초록 ▼

(세부과제 1)
○ 동토 기후·대기 시스템 변화 지속 감시 및 환경인자 DB 구축(16건 자료 확보 완료-메타데이터 형식으로 KPDC에 등록 완료)
○ 아이슬란드 관측 거점 확보 및 기후냉각물질 형성 과정 연구(한-아 북극공동연구 협약(LOU) 체결)
○ 동결-융해 환경변화에 따른 풍화과정 추적 기술 개발
○ 러시아 관측 거점 확보 및 온실기체 플럭스 측정 시스템 구축(한-러 북극공동연구 협약(MOU) 체결)
※ 북극이사회(Arctic Council) 8개 국가중 6개 국가에 동토층 환경변화 연구를 위한

(세부과제 1)
○ 동토 기후·대기 시스템 변화 지속 감시 및 환경인자 DB 구축(16건 자료 확보 완료-메타데이터 형식으로 KPDC에 등록 완료)
○ 아이슬란드 관측 거점 확보 및 기후냉각물질 형성 과정 연구(한-아 북극공동연구 협약(LOU) 체결)
○ 동결-융해 환경변화에 따른 풍화과정 추적 기술 개발
○ 러시아 관측 거점 확보 및 온실기체 플럭스 측정 시스템 구축(한-러 북극공동연구 협약(MOU) 체결)
※ 북극이사회(Arctic Council) 8개 국가중 6개 국가에 동토층 환경변화 연구를 위한 관측 거점 확보, 정밀측정시스템 가동 중(북극이사회 옵서버 국가로서의 북극권 글로벌 이슈에 대한 국제적 활동에 동참, 의무 과학활동 수행 중

(위탁과제-광주과기원-1)
■ 1단계 (2016.10 – 2017.12) 기간 동안 Ny-Alesund, Zeppelin station에서 북극권 나노입자의 크기분포 및 수농도 변화 실시간 모니터링 수행 (국제 연구팀과 공동 모니터링 수행).
■ Gruvebadet station에서 2016, 2017년 9월 북극권 에어로졸 화학원소 분석을 위한 PM2.5 샘플 확보

(위탁과제-광주과기원-2)
◦극지 대기환경 특성을 고려한 대기질 모델링 시스템 구축
- 극지환경 기상모델링 시스템 구축 및 성능 검증
- 극지 대기질 모델링 시스템 구축 및 최적화/구동

(위탁과제-경인여대)
본 연구는 물리화학적 연속 관측 및 원격측정 자료를 활용한 환북극 대기 에어로졸의 광학적 특성 및 기후변화 영향 분석 및 모사를 목적으로 한다. 이를 위해 1단계에서는 북극 대기에어로졸 측정자료 확보 및 원격측정자료 분석를 통하여 북극 대기에어로졸 광학적 특성연구의 기초를 마련하고, 2단계에는 환북극 지역의 기후변화특성을 인공위성 원격자료 및 측정자료 기반 복사강제력 모사등을 통해 산출하고자 한다. 본 연구를 통하여 환북극지역 CCN과 DMPS등의 측정을 통한 북극지역 에어로졸 추의 분석결과 봄철 장거리 수송에 의하여 증가된 에어로졸의 농도가 CCN의 생성에 큰 영향을 주는 것을 확인하는 성과를 거두었다. 또한 여름철 CCN의 moderate한 증가의 경우 여름철 nano size의 입자개수의 폭발적 증가와 관련이 있으며 이는 AOD등의 질량을 고려한 지표에는 파악되지 않음을 확인하였다. 또한 CCN과 AOD의 계절별 상관성을 파악하고 이를 다른 지역과 비교하여 환북극권 지역 CCN의 특성을 파악하였다.

(위탁과제-서울대학교)
지구 온난화 의해 극지 툰드라 지역의 탄소와 물 플럭스의 시공간 패탠을 이해하기위해 원격탐사 영상 기반 생물리기작 모형 Breathing Earth System Simulator (BESS)의 입력 자료 구축:
○ MODIS 대기 및 육지 자료를 서버에 다운로드 (MOD04_L2 일단위 에어로졸 (dark target and deep blue combined aerosol optical depth at 500m) 데이터, MOD6_L2 구름 (cloud optical thickness, cloud top pressure, cloud top temperature, surface pressure and surface temperature) 데이터, MOD/MYD07_L2 (total column precipitable water vapor and total ozone burden, atmospheric profile) 데이터, MOD11A1 일단위 토지 표면 온도 (land surface temperature) 데이터, MCD12Q1 토지 피복 타입 데이터, MOD15A2 8일 간의 엽면적지수 (LAI) 데이터 그리고 MCD43D61 알베도 데이터)
○ 구름이나 센서 의해 데이터 gap을 MERRA 재분석 자료로 gap filling 하여 전처리 수행
○ 광합성 최적화 이론을 이용하여 시공간으로 변하는 Vcmax 지도 제작 완료
○ 극지역 재방문빈도가 높은 극궤도위성의 특성을 활용해 극지역의 가능한 모든 swath자료 다운로드 및 전처리 완료

