초록 ▼

가. 연구장비 인프라구축
1. 해양대기 경계층의 미량기체 장기 관측위한 인프라 구축: 오존, 일산화탄소, 산화질소 (NOx), jNO2, 수은, 대기유기화합물 분석위한 연구 기반 구축
2. 해양-대기 운동량, 열량, 물질 플럭스 관측 기반 구축
3. 해양 표층과 내부 온실기체 분석 기반구축: CO2, N2O, CH4, CO, H2, O2, Ar
4. 해양대기 HOx 라디칼 관측위한 장비구축
나. 남빙양에서 초기 관측 (pilot experiment) 수행
1. 남빙양 해양대기 경계층에서 오존과 일산화

가. 연구장비 인프라구축
1. 해양대기 경계층의 미량기체 장기 관측위한 인프라 구축: 오존, 일산화탄소, 산화질소 (NOx), jNO2, 수은, 대기유기화합물 분석위한 연구 기반 구축
2. 해양-대기 운동량, 열량, 물질 플럭스 관측 기반 구축
3. 해양 표층과 내부 온실기체 분석 기반구축: CO2, N2O, CH4, CO, H2, O2, Ar
4. 해양대기 HOx 라디칼 관측위한 장비구축
나. 남빙양에서 초기 관측 (pilot experiment) 수행
1. 남빙양 해양대기 경계층에서 오존과 일산화탄소, 수은 관측 수행
2. 주요 기후변화 유도물질인 이산화탄소, 메탄, 아산화질소의 해양-대기 교환량 관측
3. 해양 혼합층의 생물활동 지표인 순군집 생산량과 엽록소 양 관측으로 해양 대기 경계층의 미량기체 분포에 대한 해양 생태계 역할 이해위한 관측 자료 수집
다. 북반구 아라온 통과해역 (인천과 알라스카 놈 사이)에서 전반적인 초기 관측 수행
1. 해양대기 경계층에서 반응성기체 (오존, 일산화탄소, 산화질소 (NOx), 수은종, 대기유기화합물, PAN)
2. 주요 직간접 온실기체 (CO2, N2O, CH4, CO, H2) 들의 해양과 대기 농도 연속관측과 해양 내부 농도구배 관측
3. 에어로졸 질량분석기를 이용한 화학성분 (유기물, NO3, SO4, NH4) 연속 관측
4. 해상안개와 빗물의 화학성분 분석으로 wet deposition에서 에어로졸의 영향 평가
5. 에어로졸의 미생물 분석으로 기원 파악
6. 해양-대기 온동량, 열, 물질 플럭스와 대기 경계층 두께, 기상 자료 연속 관측
7. 해양 혼합층 물리적 특성과 주요 온실기체의 용존 농도 분포, 순군집 생산성 연속 관측
8. 해양내 용존 수은과 메틸수은, 총수은 관측으로 해양으로 공급또는 대기로 방출되는 수은의 상변화 원인 이해
9. 12개 정점에서 CTD/Rosette을 이용하여 해양 물리/화학/생물 의 특성 조사
10. 2개 정점에서 24시간 표류하며 북태평양과 베링해에서 해양/대기 일변화 특성조사

Abstract ▼

The ocean covers 70% of the Earth surface and provides a medium on the global climate in various aspects. Solar radiation heats up the ocean, in particular at the low latitude, transferring the energy to the high latitude where solar heating is limited. Wind driven ocean current transports the heat

