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

강남구 ( Nam Goo Kang ),윤주열 ( Ju Yeol Yun ),아산탈룩더 ( M S A Talucder ),문민규 ( Min Kyu Moon ),강민석 ( Min Seok Kang ),심교문 ( Kyo Moon Shim ),김준 ( Joon Kim ) 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.1

CH4는 CO2 및 N2O와 더불어 중요한 온실가스로서 지속적이고도 체계적인 감시가 요구된다. 에디 공분산기술 기반의 CO2 플럭스의 관측은 이미 세계적으로 관측망이 구축되어 관측부터 자료처리에 이르기까지 모든 과정이 표준화되어 있을 뿐 아니라 체계적으로 잘 문서화되어 있다. 그러나 미량 기체인 CH4의 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 CH4 플럭스 결과를 보고하였다. 모내기 전과 직후의 각 5일간 연속 관측한 자료를 KoFlux 프로토콜에 따라 상용화된 EddyProTM 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, 메탄 플럭스가 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 CH4플럭스 자료 처리가 포함된 업데이트된 KoFlux 프로그램을 일반 사용자에게 제공할 예정이다. CH4 is a trace gas and one of the key greenhouse gases, which requires continuous and systematic monitoring. The application of eddy covariance technique for CH4 flux measurement requires a fastresponse, laser-based spectroscopy. The eddy covariance measurements have been used to monitor CO2 fluxes and their data processing procedures have been standardized and well documented. However, such processes for CH4 fluxes are still lacking. In this note, we report the first measurement of CH4 flux in a rice paddy by employing the eddy covariance technique with a recently commercialized wavelength modulation spectroscopy. CH4 fluxes were measured for five consecutive days before and after the rice transplanting at the Gimje flux monitoring site in 2012. The commercially available EddyProTM 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 CH4 fluxes. Overall, the magnitude of CH4 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 CH4 flux.

한국 김제의 벼 경작 시스템의 기후스마트농업 (Climate-Smart Agriculture) 기반의 평가

모하마드사미울아산탈룩더 ( Mohammad Samiul Ahsan Talucder ),김준 ( Joon Kim ),심교문 ( Kyo-moon Shim ) 한국농림기상학회 2021 한국농림기상학회지 Vol.23 No.4

