• 한국지구과학회지
• /
• 제40권4호
• /
• pp.392-405
• /
• 2019

Biogeochemical processes play an important role in ocean environments and can affect the entire Earth's climate system. Using an ocean-biogeochemistry model (NEMO-TOPAZ), we investigated the effects of changes in albedo and wind stress caused by phytoplankton in the equatorial Pacific. The simulated ocean temperature showed a slight decrease when the solar reflectance of the regions where phytoplankton were present increased. Phytoplankton also decreased the El $Ni{\tilde{n}}o$-Southern Oscillation (ENSO) amplitude by decreasing the influence of trade winds due to their biological enhancement of upper-ocean turbulent viscosity. Consequently, the cold sea surface temperature bias in the equatorial Pacific and overestimation of the ENSO amplitude were slightly reduced in our model simulations. Further sensitivity tests suggested the necessity of improving the phytoplankton-related equation and optimal coefficients. Our results highlight the effects of altered albedo and wind stress due to phytoplankton on the climate system.

• 한국지구과학회지
• /
• 제38권7호
• /
• pp.469-480
• /
• 2017

Controversy has surrounded the potential impacts of phytoplankton on the tropical climate, since climate models produce diverse behaviors in terms of the equatorial mean state and El $Ni{\tilde{n}}o$-Southern Oscillation (ENSO) amplitude. We explored biophysical impacts on the tropical ocean temperature using an ocean general circulation model coupled to a biogeochemistry model in which chlorophyll can modify solar attenuation and in turn feed back to ocean physics. Compared with a control model run excluding biophysical processes, our model with biogeochemistry showed that subsurface chlorophyll concentrations led to an increase in sea surface temperature (particularly in the western Pacific) via horizontal accumulation of heat contents. In the central Pacific, however, a mild cold anomaly appeared, accompanying the strengthened westward currents. The magnitude and skewness of ENSO were also modulated by biophysical feedbacks resulting from the chlorophyll affecting El $Ni{\tilde{n}}o$ and La $Ni{\tilde{n}}a$ in an asymmetric way. That is, El $Ni{\tilde{n}}o$ conditions were intensified by the higher contribution of the second baroclinic mode to sea surface temperature anomalies, whereas La $Ni{\tilde{n}}a$ conditions were slightly weakened by the absorption of shortwave radiation by phytoplankton. In our model experiments, the intensification of El $Ni{\tilde{n}}o$ was more dominant than the dampening of La $Ni{\tilde{n}}a$, resulting in the amplification of ENSO and higher skewness.

• 한국지구과학회지
• /
• 제42권4호
• /
• pp.390-400
• /
• 2021

Ocean biogeochemistry plays a crucial role in sustaining the marine ecosystem and global carbon cycle. To investigate the oceanic biogeochemical responses to iron parameters in the tropical Pacific, we conducted sensitivity experiments using the Nucleus for European Modelling of the Ocean-Tracers of Ocean Phytoplankton with Allometric Zooplankton (NEMO-TOPAZ) model. Compared to observations, the NEMO-TOPAZ model overestimated the concentrations of chlorophyll and dissolved iron (DFe). The sensitivity tests showed that with increasing (+50%) iron scavenging rates, chlorophyll concentrations in the tropical Pacific were reduced by approximately 16%. The bias in DFe also decreased by approximately 7%; however, the sea surface temperature was not affected. As such, these results can facilitate the development of the model tuning strategy to improve ocean biogeochemical performance using the NEMO-TOPAZ model.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.204-204
• /
• 2021

Terrestrial water storage (TWS) includes all components of water (e.g., surface water, groundwater, snow and ice) over the land. So accurately predicting and estimating TWS is important in water resource management. Although many land surface models are used to predict the TWS, model output has errors and biases in comparison to the observation data due to the model deficiencies in the model structure, atmospheric forcing datasets, and parameters. In this study, Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) satelite TWS data is assimilated in the Community Land Model version 5 with a biogeochemistry module (CLM5.0-BGC) over East Asia from 2003 to 2010 by employing the Ensemble Adjustment Kalman Filter (EAKF). Results showed that TWS over East Asia continued to decrease during the study period, and the ability to simulate the surface water storage, which is the component of the CLM derived TWS, was greatly improved. We further investigated the impact of assimilated TWS on the vegetated and carbon related variables, including the leaf area index and primary products of ecosystem. We also evaluated the simulated total ecosystem carbon and calculated its correlation with TWS. This study shows that how the better simulated TWS plays a role in capturing not only water but also carbon fluxes and states.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
• /
• pp.100-100
• /
• 2021

