초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 해양물리 관측과 열 수송 : 서남극해 해수 수괴 및 해류관측을 통한 환남극심층수의 거동을 추적하고 열 수송량을 산정하기 위해 연구과제의 수행 기간인 2020년 1월부터 2022년 12월까지, 세차례 아라온을 활용한 현장 관측이 이루어졌다. 2020년 1월 수행된 첫 번째 항해기간 동안 서남극 연안에서 해수의 물리적 특성 관측을 통해 빙붕 기원 융빙수의 공간분포 특성과 해류의 영향을 밝혔다. 2020년 12월 두 번째 해양조사에는 서남극 동 로스해, 리틀아메리카 분지 인근 해역의 대륙사면에 남극 연안으로

Ⅳ. 연구개발결과
1. 해양물리 관측과 열 수송 : 서남극해 해수 수괴 및 해류관측을 통한 환남극심층수의 거동을 추적하고 열 수송량을 산정하기 위해 연구과제의 수행 기간인 2020년 1월부터 2022년 12월까지, 세차례 아라온을 활용한 현장 관측이 이루어졌다. 2020년 1월 수행된 첫 번째 항해기간 동안 서남극 연안에서 해수의 물리적 특성 관측을 통해 빙붕 기원 융빙수의 공간분포 특성과 해류의 영향을 밝혔다. 2020년 12월 두 번째 해양조사에는 서남극 동 로스해, 리틀아메리카 분지 인근 해역의 대륙사면에 남극 연안으로 공급되는 열수송의 시계열 변동성 파악을 위해 4기의 장기해류관측시스템을 설치하였으며, 동시에 11개 정점에서 수직 수온·염분 및 해류를 관측하여 남극경사전선 및 해류의 공간분포와 환남극심층수 연안공급에 미치는 영향을 조사하였다. 마지막 현장 조사는 2021년 11월 서남극해 극전선 통과 해역중 하나인 남동인디아해령 인근 해역 20개 정점에서 해양조사를 수행하였으며, 열수 송의 공간분포를 확인하였다. 또한, 극전선을 통과하여 남극해로의 열 수송과정을 규명하고자 1기 장기해류관측시스템과 16개의 Current and Pressure Recording inverted Echo Sounder를 성공적으로 설치하였다.

2. 기후모델을 활용한 온난화에 따른 열 순환 변화 이해 : 남극 연안 해역은 남빙양 중층에 위치한 고온의 환남극 심층수가 유입하여 빙상을 녹이고, 그 결과 해양순환과 해수 특성변화가 나타나는 미래 해양기후 예측에 있어 중요한 해역이다. 본 연구에서는 지구온난화에 따른 남극 연안 해역의 해수 특성과 해양순환 변화를 공간해상도 1/10°의 고해상도 기후모형(Community Earth System Model, CESM)으로 수행된 현재기후 및 이산화탄소 배증 미래기후 실험 모의 자료를 분석하였다. 현재기후 실험에서는 아문젠해와 베링스하우젠해에서 로스해에 비해 더 뚜렷한 십년 내외 규모의 해수 특성과 순환 변동이 나타났고, 이것은 대륙붕 내 환남극 심층수 변동에 대한 관측 기반의 선행 연구 결과와 일관된 특징을 보인다. 현재기후 실험의 남극 연안 해역 환남극 심층수 수온은 아문젠해와 베링스하우젠해에서 0°C 이상, 로스해와 웨델해를 비롯한 동남극 연안 해역에서는 0°C 이하로 나타나서 기존 연구를 통해 알려진 결과와 일관된 것으로 모의되었다. 미래기후 실험에서는 서부 베링스하우젠해에서부터 동부 로스해에 이르는 서남극 해역 전반에서 현재기후 실험 대비 환남극 심층수 수온이 0.43±0.16°C 상승되는 온난화 추세를 확인했다. 서남극 대륙붕 연안 해역의 물리 환경 변동을 지배하는 주요 기작 조사를 통해 미래 온난화 과정을 파악하기 위한 분석은 향후 전지구 해양기후 변화 이해와 예측에도 중요한 시사점을 남긴다.