본 연구에서는 ‘한국 김제의 전형적인 벼 경작 시스템이 기후스마트농업(CSA)의 삼중 도전에 어떻게 부합하고 있는가?’라는 질문에 답하기 위해, (1) 벼 경작시스템의 에너지, 물, 탄소 및 정보의 흐름을 직접 관측하였고, (2) 생산성/효율성, 온실가스 방출/흡수 및 회복성을 평가할 수 있는 다양한 측정도구(metrics)를 사용하여 기후스마트농업의 관점에서 평가하였다. 국내 플럭스 관측망인 KoFlux 관측지의 하나인 김제의 대표적인 벼 경작 시스템에서 3년간(2011, 2012, 2014)의 생육기간 동안 에디공분산 기술을 사용하여 에너지, 물, 이산화탄소 및 메탄 플럭스의 흐름을 모니터링하였다. 생산 효율성 평가를 위해서는 총일차생산량(GPP), 생태계 호흡량(RE), 곡물 수확량, 빛사용효율(LUE), 물사용효율(WUE), 및 탄소흡수효율(CUE)을 지표로 사용하였다. 온실가스 정량화를 위해서는, 이산화탄소 플럭스(F_CO2)와 메탄 플럭스(F_CH4)의 경우 직접 관측한 자료를 사용하였고, 아산화질소 플럭스 (F_N2O)는 IPCC지침에 따라 간접적으로 산출한 자료를 사용하였다. 회복성 평가를 위해서는 자기-조직화(self-organization, S) 지표를 사용하였으며, 벼 경작시스템에서 가장 포괄적인 세 과정(총일차생산, 메탄 플럭스, 증발산)을 대상으로 정보이론을 사용하여 정량화 하였다. 결과에 따르면, 3년 간의 생육 기간 중 2011년이 상대적으로 CSA 삼중 목표를 모두 성취하였으나, 이어지는 2012년과 2014년에 모두 생산량이 감소하고 온실가스 방출이 크게 증가하여 기후스마트한 관리가 이루어지지 않은 것으로 보인다. 3년 생육기간을 평균한 CSA 지표의 값과 범위의 경우, 생산성에 관련된 지표들은 문헌에 보고된 다른 연구 결과와 비교할 때 대부분 중-상위의 범위에 속했으나, 온실가스 완화의 경우 평균 이하였고, 회복성은 높았지만 보고된 자료가 없어 비교하지 못했다. 기후스마트한 벼 재배를 위해서는, 1) 이해 관계자들이 함께 목적에 맞게 목표의 우선순위를 정하고(‘거버넌스’), 2) CSA 지표를 분석한 결과로부터 얻어진 되먹임(feedback) (‘모니터링’) 정보를 기반으로, 3) 상황에 맞는 적절한 개입(‘관리’), 즉 거버넌스/관리/모니터링의 삼합으로 이루어지는 비저니어링이 필요함을 시사한다. The overarching question of this study is how a typical rice cultivation system in Gimje, Korea was keeping up with the triple-win challenge of CSA. To answer this question, we have employed (1) quantitative data from direct measurement of energy, water, carbon and information flows in and out of a rice cultivation system and (2) appropriate metrics to assess production, efficiency, GHG fluxes, and resilience. The study site was one of the Korean Network of Flux measurement (KoFlux) sites (i.e., GRK) located at Gimje, Korea, managed by National Academy of Agricultural Science, Rural Development Administration. Fluxes of energy, water, carbon dioxide (CO₂) and methane (CH₄) were directly measured using eddy-covariance technique during the growing seasons of 2011, 2012 and 2014. The production indicators include gross primary productivity (GPP), grain yield, light use efficiency (LUE), water use efficiency (WUE), and carbon uptake efficiency (CUE). The GHG mitigation was assessed with indicators such as fluxes of carbon dioxide (F_CO2), methane (F_CH4), and nitrous oxide (F_N2O). Resilience was assessed in terms of self-organization (S), using information-theoretic approach. Overall, the results demonstrated that the rice cultivation system at GRK was climate-smart in 2011 in a relative sense but failed to maintain in the following years. Resilience was high and changed little for three year. However, the apparent competing goals or trade-offs between productivity and GHG mitigation were found within individual years as well as between the years, causing difficulties in achieving the triple-win scenario. The pursuit of CSA requires for stakeholders to prioritize their goals (i.e., governance) and to practice opportune interventions (i.e., management) based on the feedback from real-time assessment of the CSA indicators (i.e., monitoring) - i.e., a purpose-driven visioneering.

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.

지역시스템에 미친 코로나19의 영향과 교훈: 회복력에서 반취약성으로

김준 ( Joon Kim ),모하마드사미울아산탈룩더 ( Mohammad Samiul Ahsan Talucder ),양현영 ( Hyunyoung Yang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

The COVID-19 pandemic is an ecological-societal health crisis that is having significant impacts on global economy and our lifestyles, which are also being felt by the rural systems sector. Currently, this health crisis does not appear to develop into a food crisis but is disrupting other processes and services in complex ways. For example, impacts on labour-intensive agricultural production and incomes are manifested in labour shortages due to the limits on the mobility of people across borders and lockdowns. Further examples include, among other things, shifts in consumer demand, disruption for supply chains, the lack of provision of food safety, and quality checks. Farmers quickly adapt to labour shortages by pursuing more mechanized and automated systems (e.g., use of drones for spraying). However, strategies that focus on specialization, optimization and efficiency (e.g., climate-smart agriculture, smart farm) have their limits in with- or post-COVID world because change is no longer marginal or gradual. The COVID-19 pandemic is not a black swan (i.e., an extremely rare and unpredictable event that leads to very significant consequences) but a white swan because it was human-caused inevitable disaster which has been repeatedly forewarned. The transgression of planetary boundaries causing ecosystems collapse is attributed much to agriculture, challenging more responsible production, distribution and consumption. While the COVID-19 pandemic poses serious challenges for the rural systems sector, it is also an opportunity to accelerate transformations of systems’ regime shift from being resilient to being antifragile. The resilient resists shocks and stays the same whereas the antifragile gets better. Antifragile systems thrive and grow when exposed to volatility, randomness, disorder, and stresses and love adventure, risk and uncertainty - the characteristics of natural complex living systems. By grasping its mechanism we can build antifragile rural systems with wise and responsible guide to non-predictive decision making under uncertainty.