개회로 파장 변조 분광법과 에디 공분산 방법으로 논에서 관측된 CH₄ 플럭스 자료의 보정

강남구,윤주열,아산 탈룩더,문민규,강민석,심교문,김준,Kang, Namgoo,Yun, Juyeol,Talucder, M.S.A.,Moon, Minkyu,Kang, Minseok,Shim, Kyo-Moon,Kim, Joon 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.1

$CH_4$는 $CO_2$ 및 $N_2O$와 더불어 중요한 온실가스로서 지속적이고도 체계적인 감시가 요구된다. 에디 공분산 기술 기반의 $CO_2$ 플럭스의 관측은 이미 세계적으로 관측망이 구축되어 관측부터 자료처리에 이르기까지 모든 과정이 표준화되어 있을 뿐 아니라 체계적으로 잘 문서화되어 있다. 그러나 미량 기체인 $CH_4$의 경우, 레이저 기반의 고속반응 분광계를 필요로 할 뿐 아니라, 이에 수반되는 플럭스 자료의 처리 과정이 표준화되어 있지 않다. 본 연구 노트에서는 최근에 상용화된 개회로 파장 변조 분광계를 사용하여 에디 공분산 방법으로 논에서 관측한 $CH_4$ 플럭스 결과를 보고하였다. 모내기 전과 직후의 각 5일간 연속 관측한 자료를 KoFlux 프로토콜에 따라 상용화된 $EddyPro^{TM}$ 프로그램을 사용하여 자료를 처리하였다. 이 후처리 과정에서 세 가지 주요 보정, (1) 주파수 반응 보정, (2) 공기 밀도 보정, (3) 분광 보정의 효과를 정량화 하였다. 보정 효과는 밤과 낮에 따라 차이를 보였고, 메탄플럭스가 작을수록 보정 효과가 컸다. 전반적으로 보정 후에 메탄 플럭스는 평균 20-25% 정도 증가하였다. 국가농림기상센터(www.ncam.kr)에서는 분광 보정과 빈 자료 메우기를 포함한 $CH_4$플럭스 자료 처리가 포함된 업데이트된 KoFlux 프로그램을 일반 사용자에게 제공할 예정이다. $CH_4$ is a trace gas and one of the key greenhouse gases, which requires continuous and systematic monitoring. The application of eddy covariance technique for $CH_4$ flux measurement requires a fast-response, laser-based spectroscopy. The eddy covariance measurements have been used to monitor $CO_2$ fluxes and their data processing procedures have been standardized and well documented. However, such processes for $CH_4$ fluxes are still lacking. In this note, we report the first measurement of $CH_4$ flux in a rice paddy by employing the eddy covariance technique with a recently commercialized wavelength modulation spectroscopy. $CH_4$ fluxes were measured for five consecutive days before and after the rice transplanting at the Gimje flux monitoring site in 2012. The commercially available $EddyPro^{TM}$ program was used to process these data, following the KoFlux protocol for data-processing. In this process, we quantified and documented the effects of three key corrections: (1) frequency response correction, (2) air density correction, and (3) spectroscopic correction. The effects of these corrections were different between daytime and nighttime, and their magnitudes were greater with larger $CH_4$ fluxes. Overall, the magnitude of $CH_4$ flux increased on average by 20-25% after the corrections. The National Center for AgroMeteorology (www.ncam.kr) will soon release an updated KoFlux program to public users, which includes the spectroscopic correction and the gap-filling of $CH_4$ flux.

