• 한국농림기상학회지
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• 제18권4호
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• pp.307-319
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• 2016

국가농림기상센터(NCAM)에서는 수요자 맞춤형 영농 영림을 지원하기 위하여 전용 수치모델링시스템인 지면대기모델링패키지(LAMP) 버전 1을 구축하였다. 이 패키지는 두 가지의 큰 축으로 구성되어 있다. 하나는 WRF 기상모델과 Noah-MP 지면모델의 결합시스템인 WRF/Noah-MP 시스템이고, 다른 하나는 Noah-MP 지면 모델의 오프라인 독립구동형 1차원 버전이다. 전자는 7일 이상의 중기 기상예측 자료를 1km 내외의 고해상도로 생산하는 일을 담당하고, 후자는 대표적인 농림생태계에 대하여 1년 지면모의 자료를 15분 간격으로 생산하는 일을 담당한다. 본 연구의 목적은 NCAM-LAMP의 두 구성 요소를 간단히 설명하고, 초기의 수치모의 성능을 평가하는데 있다. WRF/Noah-MP 결합시스템은 동아시아를 포함하는 어미격자 도메인에 최고 810m의 수평 해상도를 갖는 3개의 둥지격자로 구축되었으며, 가장 안쪽 도메인은 광릉 활엽수림 관측지와 침엽수림 관측지(GDK 및 GCK)를 포함한다. 이 결합시스템은 현재 미국 환경예측센터의 FNL 자료를 초기 및 경계자료로 이용하여 구동되며, 여러 개의 약 8일 모의 결과를 연결시켜 장기간에 대한 모의 자료를 생산하였다. 정량적 검증 변수는 WRF/Noah-MP 결합시스템의 2m 기온, 10m 바람, 2m 습도, 강수이며, 기상청 ASOS 관측 자료와 WRF/Noah-MP 결합시스템 모의 자료 사이의 차이를 이용하여 각 도메인에서 동적 식생 포함 유무에 따른 모의 오차를 계산하였다. 강수 모의의 정확도는 탐지확률(POD)과 공평위협점수(ETS)로 구성된 표를 이용하여 조사하였다. 오프라인 독립구동형 지면모델은 1년 기간에 대해 모의 결과를 생산하였으며, KoFlux 관측자료와 비교하여, 순복사 플럭스, 현열 플럭스, 잠열 플럭스 및 토양 수분 함량을 평가하였다. WRF/Noah-MP 결합시스템의 모의 결과에 따르면, 모든 도메인 중에서 도메인 4(810m 해상도)에서 2m 기온, 10m 바람 및 2m 습도에 대하여 가장 작은 RMSE를 보였다. 동적 식생을 포함시키면 모든 도메인에서 10m 바람의 모의 오차가 감소하게 되는 경향을 보였다. 도메인 2(7,290m 해상도)에서는 강수 모의 점수가 가장 높았으나, 동적 식생을 포함시킴에 따른 효과는 별로 없었다. 독립구동형 1차원 Noah-MP의 지면모의 결과는 복사 플럭스와 토양 수분의 패턴 및 크기를 포착하였으며, 엽면적지수의 모델 입력 부분을 보충하고, 모델 물리과정의 적절한 조합을 찾아내는 노력을 통해 개선될 수 있는 여지를 남겼다.

• 한국지구과학회지
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• 제44권6호
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• pp.578-593
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• 2023

2017년 7월 15일 서울과 수도권에 집중호우를 발생시킨 깊은 대류운과 강수 발달에 대한 종관 기상 메커니즘을 규명하고 중국 동부지역으로부터의 PM_2.5 에어로졸의 간접효과를 WRF-Chem 실험을 통해 분석하였다. WRF-Chem 모델에 에어로졸과 복사의 피드백, 구름 화학 과정, 습식 세정을 모두 포함한 ARI (Aerosol Radiation Interaction) 실험과 에어로졸과 복사의 피드백을 제외하고 구름 화학 과정, 습식 세정만을 포함한 ACR (Aerosol Cloud Radiation interaction) 실험 결과의 차이로부터 PM_2.5 에어로졸 간접효과를 산출하였다. 2017년 7월 15일 새벽에 황해와 한반도에서는 동아시아 대륙에서 저기압-북서 태평양의 고기압 분포로 인해 중국 남동 지역과 동중국해로부터 덥고 습한 기류가 수렴하고 있었다. 이러한 황해의 종관 기상에 의해 발달하는 대류운은 높이 12 km 이상이며 고체 수상체를 형성하고 있었는데, 이는 주로 대륙 위에서 발달하는 한랭운(많은 빙정을 형성하며 운정고도가 8 km 이상)의 특성을 나타내고 있었다. 특히, WRF-Chem 모델 실험을 통해 중국 동부지역으로부터 확산하는 PM_2.5 에어로졸이 구름물 형성에 5.7%, 고체 수상체 형성에 10.4%, 그리고 액체 수상체 형성에 10.8%로 대류운이 한랭운으로 발달하는 데 기여하고 있었다. 본 연구는 황해 위에서 깊은 대류운이 발달하는 과정에 대한 기상적 메커니즘과 더불어 중국 동부지역으로부터 에어로졸에 의한 간접효과의 영향을 제시하였다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제12권5호
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• pp.19-32
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• 2007

