초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 국내 담수(저수지, 하천, 하구)의 대기-수면 경계에서의 순탄소배출플럭스(Net Atmospheric Flux, NFA)를 정량적으로 평가하기 위해 3년 동안 현장 실험을 수행하고 데이터모델링 및 역학적 모델링 기법을 이용하여 NAF의 시공간적 변동 원인을 분석하였다. CO₂배출량 산정시 가장 핵심 요소인 수중 CO₂분압(pCO₂)를 정확히 산정하기 위해 열역학적 평형이론을 이용한 이론적 산정방법과 비분산 적외선 탐지기 (NDIR)를 이용한

□ 연구개요
본 연구에서는 국내 담수(저수지, 하천, 하구)의 대기-수면 경계에서의 순탄소배출플럭스(Net Atmospheric Flux, NFA)를 정량적으로 평가하기 위해 3년 동안 현장 실험을 수행하고 데이터모델링 및 역학적 모델링 기법을 이용하여 NAF의 시공간적 변동 원인을 분석하였다. CO₂배출량 산정시 가장 핵심 요소인 수중 CO₂분압(pCO₂)를 정확히 산정하기 위해 열역학적 평형이론을 이용한 이론적 산정방법과 비분산 적외선 탐지기 (NDIR)를 이용한 계측 방법을 비교 분석하였다. NAF 산정에 필요한 수질, 수리 및 기상인자들을 수집하고, 주성분분석(PCA), 다중선형회귀모델(MLR), 랜덤포레스트(RF) 기법, 인공신경망(ANN)을 이용하여 NAF 예측모델을 개발하고 주요 영향인자를 평가하였다. 또한, 역학적 모델링 기법을 이용하여 성층 저수지의 시공간적 탄소순환 기작을 종합적으로 해석하였다. 연구결과, 연구대상 국내 하천과 저수지는 조류의 광합성이 활발한 일부 시기를 제외한 대부분의 기간에 수중 pCO₂가 과포화상태였으며, 대기중으로 CO₂를 배출하는 종속영양시스템인것으로 나타났다. 대청호와 낙동강의 pCO₂ 범위는 각각 215~6000 μatm과 1~2341 μatm, CO₂ NAF는 각각 21.1～8,097.6 mg-CO₂m^-2day^-1, -1299.6~11220.3 mg-CO₂m^-2day^-1의 범위를 보였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종목표는 하천, 저수지 등 육상 담수를 대상으로 실험분석과 인공지능(AI) 및 기계학습(ML) 모델링 기술을 적용하여 복사강제력이 가장 큰 온실가스 (GHGs)인 CO₂의 대기-수면 경계에서의 순배출플럭스(Net Atmospheric Flux, NAF)를 정량적으로 평가하는 기법을 개발하고, 국내 하천과 저수지 수면을 통한 탄소 배출량을 산정하고 효과적인 탄소저감기술을 제시하는데 있다.
연구 목표에 부합하여, 대청호, 금강, 낙동강, 새만금 호 등 다양한 담수에서 수중 CO₂분압(pCO₂)을 직접측정 또는 산정하기 위한 분석실험을 수행하였으며, CO₂ NAF를 정량적으로 산정하고, 통계 기법 및 기계학습 모델을 이용하여 NAF의 변동 특성에 영향을 미치는 인자를 평가하였다. 또한, 당초 연구계획에 없었던 역학적 (mechanistic) 수리-수질 모델을 활용하여 성층 저수지에서 계절별 탄소의 물질순환을 종합적으로 해석하고 CO₂의 시공간적 배출 특성을 분석하였다.
하지만, 연구기간과 관련 자료 부족으로 인해 저수지 수리수질모델링 기술의 한계점(입력 및 매개변수의 불확실성)을 극복할 수 있는 AI/ML 기술과 융합한 Hybrid형 수리수질모델링 기술 개발은 완료하지 못하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
담수 수체는 대기 중 탄소의 중요한 배출원(Source)에 해당하는 것으로 보고되고 있으나, 현재 온실가스 배출량을 평가할 수 있는 명확한 방법론이 부족하고, 담수수체에서 배출하는 전지구적 온실가스 배출량 추정에 불확실성이 상당이 큰 실정이다. 특히, 국내에는 담수 수체의 탄소 물질수지 해석과 탄소배출량 평가와 관련한 연구는 매우 부족한 상황이다.
본 연구에서는 국내 최초로 담수 수체에서 CO₂의 배출량 산정 연구를 통해 저수지와 하천에서의 CO₂ NAF값을 정량적으로 제시하였으며, 국내 담수 수체의 탄소 물질수지분석을 위한 기본정보를 제공하였다. 또한, 수면-대기 경계면에서의 CO₂ NAF산정 방법론 정립, 기계학습기법을 활용한 영향인자평가, 역학적 모델링기법을 활용한 성층저수지에서의 탄소 물질순환 해석 등 담수 수체에서의 탄소배출량 산정을 위한 연구 표준안을 제시하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• ◆ 연구 대상지역 및 기초 자료 수집 ... 4
• ◆ CO2 NAF 산정방법 및 예측 통계모델 개발 ... 5
• ◆ 역학적 모델링 기법을 이용한 대청호 탄소 순환 해석 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 10