합동표준편차 방법과 부트스트랩 방법을 이용한 논토양 메탄 배출량의 불확도 비교분석

강남구 ( Namgoo Kang ),이영섭 ( Yung-seop Lee ) 한국환경농학회 2019 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2019 No.-

대부분의 온실가스 불확도 추정 방법은 측정 데이터의 분포가 정규분포를 따른다고 가정하여 표본표준편차를 계산하고, 주어진 신뢰 수준에서 불확도를 추정하는 방식을 따르고 있다. 그러나 기존의 표본표준편차 방법은 측정 데이터의 시간적 특성 혹은 반복성만 고려하지만 측정 데이터의 재현성이 혼합된 경우에는 부정확한 방법이다. 또한 정규분포와 같은 대칭적인 분포가 아닌 비대칭형 데이터인 경우 기존의 방법으로 표본표준편차와 신뢰구간을 계산하여 불확도를 추정하면 부정확하기 때문에 측정 데이터의 분포 특성에 부합한 다양한 불확도 추정방법이 필요하다. 본 연구에서는 불확도 추정을 위해 모수적 통계 방법에 속하는 합동표준편차방법와 비모수적 통계 방법에 속하는 부트스트랩 방법을 제시하였다. 합동표준편차방법은 측정 데이터의 분포가 정규분포를 따르면서 반복성과 재현성이 혼합된 측정 데이터에 대해 표본표준편차를 계산하는 방법으로 적절하다. 본 연구에서는 표본표준편차 대신 합동표준편차를 계산하여 불확도를 추정하였다. 반면에 부트 스트랩 방법은 측정 데이터의 분포 파악이 어렵거나 극심한 비대칭형 데이터인 경우, 비모수적인 통계 방법을 이용하여 신뢰구간을 추정하고 추정된 신뢰구간을 기반으로 불확도를 추정하는 방법이다. 본 연구에서는 부트스트랩 방법 중 표준화 t-부트스트랩 방법을 이용하여 신뢰구간과 불확도를 추정하였다. 본 연구에서는 우리나라 논토양(경기도 수원)에서 발생되었던 메탄 배출량 측정 데이터에 제안한 두 방법을 적용하여 불확도를 추정하였다. 그 결과 우리나라 논토양 메탄 배출량 데이터의 분포 특성이 비대칭형을 따르므로 합동표준편차 방법에 의해 추정한 불확도는 과소평가 되어 부정확한 것이고, 부트스트랩 방법에 의해 추정된 불확도가 실제 측정데이터의 특성을 반영한 정확한 방법임을 보여준다.

농경지 토양으로부터 배출되는 아산화질소의 측정 농도에 대한 불확도 분석

강남구 ( Namgoo Kang ),주옥정 ( Ok-jung Ju ) 한국환경농학회 2022 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2022 No.-

온실가스 배출량에 대한 정확한 측정은 국가 탄소중립 목표 달성을 위한 기초이다. 밭토양에서 발생하는 아산화질소 농도에 대한 정확한 측정은 농업 분야의 온실가스 배출량 산정 뿐만 아니라 질소 순환의 이해에도 매우 중요하다. 농업 분야 경종 부문 온실가스 배출량을 측정하기 위한 국제적으로 표준화된 방법은 현재 챔버에 의한 가스 샘플링 및 가스크로마토그래피의 측정 신뢰성에 의존하고 있다. 농경지 유래 아산화질소 배출계수의 불확도를 파악하기 위해서는 우선 아산화질소가 함유한 공기 시료 포집과 아산화질소 화학종에 대한 기기 분석에 영향을 미치는 다양한 불확도 요인들에 대한 이해가 필요하다. 하지만 여태까지 국내외에서 관련 연구 개발에 대한 정보는 희귀한 실정이다. 본 연구에서는 챔버법에 기반한 가스 샘플링 및 가스크로마토그래피에 기반한 아산화질소 농도의 가스분석을 통해 아산화질소 농도 측정치에 영향을 미치는 잠재적 불확도 요인들을 탐색하고 실험 데이터에 기초하여 정량화를 국내외 최초로 시도하였다. 본 연구에서 각 불확도 요인에 대한 특성을 고려한 측정 불확도 산정 방법을 고안하고 각 불확도 요인에 대한 상대표준불확도를 정량적으로 평가한 후 이들의 조합을 감안한 아산화질소 측정 농도에 대한 상대합성표준불확도를 산정하였다. 또한 아산화질소 농도의 상대합성표준불확도에 영향을 미치는 각 불확도 요인의 상대적인 기여도를 정량적으로 평가하였다. 본 연구를 통해 얻은 다양한 정보는 아산화질소 측정 농도의 불확실성을 평가하기 위한 과학적 기준을 제공하고 불확도를 감소시키기 위한 합리적 방안을 모색하기 위한 과학적 근거로서 가치를 가지고 있다. 본 연구 결과는 궁극적으로 농업분야 경종부문 아산화질소 국가고유배출계수의 고도화와 도모하고 국가 온실가스 배출량 보고서 의 신뢰성 향상을 위한 정책 개발에 활용될 수 있다.