The ocean covers 70% of the Earth surface and provides a medium on the global climate in various aspects. Solar radiation heats up the ocean, in particular at the low latitude, transferring the energy to the high latitude where solar heating is limited. Wind driven ocean current transports the heat energy longitudinal as well as latitudinal direction. In addition, heat and moment fluxes across the air-water interface in the ocean provides a conduit for breathing the ocean, inhaling or exhaling gases from or to the atmosphere.
This project, named as SHIPPO (SHIp-borne Pole-to-Pole Observations), focuses on the chemical processes taking place in the marine boundary layer (MBL) that impact on the global climate. The MBL is directly linked by the surface mixed layer (SML) which provides habitat for the organisms living there, in particular phytoplankton which assimilate solar energy to fix inorganic material to the energy source of higher level of organisms. Active biological production in the SML stimulates the ecological system and chemical derivations including transformation of trace gases. These gases leave for or are absorbed from the atmosphere due to difference in the concentration across the interface. One of the best examples is CO₂ exchange between them.The ocean is an important sink for the atmospheric CO₂, although some places act as source. However, many biogenic gases such as N₂O, CH₄, CO, and volatile organic compounds (VOCs) are emitted to the atmosphere. Most of these biogenic trace gases are short-lived and are involved in the photo-chemistry occurring in the MBL, changing the radiation budget. One of the objectives of SHIPPO is to identify processes in the atmosphere which can utterly affects the climate change. Atmospheric oxidation in the marine boundary layer alters the chemical form emitted from the ocean. A good example is dimethyl sulfide (DMS) which is produced in the SML by phytoplankton cleavage, emitted to the MBL through the air-sea interface, and oxidized to sulfate ion by a chain reactions with oxidant, hydroxyl radical, ending up with becoming an ingredient of aerosol. The atmospheric oxidation in the MBL differs from that in the continent because of low VOCs and NO_x which are important chemical compounds to determine ozone (O₃), the precursor of hydroxyl radical. Unique and unknown atmospheric chemistry can be expected in the MBL, which waitsfor our painstaking endeavor supported by Araon’s steaming around the ocean between the polar oceans.
The spatial distribution of trace gases that are related to the climate directly or indirectly via photochemistry in the MBL were investigated in this project. Included are CO₂, CH₄, N₂O, CO, H₂, O₃, NO_x, PAN, gaseous elemental Hg(GEM), reactive gaseous Hg (RGM), particle bounded Hg (PBM). Along the cruise track, we encountered several air masses coming from South Asia, East Siberia, the North Pacific, and the Arctic Ocean as she straddled between the two large air systems, East Asian Low and North Pacific High. In addition, west-east stark contrast of air quality along the track, most trace gas concentration shows a similar spatial trend from Korean peninsular to Alaska. We also measured trace gases dissolved in the mixed layer, which allows us to determine their fluxes across the air-sea interface. Most of the surface waters were under-saturated with respect to the atmospheric CO₂ above, in particular the continental shelf zone of the Bering Sea appear to be the strongest. Anomalously high CH₄ was observed south of the Hokkaido right after passing the Tsugaru Strait. N₂O was supersaturated everywhere, particularly strongest to the East of the Kuril archipelago. CO showed typical diurnal pattern, although the degree of saturation was not so high as expected that in the open ocean, likely due to overcast during the campaign.
In addtion to the gaseous species, we measured aerosol composition along the cruise track using a aerosol mass spectrometer to understand the source configuration in high resolution. In the vicinity of the Korean peninsular large content of SO4 was detected until passing the tsugaru strait where biomass signature was crossed. Afterwards, the air masses that were encounterred in the North Pacific and Bering Sea contained lower concentration of SO4, but significant amoutn of organics.

목차 Contents

• 최종(단계)보고서·요약서 ... 1
• 표지 ... 2
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 10
• 목차 ... 12
• 제 1 장 연구과제의 개요 ... 13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 제 1 절 국내수준 ... 15
• 제 3 장 연구수행 내용 및 결과 ... 17
• 제 1 절 대기 일산화탄소와 오존 분포 ... 17
• 제 2 절 NO₂ 광해리(jNO₂) 변화 ... 27
• 제 3 절 여름철 북서태평양 해양경계층 PAN 과 NO₂ 공간 분포 ... 29
• 제 4 절 해양-대기 상호작용 연구 ... 35
• 제 5 절 북서태평양 및 남극 아문젠해의 표층 해수 중 일산화탄소 거동 ... 49
• 제 6 절 High Resolution Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS)를 이용한 해양 에어로졸 화학 성분 연속 관측 및 안개 및 빗물 채집기를 이용한 해양 안개 및 빗물 화학적 성분 분석 ... 69
• 제 7 절 해양혼합층의 물리적 성질 특성 ... 88
• 제 8 절 혼합층 무기탄소 시스템 분포 ... 97
• 제 9 절 북태평양 수층 내부의 수은종 분포 ... 103
• 제 10 절 해양 수층내 화학성분 분포와 표층 순군집 생산력 ... 109
• 제 11 절 해양 미생물 군집 분포 ... 130
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 136
• 제 5 장 연구결과의 활용계획 ... 138
• 제 6 장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 139
• 제 7 장 참고 문헌 ... 139
• 끝페이지 ... 146