우리나라에서 대표적으로 사용되어 온 지하수 함양량 산정방법은 지하수 감수곡선에 의한 기저유출분리법, 유역내의 집중형 개념모형에 의한 물수지 분석, 그리고 지하수위 변동곡선법으로 대별된다. 지하수 함양량은 기후조건, 토지이용 그리고 수문지질학적 불균질성에 따르는 시공간적인 변동성을 나타내므로 전술한 방법들은 이같은 특성을 다루기에는 많은 제약을 가진다. 이 같은 단점을 극복하기 위해 본 연구에서는 통합 지표수-지하수 모형인 SWAT-MODFLOW로부터 얻어진 물수지 성분을 기초로 한 새로운 함양량 추정방법을 제시하고자 한다. 하천변에 위치한 지하수위는 하천흐름과 유사한 동적변화를 나타내는 반면 보다 상류부에 위치한 지하수위는 강수에 대하여 일정한 지체현상을 나타낸다. 이와 같은 지하수위 변동의 특징은 함양의 물리적 특성과 관련되므로 이 같은 현상을 설명하기 위해서는 토양층을 통과한 물이 대수층 함양에 도달하는데 걸리는 시간적 지체를 설명하는 것이 필요하다. SWAT 모형에서는 주어진 날에 대해 물이 토양층을 통과하여 대수층으로 함양되는 과정을 설명하기 위해 지수형태의 감쇠가중함수를 가진 단일 저수지 저류 모듈을 사용한다. 그런데 이 모듈은 지체시간이 긴 경우나 추정된 함양의 시계열이 지하수위 시계열과 잘 맞지 않는 제한 사항을 가지므로, 본 연구에서는 비포화대를 통과하는 시간 지체를 보다 현실적으로 반영할 수 있는 다단 저수지 저류 추적 모듈을 개발하여 SWAT모형에 탑재하였으며, 이 모듈내의 시간지체와 관련된 매개변수는 관측지하수위와 모의 함양량의 상관관계를 검토함으로써 최적화가 이루어지도록 하였다. 본 연구방법의 최종 단계는 모의 지하수위와 관측 지하수위, 그리고 관측 유역유출량과 모의 유출량을 검증함으로써 종결된다. 새롭게 제안된 방법을 우리나라 미호천 유역에 적용하여 지하수 함양량의 시공간적 분포를 추정하였는데 제시된 방법이 유역 모형의 효율성과 지하수위 변동법의 정확성이라는 장점을 모두 가진 방법이어서 추정된 일 함양량은 수리지질학적 불균질성, 기후조건, 토지이용과 토양층과 대수층의 거동까지 반영한 매우 개선된 값으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제55권6호
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• pp.727-736
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• 2022

얼음쐐기는 영구동토 지역의 토양층에서 관찰되는 얼음체로, 형성 당시의 강수 및 토양이 유입되어 형성되며, 높은 농도의 용질 및 고체함량을 가진다. 이러한 얼음쐐기는 그 형성 및 분포적 특성으로 인해 최근 고기후 및 고환경 복원을 위한 연구에 활용될 수 있는 가능성이 제시되고, 이에 대한 연구가 제한적으로 시작되고 있다. 하지만 얼음쐐기에 포함된 용질 및 고체 혹은 광물입자들을 고기후 및 고환경 복원 프록시로 사용하기 위해서는 이들의 물리화학적 특성 보존이 필수적이다. 만약 얼음쐐기 시료의 해동과정에 의한 물리화학적 특성 변화가 야기된다면, 이를 활용한 고기후 및 고환경 해석에 오류를 야기할 수 있다. 본 연구에서는 동시베리아 쑤야(Cyuie) 지역에서 채취된 얼음쐐기를 이용하여 해동조건이 얼음쐐기 내 용질 및 고체상에 미치는 영향을 조사하였다. 쑤야(Cyuie) 지역의 얼음쐐기 시료에 대해 해동온도와 산소유무를 고려하여 네 가지 해동조건(4℃-유산소, 4℃-무산소, 23℃-유산소 혹은 23℃-무산소)에서 회수된 용액 및 고체시료의 특성을 분석하였다. 온도와 산소의 영향이 가장 제한적일 것으로 예상되는 4℃-무산소 조건에서 측정된 결과를 기준으로 비교한 결과, 얼음쐐기 내 고체입자들에 대한 해동조건의 영향은 미미하였다. 반면, 용액의 화학적 특성(pH, 전기전도도, 알칼리도와 주양이온 및 미량원소의 농도)은 기준조건에 비해 4℃-유산소 조건에서 일관성 있게 유의미한 차이를 보였다. 본 연구결과, 얼음쐐기 시료의 해동조건에 따라 시료의 화학적 특성에 변화를 야기할 수 있으며, 이는 시료처리 방법 및 절차가 얼음쐐기를 이용한 고기후 및 고환경 복원 결과에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

