순천만 갯벌에서 고정관측 및 공간관측을 통해 이 산화탄소 농도의 변동에 영향을 미치는 생태 인자와 미기상학 인자를 조사하였다. 기온이 증가하면 대기 중의 이산화탄소 농도도 증가하지만, 갯벌 대기에서는 주변 환경에 따라 이와 반대되는 현상이 나타나기도 한다.
그런 다음 FPI의 측정 파장이 기준 대역(흡수선 없음)으로 변경되고, IR 감지기는 완전한 광 투과를 확인한다. 이 두 신호의 비율은 가스의 빛 흡수 정도를 나타내며, 가스 농도에 비례하고 이 원리 로 이산화탄소 농도를 측정한다.
본 연구에서는 고조기에는 갯벌 근처에서, 저조기에는 무인 이동체(UGV: Unmanned Ground Vehicle)을 이용 해 갯벌 접근성을 높여서 이산화탄소와 미기상인자를 관 측하였다. 이산화탄소 농도의 변화를 조사하고, 이에 대한 원인을 생태 인자와 미기상학 인자로 분석하였다.
일출·일몰 시간의 이산화탄소 농도 분석, 고조기 전후의 이산화탄소 농도 분석 그리고 이산화탄소 플 럭스의 일 변화 분석이 수행되었다. Fig.
1의 (a)와 (b)는 순천만 내 관측지의 위치와 공간관측 순서이고, (c)와 (d)는 관측 수행 중인 무인 이동체와 미기상인 자·이산화탄소 자동관측시스템이다. 일출과 일몰 직후 갯벌의 이산화탄소 농도 변화 측정을 위하여 UGV를 이용하여 스무 지점에서 각각 1분씩 측정을 수행하였다. 공간관측은 일몰 직후인 2020년 11월 8일 18시와 일출 직후인 2020년 11월 8일 07시에 수행되었다.
일출과 일몰 후 바닷물이 빠져서 갯벌이 드러난 환 경 조건에서 UGV를 이용한 접지층 공간관측을 수행하였다. 일출시각과 일몰시각의 약 30분 뒤 관측을 시 작하였다.

대상 데이터

일출과 일몰 직후 갯벌의 이산화탄소 농도 변화 측정을 위하여 UGV를 이용하여 스무 지점에서 각각 1분씩 측정을 수행하였다. 공간관측은 일몰 직후인 2020년 11월 8일 18시와 일출 직후인 2020년 11월 8일 07시에 수행되었다. 공 간관측 자료를 이용하여 크리깅을 통해 이산화탄소 농도 분포도를 작성하였다.
관측 지역은 순천만(전라남도 순천시 해룡면 농주리) 에 위치한 갯벌이다. 노을이 아름다워 찾는 사람이 많 고, 갯벌 주변에 산책로도 조성되었다.
국립해양조사원1)의 고조기 시간 예보 자료를 이용하여 갯벌 환경을 조사하였다. 관측에서 가장 가까운 지역인 여호항(전남 고흥군 점암면 여호리)을 기준으로 고조기를 결정하였다
대기 중 이산화탄소 농도와 기온 관측은 GMP343 관측기기를 이용하였다. GMP343은 프루브(Probe) 유 형의 장비로 이산화탄소 감지기, 전자장치 그리고 장 기간 야외 관측에 적합한 덮개로 구성되어 있다.
고조기에는 공간관측이 불 가하기에 약 4시간 동안 지점 관측을 수행하여 농도 변화를 수집하였다. 지점 관측은 2020년 11월 7일 12 시부터 16시까지 수행하였다

성능/효과

이 작은 FPI는 전기적으로 조정되어 측정 파장이 CO2 가스의 흡수 대역과 기준 대역 사이 에서 변경된다. FPI의 통과 대역이 CO2 가스의 흡수 파장과 일치하면 IR 감지기는 광 투과율이 감소하는 것을 확인한다. 그런 다음 FPI의 측정 파장이 기준 대역(흡수선 없음)으로 변경되고, IR 감지기는 완전한 광 투과를 확인한다.

후속연구

생태계에서 갯벌 역할의 중요성을 고려하여 광합성 량과 TKE가 이산화탄소 농도 변화에 지배적으로 미치는 영향을 정량적으로 분석하는 추가 연구가 지속적으로 필요하다. 순천만과 같이 관광 및 산책로로 개발된 곳의 이산화탄소 및 미기상 자료 수집은 정부가 주도하는 민간기상정보서비스 활용에 이바지한다

참고문헌 (16)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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