해남 무논점파 논 KoFlux (HPK) 관측지: 소개

이승훈,강민석,강남구,김준,Lee, Seung-Hoon,Kang, Minseok,Kang, Namgoo,Kim, Joon 한국농림기상학회 2018 한국농림기상학회지 Vol.20 No.1

기후스마트농업의 관점에서 무논점파 농법의 경쟁력을 평가하기 위하여 플럭스 타워(HPK)를 설치, 에디 공분산 방법으로 이산화탄소, 메탄 그리고 에너지의 교환량을 지속적으로 관측하고 있다. 본 통신문에서는 HPK 관측지에 대한 소개와 관측 자료의 처리과정 및 품질 관리에 대하여 문서화 하였다. KoFlux 표준화 방법에 따른 10단계 자료 처리 및 품질 관리과정을 거쳤으며, 이 과정에서 HPK 관측지의 자료 사용자들이 알아야 할 중요한 보정 단계를 이해하기 쉽도록 각 방법에 대한 개념과 일반적인 예를 들어 설명하였다. 자료 처리 과정에서 생성된 모든 자료들을 정리하여 데이터 서버에 저장하였으며, 모든 처리 과정을 거친 최종 자료를 사용하여 HPK 관측지에서 2016년 생장기간 동안 관측된 주 요소들에 대해 간략히 정량화 하였다. A new eddy covariance-based flux tower has been established since June 2016 in a dry direct-seeding rice paddy field in southwestern Korea - Haenam Paddy field KoFlux site (HPK). To assess the competitiveness of direct-seeding agricultural technique in the context of climate-smart agriculture, we have been monitoring the $CO_2$, $CH_4$ and energy fluxes continuously. In this communication, we (1) introduce the HPK site and (2) explain the structure and processes of the HPK-specific data processing and quality control. The latter consists of 10-steps data processing and quality control procedures following the KoFlux standardized protocol and explained each step in layman's term. The final data produced during the data processing were stored in NCAM-DAPS (National Center for AgroMeteorology-Data Acquisition and Processing System, http://daps.ncam.kr). We hope that the introduction of new HPK KoFlux site would serve as a platform to facilitate transdisciplinary efforts in the research and education associated with climate-smart agriculture toward sustainability.

밭토양에서 폐쇄형 자동 챔버법으로 측정한 아산화질소 농도에 대한 측정 불확도

주옥정 ( Ok Jung Ju ),강남구 ( Namgoo Kang ),임갑준 ( Gap June Lim ) 한국환경농학회 2020 한국환경농학회지 Vol.39 No.3

BACKGROUND: The closed chamber method is the most commonly used for measuring greenhouse gas emissions from upland fields. This method has the advantages of being simple, easily available and economical. However, uncertainty estimation is essential for accurate assessment of greenhouse gas emissions and verification of emission reductions. The nitrous oxide emissions from upland field is very important for the nitrogen budget in the agriculture sectors. Although assessment of uncertainty components affecting nitrous oxide emission from upland field is necessary to take account of dispersion characteristics, research on these uncertainty components is very rare to date. This study aims at elucidation of influencing factors on measurement uncertainty of nitrous oxide concentrations measured by an automated open closed chamber method from upland field. METHODS AND RESULTS: The nitrous oxide sampling system is located in the upland field in Gyeonggi-do Agricultural Research and Extension Services (37°13′22″ N, 127° 02′22″E). The primary measurement uncertainty components influencing nitrous oxide concentrations (influencing factors) investigated in this research are repeatability, reproducibility and calibration in the aspects of nitrous oxide sampling and analytical instrumentation. The magnitudes of the relative standard uncertainty of each influencing factor are quantified and compared. CONCLUSION: Results of this study show what influencing factors are more important in determination of nitrous oxide concentrations measured using the automated open closed chambers located in the monitoring site. Quantifying the measurement uncertainty of the nitrous oxide concentrations in this study would contribute to improving measurement quality of nitrous oxide fluxes.