3. 무기탄소 시스템 : 본 연구는 연구기간인 2020년 1월부터 2022년 12월말까지 3년 동안 수행되었으며, 로스해의 현장 관측은 covid-19로 인하여 제한적이었다. 하지만, 현장 시료의 채집 이외에도 인공지능 및 지구시스템 모델을 활용한 연구 분석, 또한 세종기지 기반의 남극 연안 환경의 연구는 계획대로 수행되었다. 연구의 주제는 크게 4가지의 세부 항목으로 진행되었다. 먼저 해수중의 용존 무기탄소내의 탄소안정동위원소(DI13C) 분석 시스템을 구축하고, 이를 통해 남극해 및 로스해에서 인간 기원의 이산화탄소의 분포를 파악해 오고 있다. 그리고, 인공지능을 이용하여 기존의 이산화탄소 관측 DB 및 해양환경 변수들을 활용하여 로스해에서 과거 20년간의 용존이산화탄소의 분포를 재현하여, 그 변동성에 관한 연구를 수행하였다. 또한, 지구시스템 모델을 활용하여 남극해 이산화탄소 및 무기탄소의 과거, 현재, 미래를 추정하고, 이를 관측과 비교함으로써 개선하는 작업을 하였다.
마지막으로, 온난화로 급격히 환경이 변화하고 있는 세종과학기지를 기반으로 한 탄소순환 연구 또한 수행하였다.

4. 남극해에서의 용존 유기탄소화합물의 거동 및 환경변수 (영양염, 미량금속 등) 분포 특성 파악 : 본 연구사업 1단계 연구기간(2020년 1월부터 2022년 12월말) 동안, 쇄빙 연구선 아라온을 활용한 두 차례의 남극해 현장관측을 수행하였고, 해수 시료내의 용존 유기탄소화합물, 영양염을 분석하여 남극해 해양 탄소순환 이해 증진을 위한 자료를 획득하였고, 대기 에어로졸 내의 수용성 유기탄소화합물 분석도 병행하여 해양-대기간 탄소순환에 대한 이해의 폭을 넓혔다. 또한 남극해의 일차생산량의 제한요소로 알려져 있는 미량금속 철 성분에 대한 연구를 수행하기 위해 미량금속 관측을 위한 청정 해수시료 채수시스템 구축 및 고도화를 진행하여 남극해에서의 미량금속 연구를 가능하게 할 바탕을 마련하였다.
뿐만 아니라, 연구해역의 문헌 및 기존 연구결과 조사를 통해 남극 로스해 해역에서 약 48.8 Tg의 탄소가 식물플랑크톤에 의해 생산되고 약 39 Tg의 탄소와 3 Tg의 탄소가 각각 입자상과 용존 유기탄소화합물 형태로 유광층 내에 존재하고 있음이 확인되었다. 또한 남극 로스해 수층내에서는 식물플랑크톤에 의해 생산된 39 Tg의 입자상 유기탄소화합물 중 약 15-20 Tg의 탄소가 심층으로 수송 및 저장되고 있으며, 용존 유기탄소화합물의 형태로는 약 4 Tg C이 저장되고 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 아문젠 해역 닷슨 빙붕 앞에서는 빙붕 융빙수에 의한 영향으로 고농도의 철 성분이 표층으로 공급되고 있음을 확인하였고, 향후 체계적인 미량금속 자료 확보와 유기탄소화합물 자료와 연계한 자료 해석을 통해 남극해 탄소순환에 대해 심도있는 해석이 진행될 것으로 기대된다.

5. 탄소 및 질소 흡수율과 빙하후퇴속도 산정 : 고위도 연안 시스템의 급격한 환경변화는 생지화학적 순환에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 특히 빙하의 융빙수나 육지의 하천에서 배출되는 담수에 의해 강하게 영향을 받기 때문이다. 일반적으로 남극 해안 지역은 다양한 환경 조건(예: 해양 및 기상 조건)에서 식물플랑크톤의 생산성이 높은 지역으로 간주된다.
본 과제 1단계 연구기간인 2020년 1월부터 2022년 12월 말까지, 세종기지 인근 해역인 마리안 소만(Marian Cove) 및 맥스웰 만(Maxwell Bay)에서 현장 배양을 통한 식물플랑크톤의 탄소 및 질소 섭취율 현장 조사가 총 세 차례 수행되었다. 그 결과 식물플랑크톤의 성장 시기 동안(12월~1월)에 탄소 및 질소 섭취율은 넓은 범위를 보였으며 광투과율의 차이(유광층 수심) 및 선호하는 영양염류에 의해 조절됨을 확인하였다. 또한 세종기지 인근 연안빙하 관측 목적으로 구축한 인공위성 광학/영상레이더 자료 통해 마리안 소만의 연안빙하는 1956/1957~ 2021/2022년의 66년 기간 동안 약 1900 m 변화하였으며, 연간 31.71m 후퇴속도가 산정되었다. 최근 1년 사이에도 수십미터 규모로 불규칙한 경계변화를 확인하였다.