(위탁과제-인천대학교)
∘ 수용체 모형을 환북극 지역의 환북극 육상(동토), 해빙 환경변수와 접목하여 기후냉각물질(에어로졸 및 전구물질)의 발생 기원 및 이동경로 연구 수행
∘ 식생지수, 해빙농도, 해양 엽록소 및 DMSP 같은 위성기반 환경 인자와 나노입자 수농도간의 상관관계를 분석함.
∘ 나노입자 수농도를 구간으로 나누어 평균과 중간값을 분석하였을 때, 환경인자와 나노입자 간에 상관관계가 발견되었지만, 육상지역인 히티알라, 제플린에서 지역적 차이를 보였고, 나노입자의 크기 분포에 따라서도 차이를 보였음.
∘ 제플린 지역의 북부 및 유럽 지역에서 이동해온 대기의 나노입자 농도가 높았음. 3-10nm의 입자의 경우에 해빙농도와 비례, 생물생산력 인자(육상의 식생지수, 해양의 엽록소 농도)과 반비례하는 경향 보임. 10-100nm의 입자의 경우에 생물생산력 인자와 비례관계를 보임.

(위탁과제-고려대학교)
▪ 알래스카 카운슬에 위치한 습윤한 툰드라에서 자동 챔버 시스템을 이용하여 여름동안 이산화탄소 플럭스와 이를 조절하는 환경인자들을 동시에 모니터링 하였음
▪ 관목, 초본, 이끼류, 지의류 등 다양한 식생에서 관측된 이산화탄소 플럭스는 다양한 범위를 보였고, 일반적으로 토양 온도에 의하여 조절되었음
▪ 캐나다 캠브리지에서는 이산화탄소뿐만 아니라 메탄 관측을 위한 시스템을 구축하여 연속 모니터링을 시도하였음

(위탁과제-한양대학교)
ICT 융복합 기술을 활용하여 극지역 기후변화를 원격으로 관측하기 위한 기술개발로서, 적절한 계측 센서의 선정과 실시간 원격모니터링 시스템을 개발하여 극지역의 접근이 어려운 관측지에서 운영하는 것을 목표로 함. 극지역 기후 변화를 원격으로 관측하기 위한 ICT 핵심 요소 기술 개발 및 신뢰성 검증과 네트워크 핵심기술, 환경센서인터페이스 기술, 데이터관리기술, 시스템 통합운영기술을 개발하여 극지 관측사이트에서 운영 중에 있음. 극지 환경에서 운영 가능한 1)WPAN/WAN 통신모듈, 2)IoT 기술을 활용한 실시간 극지 환경 원격 모니터링 기술 확보, 3)지중온도센서, 지중수분함량센서, CO2센서, 침하율계 등 환경센서 통합운영 기술 개발.

(출처 : 보고서 요약서 5p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results

(Sub-Title – 1)
○ Establishments of six circum-arctic monitoring nodes and acquisition of environmental factors
- The first node: Counsil, Alaska, USA (64°N, 165°W)
- The second node: Cambridge Bay, Canada (69°N, 105°W)
- The third node: Nord, Greenland ( 81°N, 16°W)

Ⅳ. Results

(Sub-Title – 1)
○ Establishments of six circum-arctic monitoring nodes and acquisition of environmental factors
- The first node: Counsil, Alaska, USA (64°N, 165°W)
- The second node: Cambridge Bay, Canada (69°N, 105°W)
- The third node: Nord, Greenland ( 81°N, 16°W)
- The fourth node: Svalvard, Norway (79°N, 11.89°EE)
- The fifth node: Stórhofði, Iceland( Stórhofði ; 63°N, 20°W)
- The sixth node: Baranova, Russia (79°N, 101°E)
※ environmental factors 16set
○ Svalbard, Norway
- From the Norway arctic site, Cloud Condensation Cuclei (CCN) concentration data collected during the period 2007∼2017 at the Zeppelin observatory, Norway (78.91° N, 11.89° E, 474 msl), Svalbard, are analyzed.
- In addition, The Dimethylsulfide (DMS) from the same site during the phytoplankton growth periods in 2010, 2014, 2015∼2017 were analysed, and found regionally and temporally varying relationships between the airborne DMS and the strength of the DMS source in the ocean surrounding the observation site
○ Nord, Greenland
- Eddy covariance measurements of carbon exchange and energy over permafrost at Station Nord, a High Arctic region has been made since early 2016.
- The flux data will be used to evaluate how the Arctic warming influence the exchange process between the atmosphere and permafrost, which has shallow active layer based on long term measurements.
○ Development of technology for long-term monitoring on changes
- Application of cyber-infrastructure technolgy based on Ubiquitous Sensor Network (USN)
- Development of integrated atmosphere-geosphere-biosphere monitoring system
- 3D unmanned remote precision, remote data retrieval and its analysis based on the USN
- Remote and realtime monitoring of large area permafrost environment based on ICT/USN
○ Designing and running the 'Arctic Environment Research Unit' frameworks to support sustainable research program in the targeting areas
- Collaborative research with Norway, Germany and Italy based on Svalbard Integrated Arctic Earth Observing System
- Establishment of domestic research unit
- Collaboration for the analysis of data with University of Alaska, Fairbanks at the first node and CNR, Italy at Ny-Alesund

