단일 높이에서 관측된 저장 플럭스를 사용할 때 발생하는 논의 이산화탄소, 수증기, 현열의 순생태계교환량 오차

문민규 ( Minkyu Moon ),강민석 ( Minseok Kang ),빈두말라타쿠리 ( Bindu Malla Thakuri ),이정훈 ( Jung Hoon Lee ) 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.3

에디 공분산 방법(eddy covariance method)을 이용한 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 현열(sensible heat)의 순생태계과환량[net ecosystem exchange (NEE)]은 에디플럭스(eddy flux, FC)와 저장 플럭스(storage flux, FS) 의 합으로 어림한다. 스칼라의 흡원과 발원의 세기와분포, 연직 난류 혼합의 정도에 따라 스칼라의 변화율은 높이에 따라 다르게 나타난다. 따라서 정확한 FS를 얻기 위해서는 프로파일 시스템을 운용하여 높이에 따라 달라지는 스칼라의 변화율을 고려하여야한다. 하지만 아시아의 대부분의 농경지 관측지에서는 프로파일 시스템을 운용하지 않고, FC 관측 지점과 지면 사이에서 높이와 관계없이 스칼라 변화율이 동일하다는 가정하에 에디 공분산 시스템에서 관측되는 스칼라 변화율 만으로 FS를 산정한다. 본 연구에서는 논에서 에디 공분산 관측 높이에서 측정된 FS(프로파일 시스템에서 관측된 단일 높이의 스칼라만을 이용한 FS, FS_single)와 프로파일 관측(에디 공분산 관측 지점과 지면 사이의 여러 높이에서 스칼라 관측)을 이용한 FS와의 차이를 정량화하고, FS_single로 NEE를 산정할 때 발생하는 오차를 확인하기 위해, 경기도 여주에 위치한 청미천 농경지 플럭스 관측지 (Chengmicheon Farmland Korea, CFK)에서 에디공분산 방법과 프로파일 시스템을 이용해 CO2, H2O, 기온(Ta)의 FC와 FS를 측정하였다. CO2, H2O, Ta는 흡원과 발원의 강도와 분포, 대기 경계층의 안정도에 따라 높이별로 변화율이 달랐고, 그 결과 FS_single은 FS를 과소 또는 과대 평가하였다[특히, 해질 녘과 해 뜰 녘(0430-0800h와 1630-2000h)에 CO2의 FS를 평균 21% 과소평가]. FS_single로 인해 발생하는 NEE 계산의 오차는 FCO2의 경우, 하루 중시간에 따라 밤(2030-0400h), 해 질 녘과 해 뜰 녘에 각각 평균적으로 3%, 2%씩 FCO2 를 과소평가했다. 이러한 차이는 FCO2 의 야간 자료 보정과 분배의 과정에서 논의 탄소수지를 과소평가하게 할 수 있다. 이와는 다르게 LE, H의 경우 시간에 관계없이 거의 차이를 보이지 않았다. Using eddy covariance method, net ecosystem exchange (NEE) of CO2 (FCO2), H2O (LE), and sensible heat (H) can be approximated as the sum of eddy flux (FC) and storage flux term (FS). Depending on strength and distribution of sink/source of scalars and magnitude of vertical turbulence mixing, the rates of changes in scalars are different with height. In order to calculate FS accurately, the differences should be considered using scalar profile measurement. However, most of flux sites for agricultural lands in Asia do not operate profile system and estimate FS using single-level scalars from eddy covariance system under the assumption that the rates of changes in scalars are constant regardless of the height. In this study, we measured FC and FS of CO2, H2O, and air temperature (Ta) using eddy covariance and profile system (i.e., the multi-level measurement system in scalars from eddy covariance measurement height to the land surface) at the Chengmicheon farmland site in Korea (CFK) in order to quantify the differences between FS calculated by single-level measurements (FS_single i.e., FS from scalars measured by profile system only at eddy covariance system measurement height) and FS calculated by profile measurements and verify the errors of NEE caused by FS_single. The rate of change in CO2, H2O, and Ta were varied with height depending on the magnitudes and distribution of sink and source and the stability in the atmospheric boundary layer. Thus, FS_single underestimated or overestimated FS (especially 21% underestimation in FS of CO2 around sunrise and sunset (0430-0800 h and 1630-2000 h)). For F CO2, the errors in FS_single generated 3% and 2% underestimation of FCO2 during nighttime (2030-0400 h) and around sunrise and sunset, respectively. In the process of nighttime correction and partitioning of F CO2, these differences would cause an underestimation in carbon balance at the rice paddy. In contrast, there were little differences at the errors in LE and H caused by the error in FS_single, irrespective of time. Key words: Eddy covariance, Storage flux, Net ecosystem exchange, Rice

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.