6. 서남극해 식물플랑크톤 군집 공간 분포 : 서남극해에서 환경변화에 따른 식물플랑크톤 군집의 시공간 분포 변동 양상을 파악하기 위하여 현장조사가 이루어졌다. 서남극 연안에서는 착편모류 Phaeocystis antarctica와 규조류가 주로 우점하며 이 두 그룹은 먹이망 구조와 생지화학 순환에 다른 역할을 한다. 2020년 1월 Imaging FlowCytobot을 활용한 연속관측결과 아문젠 폴리니아와 Wrigley Gulf 폴리니아에서 식물플랑크톤 군집구조의 공간적 변동 양상이 다소 다르게 나타났으며 이는 빙붕의 급격한 후퇴와 융빙수 유입, 해수순환 변동 등의 환경 변화에 대한 식물플랑크톤 군집의 불안정한 반응을 나타내는 것으로 판단된다. 서남극 연안의 리틀 아메리카 베이진, 아문젠 폴리니아, 리글리 만 폴리니아와 외양의 남동인디아해령에서 식물플랑크톤 생물량은 각각 평균 4.55 ug/L와 0.40 ug/L를 보였으며 연안역에서 P. antarctica가, 외양역에서 규조류가 우점하는 양상을 나타냈다. 연안에서도 해역간 우점종이 다소 차이를 보여 남극 하계 식물플랑크톤 대번성 시기에 식물플랑크톤 생물량과 군집구조는 시공간적 변동이 크게 나타나는 것으로 판단된다.

7. 해양 생태계 및 생지화학 모델 : 남빙양은 지구 기후와 생지화학 순환에 강하게 영향을 미친다. 남극환류 이남의 남극해 발산 지역에서 심층의 물은 표층으로 용승 되며 아남극 모드수와 남극 중층수는 북쪽으로 이동, 표층 수괴가 가라앉고 중간 깊이에서 북쪽으로 계속해서 이동하며 형성되어 저위도의 수온약층으로 영양염을 수송하는 역할을 한다. 또한 상대적으로 따듯한 환남극 심층수는 깊은 곳에서부터 로스해와 같은 남극 연안 표층으로 용승 되면서 빙붕을 녹이고 이 지역에 철을 공급하는 역할을 한다. 남빙양은 점점강한 기후 온난화로 인해 중위도 편서풍대의 극이동과 강화로 열과 이산화탄소의 흡수를 지배적으로 수행하고 있다. 남극 대륙붕지역에서 고정된 유기물질의 생물학적 침강 및 입자들의 분해과정을 통해 영양염은 수직적으로 이동된 후 다시 북쪽 해역으로 이동하여 표층 가까이로 공급된다. 반면 일부 유기물들과 영양염은 심층에 머물러 있기도 한다. 기후변화는 이러한 남극해에서의 침강 입자들에 의한 하부로의 이동에 대한 시간 규모와 각 수괴의 순환속도를 변화시키게 될 것으로 예측되며, 이는 결국 고위도뿐만 아니라 저위도의 생산성과 이산화탄소 흡수 기작에도 영향을 미치게 될 것이다. 그러나 거대한 규모의 복잡한 환경변화와 함께 그 안의 여러 조절 요인들에 의한 메커니즘을 관측만으로 완벽히 이해하는 것은 어렵다. 본 연구에서는 모델링 연구를 통해 남극해 일차생산성과 생지화학 순환의 지리적 차이와 변화 원인을 이해하고자 한다.

