초록 ▼

대기 중 이산화탄소의 분포를 이해하는 것은 현재 이산화탄소의 수지를 정량적으로 이해하는 것을 전제로 한다. 이것은 21세기 온실가스 감축 목표를 설정하는 데 가장 핵심적 정보이다. 최근 일본, 미국, 유럽 등에서 이산화탄소 등의 온실가스를 감시하기 위한 위성이 발사되어 활용되고 있다. 이런 추세에 맞춰 이산화탄소의 배출/흡수에 관한 최신 자료를 이용하여 가장 발전된 3차원 대기화학 수송 모형 중 하나인 GEOS-Chem으로 전 지구의 이산화탄소를 모의하였다. 주요 배출/흡수 자료로는 화석연료 및 시멘트에서의 배출, 산불 및 식물원료

대기 중 이산화탄소의 분포를 이해하는 것은 현재 이산화탄소의 수지를 정량적으로 이해하는 것을 전제로 한다. 이것은 21세기 온실가스 감축 목표를 설정하는 데 가장 핵심적 정보이다. 최근 일본, 미국, 유럽 등에서 이산화탄소 등의 온실가스를 감시하기 위한 위성이 발사되어 활용되고 있다. 이런 추세에 맞춰 이산화탄소의 배출/흡수에 관한 최신 자료를 이용하여 가장 발전된 3차원 대기화학 수송 모형 중 하나인 GEOS-Chem으로 전 지구의 이산화탄소를 모의하였다. 주요 배출/흡수 자료로는 화석연료 및 시멘트에서의 배출, 산불 및 식물원료 연소에 따른 배출, 항공기와 선박수송에 의한 최근의 배출자료가 사용되었으며 해양에서의 이산화탄소 교환, 식생에서의 이산화탄소 교환 등에 대한 인벤토리를 수치모의의 자료로 사용하였다. 이를 토대로 2004년 이후의 전 지구 대기 중 이산화탄소 분포를 모의하였다. GEOS-Chem 모델로 모의한 이산화탄소는 매년 약 2ppmv씩 증가하는 것으로 나타나 관측값과 유사한 패턴을 보이며, 2009년 이후 운용되는 최초의 온실가스 측정전용 위성장비인 일본의 GOSAT 자료와 비교했을때, 모의된 지구의 이산화탄소의 월 컬럼 농도는 약 1% 범위의 오차와 함께 공간적으로 높은 상관관계를 보이는 등 비교적 정확하게 재현되고 있음을 알 수 있다. 이런 수치모의의 정확도 범위에서 2004년 이후 6년간의 배출/흡수원별 대기 중 이산화탄소 기여도를 정량적으로 계산하였다. 화석연료와 시멘트산업으로부터의 배출은 6년간 전 지구에서 약 19.5ppmv의 증가를 초래하여 가장 큰 온실가스 증가요인으로 나타났으며, 식물계의 이산화탄소의 흡수는 같은 기간 중 13.2ppmv로 가장 컸다. 기후변화에 따른 자연계 비선형적 상호작용을 배제한 선형적 분석결과 현재 이산화탄소의 수지(2004~2009년)를 기준으로 1990년 대비 약 42%의 인위적 요소의 감축이 현재 이산화탄소 증가를 완전히 억제할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 IPCC의 과학적 연구를 토대로 제안된 의무감축국의 감축목표(1990년 대비 약 25~40%)가 과장된 것이 아니며, 현재 지구 시스템의 탄소 순환에 대한 지식에 비추어도 타당한 것으로 나타났다. 향후 각국의 온실가스에 의한 영향평가와 기후변화 완화 및 적응전략을 위해서는 더욱 상세한 지역규모스케일의 자연계 이산화탄소 교환에 대한 신뢰도 높은 정보가 필수적이며, 해양과 식생 등 자연 요소의 기후변화의 반응에 대한 고려가 더욱 사실적으로 반영되어야 할 것이다.
본 연구는 공간적 관측 범위가 대폭 향상된 최초의 온실가스 감시 전용위성으로 현재의 전 지구적 이산화탄소 수지를 평가하고, 이를 토대로 최근의 탄소 수지를 정량적으로 논의한 것에 그 의미가 있다.