(광주과기원 위탁과제-1)
○ Obtaining long-term data on the size distribution and number concentration of nanoparticles every 3 minutes intervals during Phase 1 (2016.10 - 2017.12)
○ Observation of intense NPF events during the summer season (May-Sep)

(광주과기원 위탁과제-2)
○ In the first stages, the results from WRF model simulations were validated against data from approximate 100 meteorological monitoring stations. The correlation and IOA (index of agreements) between the modeled and measured 2-m temperature were larger than 0.8 for most of the stations. For the second, in order to consider anthropogenic emissions, 0.5°×0.5° resolved data of CO, CH₄, NO_x, SO₂, NH₃, BC, OC, PMs, and VOCs were obtained from MACCity and ECLIPSE_GAINS inventories. For the biogenic and biomass burning emissions, 0.5°×0.5° resolved emission fluxes were obtained from MEGAN-MACC and MACCity inventories, respectively. VOCs were chemically splitted depending on the SAPRC-07 chemical mechanism and all emissions data were then spatially allocated to the modeling grids with horizontal resolutions of 54km, 18km, and 6km. For the third, the hourly boundary data for inner domain over the Arctic were extracted from the results from CMAQ simulation over outer domain (D1 domain, approximate Northern Hemisphere). The CMAQ model simulations were carried out from May to Aug. 2008 over the Arctic (D2 domain) and areas of Svalbard (D3 domain). Finally, we analyzed some patterns of particulate matters (PM₁₀) and relationship among gaseous species (O₃, NO₂, and PAN) over the Arctic.

(경인여대대학교 위탁과제-3)
○ Results show that annual median CCN concentration varies on a seasonal and monthly basis and has distinctive seasonal cycles. The high spring CCN concentration found in this study is mainly due to long-range transport, known as Arctic haze. This study also investigated aerosol optical properties in the Arctic region based on the ground physico-chemical observation and remote sensing data. The satellite remote sensing data such as AOD(Aerosol Optical Depth) and related aerosol properties from ground base measurement will be compared. The relations between AOD and CCN are parameterized by the seasonal characteristics as well as long term trends. The results show that the relation between AOD and CCN shows a different parameter depending on the seasonal aerosol and CCN characteristics.

(고려대학교 위탁과제-4)
○ CO₂ flux and its controlling factors were measured in moist tundra ecosystem, Council in Alaska using automated chamber method during summer
○ CO₂ flux showed various range from shrub, grass, moss, and lichen and CO₂ emission was controlled by soil temperature
○ CO₂ flux and CH₄ flux was measured on long-term in Cambridge bay, Canada

(서울대학교 위탁과제-5)
○ Downloading MODIS solar zenith angle from MODIS Atmospheric Profile product (MOD/MYD07_L2), dark target and deep blue combined aersol optical depth at 500 nm from MODIS Aerosol product (MOD04_L2), cloud optical thickness, cloud top pressure, cloud top temperature, surface pressure and surface temperature from MODIS Cloud product (MOD06_L2), total column precipitable water vapor and total ozone burden from MODIS Atmospheric Profiles product (MOD/MYD_L2), and land surface shortwave albedo from MODIS Albedo product (MCD43D61).
○ All the atmospheric products (MOD04, MOD06, MOD07) that were provided in swaths were reprojected to global 0.05° grids using a nearest neighborhood resampling approach. MERRA reanalysis data was used to fill data gaps when the sky was not clear in MODIS aerosol optical depth, total column precipitable water vapor and total ozone burden. To avoid mismatch of MERRA and MODISdata, MERRA data was calibrated with MODIS data for each climate zone on each day.

(인천대학교 위탁과제-6)
○ Enhanced number concentration of 3-10nm particles with decreasing trends of ocean chlorophyll-a and terrestrial vegetation index and increasing trend of sea ice concentrations in the Zeppelin station

(한양대학교 위탁과제-7)
○ ICT core technology for remote observation of climatic change in the polar region will be developed and thoroughly tested for reliability, along with the development of a wireless sensor network, environment sensor interface technologies, data management technology and system integration operation technology are being conducted at the polar observation site.

(출처 : SUMMARY 25p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 13
• S U M M A R Y ... 22
• C O N T E N T S ... 30
• 목차 ... 31
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 33
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 47
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 49
• 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 53
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 59
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 293
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 307
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 319
• 제 7 장 참고문헌 ... 343
• 연구성과 창출 전략 계획서 ... 360
• 수정·보완 사항 대비표 ... 363
• 끝페이지 ... 364