8. 마리안 소만 식물플랑크톤의 시공간 분포 : 서남극해 환경변화에 따른 하계 식물플랑크톤 군집의 시공간 분포 변동 양상을 파악하기 위하여 마리안소만의 5개 정점, 3개 수층에서 2019년 여름에 4회 현장조사가 이루어졌다. 마리안소만 식물플랑크톤의 carbon biomass는 평균 86.93±138.34 ug L^-1이었다. 조사기간 중 carbon biomass가 높았던 첫 번째 조사 시기에는 diatom이 전 정점에서 우점하였으며 micro size diatom의 비율이 더 높았다. 나머지 조사시기에서는 nano size diatom과 nanophytoflagellate가 높은 비율을 차지하였으며 내만 보다 마리안소만 입구인 외만에서 carbon biomass가 높은 경향을 나타내었다. 조사 정점에 따라 식물플랑크톤 우점 그룹의 비율에는 차이가 있었으며 빙붕의 변화에 따른 해양 환경변화와 식물플랑크톤의 군집 변화 패턴을 이해하기 위해서는 보다 장기적인 조사가 진행되어야 한다.

9. 서남극해 동물플랑크톤 공간 분포 : 서남극해 중형동물플랑크톤의 군집 분포를 파악하기 위하여 2020년 12월 로스해 연안의 리틀 아메리카 분지 해역의 10개 정점과 2021년 11월 외양의 남동 인디아 해령 해역의 12개 정점에서 쇄빙연구선 아라온을 이용한 채집이 수행되었다. 모든 정점에서 330 μm 망목 크기를 가진 봉고 네트(Bongo net)를 200 m 수심으로부터 표층까지 수직 인양하여 수층내 동물플랑크톤의 종조성을 파악하였다. 서남극해 연안과 외양의 중형동물플랑크톤 군집은 생물량과 종조성에서 뚜렷한 차이를 보였다. 로스해 연안의 리틀 아메리카 분지 해역에서는 평균 17.40 ind. m^-3의 생물량을 보였으며, 갑각류 노플리우스 유생, Metridia gerlachei 및 Calanoides acutus 등이 우점하였다. 외양의 남동 인디아 해령 해역에서는 284.02 ind. m^-3의 상대적으로 높은 평균 생물량을 보였으며, 척삭동물과 크기가 작은 Calanoida spp. 등이 우점하였다.

10. 해조군집 변동 및 천이양상 : 남극 킹조지섬 바톤반도에서 조간대 해조류 군집의 단기 변동과 수직분포를 조사하였다. 조사는 2016년 11월부터 2019년 1월까지 두 번의 여름동안 수행되었으며, 단기변동성에 대한 조사는 1-2개월 간격으로 조사되었다. 조사기간 동안 총 15종의 해조류가 출현하였고, 최우점종인 홍조류 Iridaea cordata와 Phaeurus antarcticus의 상대피도는 75.5%에 달하였다. 여름동안의 풍부도의 변화는 I. Ccordata에서 P. antarcticus로의 변화하는 것으로 요약할 수 있으며, 연안에서 관찰되는 우점 해조류에 의한 조간대 군집의 변화를 본 연구에서 처음 시도한 등고선 그래프를 통해 직관적으로 유추할 수 있었다. 우점종 두 종에 의해 지배되는 바톤반도 조간대 지역은 향후 두 종에 대한 장기 모니터링과 상호작용을 통해 온난화에 의한 해조군집의 반응을 이해하는데 중요한 단서를 제공할 것으로 판단된다. 한편, 남극 킹조지섬 마리안소만에서는 빙하후퇴 이후 60여년의 시간이 경과했음에도 “새로이 형성된 얼음이 없는 지역(newly ice-free areas)”에서 해조류 군집의 생태학적 천이가 초기정착단계에 머물러 있었다. 이 연구에서는 마리안소만의 6개 정점에서 수심 25 m까지의 해조군집 조사하여 공간 및 수직분포를 파악하였다. 마리안소만의 빙하후퇴 기록에 따르면 빙하로부터 0.2, 0.8, 1.2, 2.2, 3.6, 4.1 km 떨어진 6개 정점에 대한 해조군집의 구조를 분석하였다. 또한 melting water의 영향을 알아보기 위하여 빙하로부터 0.4, 0.9, 3.0, 4.0, 5.0 km 떨어진 5개의 정점에서 수집된 자료를 바탕으로 해양환경의 차이를 분석하였다. 해조군집과 해양환경 모두 빙하로부터 2-3 km 떨어진 지역을 기준으로 만 안쪽과 바깥쪽의 2개 그룹으로 구분되어 유의한 차이를 보였다. 이 연구는 남극 피오르드형 소만에서의 빙하 영향에 대한 해조군집의 반응을 보여주었으며, 향후 남극에서의 해조군집의 천이를 이해하는데 가치있는 연구가 될 것으로 기대한다.