IPCC 5차 보고서에 따르면 지구 평균 기온상승은 저위도 보다 극지방에서 더욱 뚜렷하게 나타나며 이러한 기후변화는 극지 생태계의 변화를 초래한다. 이러한 기후변화에 따른 극지 생태계의 변화를 분석 및 예측하기 위하여 지면-생태계 모형을 구축하고 극지방 생태계, 수문 및 탄소 순환 등을 모의하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 최근 극지 지역에서는 기후변화로 인하여 화재 발생 빈도가 증가하고 있으며, 이로 인하여 극지 생태계뿐 아니라 물순환에 많은 영향을 미치고 있다. 하지만 지면-생태계 모형안의 화재 시뮬레이션은 화재의 원인 파악의 부족, 입력자료의 부족, 화재 역학 이해의 부족 등의 한계가 존재한다. 본 연구에서는 2001~2012년 동안 위성에서 관측된 화재면적 자료인 Global Fire Emissions Database (GFED) v4 자료와 지면-생태계 모형인 NCAR Community Land Model (CLM)-biogeochemistry (BGC) 와의 실시간 융합을 통하여 기존 화재 시뮬레이션의 한계점을 보완하고자 하였다. 기존 CLM-BGC 모형을 통한 증발산량, 화재 자료-모형의 융합을 통한 증발산량 결과와 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 증발산량 자료와의 비교를 통하여 증발산량 모의에 화재의 중요성을 분석하고자 한다. 또한, 유출량 뿐만 아니라 토양수분의 변화를 시·공간적 변화를 분석함으로써 화재가 극지방 물순환에 미치는 영향을 나타내었다. 또한, 본 연구를 통하여 미래 기후변화에 따른 극지방의 생태계 및 물순환을 모의하기 위하여 화재 시스템 구축의 중요성을 제시하였다.

• 대기
• /
• 제28권4호
• /
• pp.393-402
• /
• 2018

This study investigated future changes in the Arctic permafrost features and related biogeochemical alterations under global warming. The Community Land Model (CLM) with biogeochemistry (BGC) was run for the period 2005 to 2099 with projected future climate based on the Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A2 scenario. Under global warming, over the Arctic land except for the permafrost region, the rise in soil temperature led to an increase in soil liquid and decrease in soil ice. Also, the Arctic ground obtained carbon dioxide from the atmosphere due to the increase in photosynthesis of vegetation. On the other hand, over the permafrost region, the microbial respiration was increased due to thawing permafrost, resulting in increased carbon dioxide emissions. Methane emissions associated with total water storage have increased over most of Arctic land, especially in the permafrost region. Methane releases were predicted to be greatly increased especially near the rivers and lakes associated with an increased chance of flooding. In conclusion, at the end of $21^{st}$ century, except for permafrost region, the Arctic ground is projected to be the sink of carbon dioxide, and only permafrost region the source of carbon dioxide. This study suggests that thawing permafrost can further to accelerate global warming significantly.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.411-411
• /
• 2023

미래 대기 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 강수 등 기후의 변화하고, 이는 유출량을 포함한 수문 순환 뿐 아니라 지면 식생 생장에 영향을 줄 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 미래 CO2 증가에 따른 식생의 변화와 이로 인한 지표 유출량의 변화에 대해 이해하고자 한다. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 6차 평가보고서에서 제시한 표준 온실가스 경로 중 탄소 모듈이 포함된 Coupled Model Intercomparison Project phase 6 biogeochemistry (CMIP6-BGC) 모델과 탄소 모듈이 포함안된 CMIP6 모델 결과를 활용하였다. 공통 사회경제경로 시나리오(Shared Socio-economic Pathway; SSP) 중 고탄소 시나리오인 SSP585에 따른 모델 결과물을 활용하였다. 표면 유출량 자료에 과거 기간 임계수준 방법을 (Threshold Level Method) 적용하여 동아시아 지역 극한 건조 및 습윤 상태의 빈도와 강도를 CMIP6-BGC와 CMIP6에 대해 평가하였다. CMIP6-BGC 경우, 건조 및 습윤 상태의 빈도는 각각 6.17%, 5.03% , CMIP6 경우 각각 9.29%, 6.70% 으로 예측되어, CMIP6-BGC가 CMIP6 보다 극한 상태를 과소평가하는 경향을 보였다. 또한, 잎 면적 지수(Leaf Area Index; LAI), 증산량 등의 변수를 분석하여, 기 도출된 CMIP6-BGC와 CMIP6 간의 극한 건조 및 습윤 상태 예측의 차이가 발생한 메카니즘을 이해하고자 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.69-69
• /
• 2023