수액류 측정 데이터베이스: 그래니어(Granier) 센서 열손실탐침법(Heat Dissipation Method)과 열파동법(Heat Pulse Method)을 이용한 수액류 측정

이민수 ( Minsu Lee ),박주한 ( Juhan Park ),조성식 ( Sungsik Cho ),문민규 ( Minkyu Moon ),류다운 ( Daun Ryu ),이훈택 ( Hoontaek Lee ),이호진 ( Hojin Lee ),김수경 ( Sookyung Kim ),김태경 ( Taekyung Kim ),변시연 ( Siyeon Byeon ),전지현 한국농림기상학회 2020 한국농림기상학회지 Vol.22 No.4

증산은 물이 기공을 통해 대기 중으로 이동하는 과정으로, 지표면의 물은 상당부분 증산을 통해 대기 중으로 이동한다. 에디공분산, 수분 수지 측정법 등의 증산량을 측정하는 방법이 있지만, 수종 및 임분의 구성 요소별 증산량의 차이를 비교하기 위해서는 개체목 증산량 측정이 필요하다. 개체목 증산량을 측정하기 위해 수액의 온도차를 이용한 수액류 측정법을 가장 널리 이용하고 있지만, 넓은 범위의 지역을 장기간 조사하기에 한계가 있다. 따라서 큰 공간적 규모에 대해 수액류 및 증산량에 대한 연구를 하기 위해서는 각 지역별로 측정한 데이터의 공유가 필요하다. 본 연구팀은 태화산 학술림에서 열손실탐침법을 이용하여 2011년부터 잣나무(Pinus koraiensis) 18본, 2013년부터 갈참나무(Quercus aliena) 16본을 대상으로 수액류를 측정하고 있으며, 광릉수목원에서도 열손실탐침법을 이용하여, 2013년부터 전나무(Abies holophylla) 18본, 졸참나무(Quercus serrata) 7본, 서어나무(Carpinus laxiflora) 3본, 까치박달(Carpinus cordata) 3본을 대상으로 수액류를 측정하고 있다. 구례 지리산 조사지에서는 열 파동법으로 2018년부터 산벚나무(Prunus sargentii), 낙엽송(Larix kaempferii), 2019년에는 추가로 상수리나무(Quercus accutisima), 소나무(Pinus densiflora), 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla)를 대상으로 수액류를 측정하였으며, 2020년에는 편백(Chamecypans obtuse), 잣나무(P. koraiensis), 자작나무(Betulla platyphylla), 전나무(A. holophylla), 곰솔(Pinus thrunbergii)을 대상으로 수액류를 측정하고 있다. 우리나라 산림의 수액류 데이터를 더욱 활발하게 공유하여 국내 산림생태계에서 개체목과 임분의 수액류와 증산의 환경민감성 등 다양한 연구에 기여할 것으로 기대한다. Transpiration is the movement of water into the atmosphere through leaf stomata of plant, and it accounts for more than half of evapotranspiration from the land surface. The measurements of transpiration could be conducted in various ways including eddy covariance and water balance method etc. However, the transpiration measurements of individual trees are necessary to quantify and compare the water use of each species and individual component within stands. For the measurement of the transpiration by individual tree, the thermometric methods such as heat dissipation and heat pulse methods are widely used. However, it is difficult and labor consuming to maintain the transpiration measurements of individual trees in a wide range area and especially for long-term experiment. Therefore, the sharing of sapflow data through database should be useful to promote the studies on transpiration and water balance for large spatial scale. In this paper, we present sap flow database, which have Granier type sap flux data from 18 Korean pine (Pinus koraiensis) since 2011 and 16 (Quercus aliena) since 2013 in Mt.Taehwa Seoul National University forest and 18 needle fir (Abies holophylla), seven (Quercus serrata), three (Carpinus laxiflora and C. cordata each since 2013 in Gwangneung. In addition, the database includes the sapling transpiration of nine species (Prunus sargentii, Larix kaempferii, Quercus accutisima, Pinus densiflora, Fraxinus rhynchophylla, Chamecypans obtuse, P. koraiensis, Betulla platyphylla, A. holophylla, Pinus thunbergii), which were measured using heat pulse method since 2018. We believe this is the first database to share the sapflux data in Rep. of Korea, and we wish our database to be used by other researchers and contribute a variety of researches in this field.