(출처 : 요약문 7p)

Abstract ▼

IV. R&D Results
1. Physical properties of seawater and heat transport in West Antarctica : From January 2020 to December 2022, during the research project period, three field expeditions were conducted using Araon to track the behavior of Circumpolar Deep Water and calculate poleward heat transpo

IV. R&D Results
1. Physical properties of seawater and heat transport in West Antarctica : From January 2020 to December 2022, during the research project period, three field expeditions were conducted using Araon to track the behavior of Circumpolar Deep Water and calculate poleward heat transport from observation of water mass and current in the Southern Ocean. During the first expedition conducted in January 2020, the physical properties of seawater were measured on the continental shelf of West Antarctica to reveal the spatial distribution characteristics of glacier meltwater and the influence of ocean circulation. In the second expedition in December 2020, four long-term ocean moorings were installed on the shelf break in the Little America Basin in West Antarctica to identify the time-series variability of heat transport supplied to the continental shelf. In addition, the vertical temperature, salinity, and currents were observed at each station to investigate the spatial distribution of the Antarctic slope front and currents and their effects on the CDW's intrusion onto the continental shelf.
The most recent field expedition was conducted in November 2021 at 20 stations near the Southeast Indian Ridge, one of the areas where the polar front passes, and the spatial distribution of heat transport was confirmed. In addition, one long-term ocean mooring and 16 current and pressure recording inverted echo sounders were successfully installed to investigate the heat transport process through the polar front to the Southern Ocean.

2. Characteristics of water mass properties and future changes in the Antarctic marginal seas : The Antarctic marginal seas are an important area in predicting future marine climate because the inflow of high-temperature Circumpolar Deep Water (CDW) located in the middle layer of the Southern Ocean causes ice shelf melting and dispersion of melt water, affecting ocean circulation and water mass properties. In this study, the water mass properties and the future changes in Antarctic marginal seas due to global warming were analyzed using the results of simulations of the present-day climate (PD) and the future climate of carbon dioxide doubling (2xCO2) based on a high-resolution climate model (Community Earth System Model, CESM) with a spatial resolution of 1/10°. In PD experiment, the Amundsen and the Bellingshausen Seas showed more distinct decadal-scale variability compared to the Ross Sea, which is consistent with the results of previous observational-based studies on CDW fluctuations within the continental shelf. The CDW temperature in the Antarctic marginal seas in PD experiment was above 0°C in the Amundsen and Bellingshausen Seas and below 0°C in the East Antarctic coastal waters as well as the Ross and Weddell Seas, consistent with the results known in the previous studies. In the future climate (2xCO2) experiment, we showed that the Antarctic shelf bottom water increased by 0.43±0.16°C in the entire western Antarctic seas, from the Bellingshausen Sea to the Ross Sea, compared to PD experiment. The analysis to identify the main mechanisms occurring in the future in the west Antarctic continental shelf through the investigation of the main mechanisms governing the changes in the physical environment leaves important implications for understanding and prediction of global ocean climate change.

3. Characteristics of inorganic carbon system in the West Antarctic Ocean : This study was conducted for three years of research period, from January 2020 to the end of December 2022. During the period, field observations in the Ross Sea were limited due to covid-19. However, in addition to the collection of sea water samples, research and analysis using artificial intelligence and Earth system models, as well as research on the Antarctic coastal environment based on the King Sejong Station were conducted. The subject of the study was largely divided into four sub-items. First, a carbon stable isotope (δ13C) analysis system in dissolved inorganic carbon in seawater was established, and through this, the distribution of anthropogenic carbon dioxide in the Southern Ocean and the Ross Sea has been estimated. Also, using an artificial intelligence, the distribution of dissolved carbon dioxide over the past 21 years was reconstructed in the Ross Sea using the existing carbon dioxide observation data base data and marine environmental variables. This enables us to understand a long-term spatio-temporal distribution of fCO2 in the Ross Sea. In addition, the Earth system model was used to estimate the past, present, and future of carbon dioxide and inorganic carbon in the Southern Ocean. The inorganic carbon cycle study was also conducted based on the King Sejong Station, King George Island, where the environment is rapidly changing due to the global warming.