• 대기
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• 제24권3호
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• pp.303-315
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• 2014

HadGEM2-CC 모델에서의 $CO_2$ 농도증가에 대한 RCP 시나리오의 결과는 21세기 말 전 지구 연평균 기온과 강수 증가가 전망되고 이에 따라 식물의 생산량 및 호흡량 증가가 전망된다. 20세기 말 일차생산량(GPP와 NPP), 호흡량, LAI가 21세기 말 기온 증가에 따라 증가하는 점은 기존의 Shao et al. (2013)와 유사하였다. 특히 이전 연구와 유사하게 21세기 말 일차생산량과 호흡량은 고위도보다 열대 저위도 지역에서 증가량이 더 컸다. 기온이 상승하고 강수량이 증가하면서 식생이 자라지 않던 나지 면적이 감소하였고, 이에 따른 식생 면적 증가는 식생의 생산량(GPP, NPP) 증가로 나타났다. 특히, 본 연구에서는 C3 초지, 활엽수의 면적 증가가 뚜렷하였다. 이는 Beck and Goetz (2011)에서 언급한 대로 온난화에 따른 식생 면적 증가가 식생 생산성과 연관되어 $CO_2$ 흡수작용을 강화하는 데 기여할 수 있음을 의미한다. Shao et al. (2013)에 따르면 21세기 말 누적 NEE는 증가가 전망되고 이는 특히 열대와 고위도 지역이 주요 흡수원으로 작용하였기 때문으로 그 원인을 설명하였다. 본 연구에서 사용된 HadGEM2-CC에서는 전 지구 평균적으로 NEE 흡수가 증가하는 경향은 동일하게 전망하며, 이는 열대보다는 북반구 고위도지역인 유라시아와 북미 대륙에서 증가한 흡수가 그 원인으로 분석되었다(Fig. 8). 앞서 Mynenl et al. (1997)에 따르면 기온상승에 따라 식생의 광합성활동, 생장시기 길이와 시작시기의 당겨짐을 보고하였다. 본 연구 실험에서도 이와 유사하게 미래에 기온 상승에 따라 식생 성장 기간이 길어지고 LAI도 증가하며 식생 지대가 점차 고위도로 북상할 것을 전망하였다(Figs. 5, 12b). 이에 따라 육상 생태계의 $CO_2$ 흡수량은 20세기 말보다 21세기 말에 증가하였고 우리나라가 속해있는 동아시아지역($90^{\circ}E{\sim}140^{\circ}E$, $20^{\circ}N{\sim}60^{\circ}N$)은 기온, 강수뿐 아니라 $CO_2$ 흡수량도 같은 위도대의 전 지구 동서평균보다 크게 모의되었다. RCPs에 따른 흡수율은 21세기 중반까지는 대기 중 이산화탄소 농도 변화율과 유사한 경향을 보이는데 RCP 8.5에서는 21세기 후반에 흡수 증가율이 감소하며 이는 Liddicoat et al. (2013) 에서 보인것과 유사하다. 하지만 대기 중 $CO_2$의 증가와 식생분포 지역의 확대에도 불구하고 21세기 말 육상생태계의 순생태계흡수량은 크게 증가하지 않음을 확인할 수 있었다. 이는 기온 상승이 크게 일어난 21세기 후반부터 토양 호흡의 급격한 증가로 인하여 육상생태계의 이산화탄소 흡수 능력은 감소한 것에 기인하였다. 향후 본 연구결과의 유의성을 확보하기 위해 다양한 모델의 자료를 추가할 필요가 있다. Shao et al. (2013)에 따르면 미래 탄소 흡수 전망에 있어 전 지구 및 위도별 모의 결과가 모델마다 매우 다양한데 이는 지면생태모형 간의 식생역학, 물리과정의 차이로 해석된다. 미래 육상생태계의 이산화탄소 흡수 능력의 변화와 기후변화를 보다 정확하게 예측하기 위해서는 다른 모델의 자료를 이용한 불확실성을 정량화 하는 것이 필요하며 이는 전 지구 및 지역별 탄소 순환 이해를 높이는 데 기여할 것이다.