벼논에서 폐쇄형 자동 챔버 시스템으로 측정한 메탄 농도에 대한 요인별 측정 불확도 비교

주옥정 ( Ok Jung Ju ),강남구 ( Namgoo Kang ),임갑준 ( Gap June Lim ) 한국환경농학회 2020 한국환경농학회지 Vol.39 No.3

BACKGROUND: The closed chamber method is the most commonly used for measuring greenhouse gas emissions from rice fields. This method has the advantages of being simple, easily available and economical. However, a measurement result using the chamber method is an estimated value and is complete when the uncertainty is estimated. The methane emissions from a rice paddy account for the largest portion of the greenhouse gas emissions in the agriculture sectors. Although assessment of uncertainty components affecting methane emission from a rice paddy is necessary to take account of dispersion characteristics, research on these uncertainty components is very rare to date. The goal of this study was to elucidate influencing factors on measurement uncertainty of methane concentrations measured by a closed automated chamber system from a rice paddy. METHODS AND RESULTS: The methane sampling system is located in the rice paddy in Gyeonggi-do Agricultural Research and Extension Services (37° 13′15″ N, 127° 02′22″E). The primary measurement uncertainty components influencing methane concentrations (influencing factors) investigated in this research were repeatability, reproducibility and calibration in the aspects of methane sampling and analytical instrumentation. The magnitudes of the relative standard uncertainty of each influencing factor were quantified and compared. CONCLUSION: Results of this study showed what influencing factors were more important in determination of methane concentrations measured using the chamber system and analytical instrumentation located in the monitoring site. Quantifying the measurement uncertainty of the methane concentrations in this study would contribute to improving measurement quality of methane fluxes.

벼논에서 미량 아산화질소 플러스의 정량법

주옥정(Okjung Ju),강남구(Namgoo Kang),이정혜(Jeong-Hye Lee),정재원(Jaewon Jeong),김조은(Jo-Eun Kim),소호섭(Hoseup Soh),박중수(Jung-Soo Park),김석철(Seok-Cheol Kim) 한국토양비료학회 2022 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2022 No.10

셀 가스분석을 이용한 우레탄폼의 열전도도 장기변화 예측

이효진(Hyo-Jin Lee),전종한(Jonghan Chun),김진석(Jin Seon Kim),이진복(Jin Bok Lee),강남구(Namgoo Kang) 대한설비공학회 2009 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2009 No.-

A proprietary device is adopted to break out the membrane of cell in the rigid polyurethane foam. As it is known, the membrane of cell is hardly tearing-off thoroughly in a mechanical way due to both its elastic characteristic and micro sized pores. In this study, a novel experimental approach is introduced to burst out all gases inside the cells of the rigid polyurethane foam by abrasively grinding micro-cells completely into fine powder. The biggest advantage of this approach is to be capable of releasing all gases out from the cell even in the micro pores. As clearly reflected from the repeatability, the accuracy of the result is highly improved and high confidence in the data sets as well. For the measurements of not only gas composition but partial pressure for each gas simultaneously as well, a precision gas mass spectrometer is used in-line directly to the abrasive grinding device. To control the starting point of the polyurethane foam, all samples were prepared on site in the laboratory. Manufactured time is one of the most critical factors in characterization of cell gas composition because it is known that one of gas composition, especially, carbon dioxide, is diffused out dramatically in a short period of time as soon as it is foamed.

Uncertainties of ionic species in snowpit samples determined with ion chromatography system

Sang-bum Hong(홍상범),Soon-do Hur(허순도),Sun-Mee Kim(김선미),Sungmin Hong(홍성민),Ji-woong Chung(정지웅),Chang-Hee Kang(강창희),Namgoo Kang(강남구) 한국분석과학회 2012 분석과학 Vol.25 No.6