4. Characteristics of dissolved organic carbon and environmental variables (nutrient and trace metal) in the Southern Ocean : To investigate the characteristics of dissolved organic carbon and nutrient in the Southern Ocean, seawater samples were collected during the research period (January 2020 to the end of December 2022) on board the Korean icebreaker R/V Araon. In addition, the concentration of water-soluble organic carbon in marine aerosols was investigated to improve the understanding of the sea-air interaction in terms of the carbon cycle. Furthermore, we established a clean seawater sample collection system for trace metal observation in the study area and upgraded it, which enables us to fill the data gap in the knowledge of trace metals, including iron, a limiting factor for phytoplankton growth. A survey of literature and existing research results in the study area revealed that about 48.8 Tg of carbon is produced by primary production in the Ross Sea, and that about 39 Tg of carbon and 3 Tg of carbon existed in the form of particulate and dissolved organic carbon, respectively. It also revealed that about 15-20 Tg and about 4 Tg C of particulate and dissolved organic carbon are transported to and stored in the deep layer. In addition, previous studies reported a high concentration of iron in front of the Dotson Ice Shelf in the Amundsen Sea, which was supplied to the surface layer due to the influence of ice shelf melting water. Based on the results obtained during this project, we will conduct a more thorough assessment of the carbon budget by connecting organic carbon data to environmental variables, including the nutrient and trace metal datasets.

5. A study on variability in phytoplankton carbon and nitrogen uptake rates and glacial retreat rates in Maxwell Bay and Marian Bay, near King Sejong Station : Rapidly changing conditions in high-latitude coastal systems can significantly impact biogeochemical cycles because these systems are strongly influenced by freshwater discharged from melting glaciers and streams on land. Generally, Antarctic coastal areas are considered high-productivity areas in which phytoplankton growth prevails under various environmental conditions (e.g., oceanographic and meteorological conditions). A total of three investigations were in situ carbon and nitrogen uptake of phytoplankton during the Marian Cove and Maxwell Bay from January 2020 to the end of December 2022. As a result, during the phytoplankton growth period (December-January), carbon and nitrogen uptake rates showed a wide range, and it was confirmed that they were controlled by differences in light transmittance (euphotic depth) and preferred nutrients. In addition, through satellite optical/imaging radar data built for the purpose of observing coastal glaciers near the King Sejong Station, the coastal glacier of Marian Cove changed by about 1900 m over the 66-year period from 1956/1957 to 2021/2022, and the retreat rate of 31.71 m per year was calculated. Even within a year, irregular boundary changes were observed on fluctuations of several meters.

6. Environmental factor controlling phytoplankton community structure in the west Antarctica : To understand the distribution of phytoplankton community and the influential environmental factors in the West Antarctic Ocean, three field surveies were conducted during the austral summer in Antarctica. Phytoplankton community dominated by Phaeocystis antarctica (Prymnesiophytes) and/or diatoms during the bloom periods, and they play different roles in the ecosystems and biogeochemical cycle in this area. In January 2020, phytoplankton species abundance was investigated using an automated continuous observation instrument, the Imaging FlowCytobot. The spatial variations of the phytoplankton community structure were slightly different in the Amundsen Sea Polynya and Wrigley Gulf Polynia, indicating an unstable response of the phytoplankton to environmental changes such as rapidly thinning ice shelves in West Antarctica. Phytoplankton biomass averaged 4.55 ug/L and 0.40 ug/L, respectively, in the coastal areas (the Amundsen and the Ross seas) and the Southeast Indian Ridge area. Although P. antarctica was dominant in the coastal areas and diatoms were dominant in the oceanic area, there were some differences between the dominant species in the coastal areas as well, indicating that the phytoplankton biomass and community structure during the bloom period showed large spatial variations.

7. Marine Biogeochemical and Ecosystem modeling : The Southern Ocean strongly influences global climate and biogeochemical cycles. In the Antarctic Ocean divergence region south of the Antarctic gyre, water from the deep layer upwells to the surface layer, and Subantarctic Mode Water and Antarctic Intermediate Water move northward, and the surface water mass sinks and continues to move northward at intermediate depths, transporting nutrients to the thermocline at the lower latitudes. In addition, the relatively warm Circumpolar Deep Water upwells from the depths to the Antarctic coastal surface layer such as the Ross Sea, melting the ice shelf and supplying iron to the region. The Southern Ocean dominates the absorption of heat and carbon dioxide due to the southward shift and strengthening of the mid-latitude westerlies by increasingly strong climate warming. Through the biological sedimentation of fixed organic matter and the decomposition of particles in the Antarctic continental shelf, nutrients are vertically transported and then migrated back to the northern waters, where they are supplied close to the surface layer. On the other hand, some organic matter and nutrients remain in the deep layer. Climate change is predicted to change the time scale for the movement of sedimentary particles to the bottom in the Antarctic Ocean and the circulation rate of each water mass, which in turn affects productivity and carbon dioxide absorption mechanisms in the low latitudes as well as the high latitudes. However, it is difficult to fully understand the mechanism by various regulatory factors in a large-scale complex environment change only through observation. Thus, this study aims to help understanding the geographical differences and causes of change in primary productivity and biogeochemical cycles in the Southern Ocean through one-dimensional modeling studies.