(출처 : 국문요약 6p)

Abstract ▼

There is growing interest in CO₂ budget analysis since space-born measurements of global CO₂ distribution have been conducted (e.g, GOSAT project). Here we simulated global CO₂ distribution to estimate individual sources/sinks contributions. The chemical transport mo

There is growing interest in CO₂ budget analysis since space-born measurements of global CO₂ distribution have been conducted (e.g, GOSAT project). Here we simulated global CO₂ distribution to estimate individual sources/sinks contributions. The chemical transport model (GEOS-Chem) was used in order to simulate global CO₂ distribution with updated global sources/sinks with 2°⨯2.5° horizontal resolution. In addition, 3-D emissions from aviation and chemical oxidation of CO are implemented. The model simulated CO₂ amounts were compared with the recent GOSAT column averaged CO₂ concentration (SWIR L2 product) from April 2009 to January 2010. The seasonal cycles of CO₂ concentration were compared with the modeled data. There is a systemic positive bias in modeled CO₂ concentration (~ 1%) but the regional patterns of CO₂ distribution are explained by the model. The GEOS-Chem CO₂ concentrations are comparable to the global CO₂ monitoring network (i.g., GLOBALVIEW and WDCGG) data with reasonable agreement. We further estimated the sources/sinks contributions to the global CO₂ budget through 9 tagged CO₂ tracers (fossil fuels, ocean exchanges, biomass burning, biofuel burning, balanced biosphere, net terrestrial exchange, ship emissions, aviation emissions, and oxidation from carbon precursors) over the last 6 years (2004~2009). Global CO₂ concentration shows ~ 2.1 ppbv/year in which the human fossil fuel and cement emissions are main driving force (3.2 ppbv/year) for the trend. Net terrestrial and oceanic exchange are main sinks (-2.2 ppbv/year and -0.6 ppbv/year, respectively). Our model results can suggest that at least ~ 40% reduction in human-made CO₂ emissions (base year of 1990) could ultimately restrain the increasing global CO₂ trends.

(출처 : Abstract 101p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서 언 ... 3
• 국문요약 ... 5
• 목차 ... 7
• 표목차 ... 9
• 그림목차 ... 10
• 제1장 ․ 서 론 ... 13
• 1. 연구 배경 및 필요성 ... 13
• 2. 연구 목적 및 차별성 ... 15
• 제2장 ․ 지구 시스템의 탄소 순환과 감시 시스템 ... 17
• 1. 대기 중 이산화탄소 농도 증가와 기후변화 ... 17
• 2. 인위적 탄소 배출량의 증가와 지구 시스템에서의 탄소 순환 ... 19
• 3. 지구 탄소 감시 시스템 ... 23
• 가. 위성을 이용한 탄소 감시 시스템 ... 23
• 나. 지상 온실가스 감시 시스템 ... 33
• 제3장 ․ 전 지구 이산화탄소의 수치모의와 검증 ... 37
• 1. GEOS-Chem 수치모의 구조 ... 37
• 2. GEOS-Chem CO2 모의에 사용된 이산화탄소 흡수/배출원 ... 39
• 가. 인위적 화석연료 사용 및 시멘트 산업에서의 배출 ... 39
• 나. 바이오매스 연소(Biomass burning)에 의한 배출 ... 41
• 다. 생물연료 연소(Biofuel burning)에 의한 배출 ... 43
• 라. 선박과 항공기 운송에 의한 배출 ... 43
• 마. 식생에서의 이산화탄소 교환 ... 46
• 바. 해양에서의 이산화탄소 교환 ... 49
• 사. 광화학적 반응에 의한 이산화탄소의 생성 ... 51
• 3. 이산화탄소 위성 관측과 수치모의의 검증 ... 53
• 가. GOSAT으로 복원된 전 지구 이산화탄소의 분포 ... 53
• 나. GEOS-Chem으로 모의된 전 지구 이산화탄소의 분포 ... 55
• 다. GOSAT 자료와 이산화탄소 수치모의 비교 ... 58
• 라. 지상 관측 결과를 이용한 이산화탄소 수치모의 검증 ... 65
• 제4장 ․ 주요 흡수/배출원별 이산화탄소 농도에 대한 기여와 감축 목표 ... 69
• 1. 2004년 이후 흡수/배출원별 이산화탄소 농도에 대한 기여도 ... 69
• 2. 각 배출/흡수원이 이산화탄소 농도 증가에 미치는 영향 ... 77
• 3. 기후변화에 대한 정책적 의의: 현 탄소 수지의 정보로 본 감축 목표 ... 80
• 가. GEOS-Chem 모의를 바탕으로 한 탄소 감축 목표 수준 ... 80
• 나. 현재의 IPCC의 제안과 유엔 기후변화 협의체의 감축목표의 평가 ... 82
• 제5장 ․ 결론 및 후속 연구 발전 방향 ... 87
• 참고 문헌 ... 91
• 부록 ... 95
• Abstract ... 101
• 끝페이지 ... 111