격자 기반의 지면모형을 구동하기에 앞서 사용자의 목적에 따른 모델의 정확도와 모델의 구동 시간의 적절한 균형을 이루는 지면 모델의 격자 크기의 설정은 중요하다. 특히, 격자 크기에 따라 화재 모의 결과 영향이 매우 클 수 있지만, 이에 관한 연구들을 거의 이루어지지 않았다. 화재 모의는 탄소 순환뿐만 아니라 물 순환에도 직접적인 영향을 미치기 때문에 이를 위한 적절한 격자 크기 설정은 중요하다. 본 연구에서는 지면모형인 NCAR Community Land Model version 5(CLM 5)-biogeochemistry (BGC) 모형과 2000년부터 2019년의 The Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) 기상자료 이용하여서 지면 모델 격자 크기(1.9°×2.5°, 0.47°×0.63°, 0.25°×0.25°)에 따른 전 지구 규모의 화재 시뮬레이션 결과들을 분석하였다. 연평균 화재면적은 격자 크기가 제일 큰 1.9°×2.5° 격자의 시뮬레이션에서 연평균 450M ha로 가장 작게 나타났으며 격자의 크기가 작아질수록 화재의 크기는 증가하는 것으로 나타났다. 지면 모델의 격자가 작아짐에 따라 토양 입자의 분포가 세분화되고 이에 따라 투수 계수값이 증가하며 높은 토양수분의 분포들을 줄어들고 낮은 토양수분의 분포는 증가함을 확인하였다. 토양수분이 줄어듦에 따라 화재 연소성 정도를 나타내는 변수의 값이 증가하고 이에 따라 화재 발생빈도 및 화재 확산이 증가하여 지면 모델의 화재면적을 더 증가시키는 요인이 됨을 확인하였다. 이 연구를 바탕으로 하여 화재 모의의 불확실성 요소를 이해하고, 격자 크기에 따라 화재 모의 관련 매개변수의 수정이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국해양학회지:바다
• /
• 제18권4호
• /
• pp.266-276
• /
• 2013

바다-육지-대기로 이루어진 기후 시스템에서 가장 큰 탄소의 저장고는 바다이다. 바다가 대기로부터 탄소를 흡수하는 주요 수단은 생물 활동에 의한 것으로서, 광합성에 의해 유기 물질로 동화된 탄소가 해저로 침강하고 분해되는 과정에서 깊은 바다물은 탄소를 축적하게 된다. 이러한 탄소 수송 작용을 생물 펌프라 부르며, 해수면 탄소 농도를 낮춤으로써 대기 중 이산화탄소 분압을 낮은 상태로 유지해주는 중요한 기작이다. 생물 펌프에 의해 해저에 축적된 탄소는 해양 순환에 의해 해수면에 돌아오고, 해양-대기 기체 교환에 의해 대기로 배출된다. 바다가 대기와 소통하는 이산화탄소의 양은 과거 빙하기-간빙기 기후 변동과 관련하여 과거 수십만년동안 대기 중 이산화탄소 분압변화에 주도적인 역할을 하여 온 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 바다에서 일어나는 탄소 순환을 간단하게 소개하고, 해양 순환의 변화가 어떻게 탄소 순환을 변형시키고, 대기 중 이산화탄소에 영향을 미치는지를 기후 변동의 관점에서 살펴보고자 한다.

• 한국농림기상학회지
• /
• 제9권2호
• /
• pp.109-120
• /
• 2007

한국 산악 경관에서의 물과 탄소의 순환을 이해하고 예측하기 위해서는 물과 탄소의 유역 내 이동 경로, 저류, 체류시간 및 상호작용에 대한 정보가 선행되어야 한다. 이와 관련하여 본 논문에서는 HydroKorea 및 CarboKorea 연구에서 사용하고 있는 연구 방법들과 현재까지의 주요 결과를 소개한다. 유역 내 다양한 수문순환 과정을 이해하기 위해 지하수위 변동, end-member mixing model, 교차상관 분석, 대기 기원의 천연방사성 동위원소를 이용하였다. 광릉 산림 유역에서는 지표유출의 기여도가 상대적으로 높았고, 강수량과 강수강도 및 패턴의 변화가 물의 유출경로와 체류 시간에 영향을 주었다. 특히, 몬순으로 인한 강수형태와 유역 내 수문과정의 변화가 탄소 순환에 영향을 미쳤는데, 지속적인 강우의 유입이 산림토양의 표층에 분포하는 고농도의 용존유기탄소의 유출을 증가시켰다. 본 연구를 통하여 시도된 수문순환과정에 대한 정량적인 규명은 기후 변화가 수자원 관리와 산림유역 탄소순환에 미치는 영향을 예측하기 위한 과학적 방법론을 확립하는데 기여할 것으로 기대된다.