8. Observations of phytoplankton community structure under the influence of glacial meltwater at Marian Cove in the West Antarctic Peninsula in summer 2019 : Four summertime field surveys were conducted at 5 stations and 3 water depths from January to February 2019 in Marian Cove to identify the temporal and spatial distribution patterns of the summer phytoplankton community due to environmental changes in the West Antarctic Sea. The mean carbon biomass of Marian Cove was 86.93±138.34ug L-1. The first field survey showed the highest carbon biomass during the survey period. Moreover, at the first field survey, diatoms were dominant at all stations, and the proportion of micro size diatoms was higher. The proportions of nano-size diatom and nanophytoflagellate were higher in the other field surveys. Carbon biomass tended to be higher in the outer cove, the entrance to Marian Cove, than in the inner cove. The proportions of dominant phytoplankton groups varied depending on the locations of the survey stations. It is necessary to conduct a long-term study to understand the changes in the marine environment and the patterns of phytoplankton community changes caused by variations in the ice shelf.

9. The spatial distribution of mesozooplankton community in the west Antarctica : To understand the spatial distribution of mesozooplankton community in the west Antarctica, field observations using the icebreaker R/V ARAON were conducted at 10 stations in the coastal areas in the Little America Basin in December 2020 and at 12 stations in the oceanic areas in the Southeast Indian Ridge. All samples were vertically collected from 200 m depth using a Bongo net (330 μm mesh size), and composition and abundances were analyzed.
Mesozooplankton community structures between coastal and oceanic areas presented distinct characteristics. In the Little America Basin, the mean abundances averaged 17.40 ind. m^-3, and crustacean nauplius, Metridia gerlachei, and Calanoides acutus were dominated. In contrast, in the Southeast Indian Ridge, the mean abundances averaged 284.02 ind. m^-3, and chordata and small calanoida spp. were dominated.

10. Variability of macroalgal assemblage and macroalgal succession in King George Isalnd, Antarctica : Temporal variability and vertical distribution of a intertidal macroalgal assemblage has been investigated in Barton Peninsula, Maxwell Bay, King George Island of the Antarctic coast. Sampling was performed during the two seasons of austral summer from November 2016 to January 2019. Sampling for short-term variability had an interval time of 1-2 months. 15 algal species were identified, and relative coverage of the predominant red Iridaea cordata and endemic brown Phaeurus antarcticus reached 75.5%. The change of abundance in summer can be summarized as a shift from I. cordata (season responder) to P. antarcticus (season anticipator) and the change in color can be intuitively inferred through the contour plot that was first attempted in this study. This study area, which is dominated by two species, should investigate the effects of global warming on macroalgal assemblage by studying long-term monitoring and interactions between the two species. Meanwhile, ecological macroalgal succession in newly free areas remained at the pioneer seral stage, despite six decade of glacial retreat history in Marian Cove, King George Island, Antarctica. In this study, spatial and vertical distributions were identified by examining subtidal macroalgal assemblage from six sites of Marian Cove to a depth of 25 m. The structure of macroalgal assemblage was analyzed for six sites 0.2, 0.8, 1.2, 2.2, 3.6, and 4.1 km away from the glacier. To investigate the effect of melting water, differences in the coastal environment were analyzed based on data collected from 5 sites 0.4, 0.9, 3.0, 4.0, and 5.0 km away from the glacier. Both macroalgal assemblage and marine environment were divided into two groups, inside and outside the cove, based on the region 2-3 km away (ice free since 1956) from the glacier, showing significant differences. This study showed that macroalgal assemblage in the Antarctic fjord-like cove responded to the glacier retreat, and is a valuable study for understanding macroalgal succession in Antarctica for the future.

(source : SUMMARY 12p)