• 한국수자원학회논문집
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• 제54권10호
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• pp.779-793
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• 2021

총일차생산량은 물 스트레스와 환경 변수에 의해 크게 영향을 받는다. 총일차생산량과 환경변수의 상관관계는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 알고리즘과 process-based model에 적용되어 총일차생산량을 계산하는데 활용된다. 그러나 MODIS 알고리즘에서는 물 스트레스를 수증기압차이(vapor pressure deficit)로만 고려하고 있으며, process-based model에서도 제한된 변수만으로 물 스트레스를 표현하여 총일차생산량을 산출하고 있다. 본 연구에서는 에디 공분산 기법, MODIS 알고리즘, 그리고 Community Land Model 4 (CLM 4) 시뮬레이션 결과에서 얻어진 총일차생산량이 환경 변수와 가지는 상관관계를 평년과 가뭄연도를 대상으로 분석하였다. 물 스트레스를 대표하는 지수는 수증기압차이와 evaporative fraction (EF)가 사용되었다. 본 연구에서는 structural equation modeling (SEM)을 활용하여 환경 변수와 EF가 총일차생산량에 끼치는 영향을 수치화하여 평가하였다. SEM을 통해 상관성을 분석한 결과, 수증기압차이가 과소평가될 경우 MODIS 알고리즘과 CLM 4 시뮬레이션에서 생산된 총일차생산량이 수증기압차이로부터 받는 영향이 제한적임을 확인하였다. 에디 공분산 기법으로 산출한 총일차생산량의 상관성 분석 결과, 경작지에서는 관개작업으로 인해 수증기압차이가 총일차생산량에 끼치는 영향이 감소하였으나 MODIS와 CLM 4에서 산출된 총일차생산량 데이터는 이러한 관개작업의 영향을 설명하는데 제한적이었다. 본 연구결과는 MODIS와 CLM 4에서 산출된 총일차생산량의 특성을 이해하고 한계를 분석하는 연구에 도움을 줄 것으로 예상된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제9권6호
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• pp.43-51
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• 2008

본 연구는 NOAA/AVHRR 인공위성 자료를 이용하여 우리 나라 금강유역에 대한 순일차생산량(NPP, Net Primary Production)을 평가하는 것이다. 이것은 순일차생산량과 자연식생과의 사이에 선형관계가 성립한다는 가정에 근거하고 있다. 자연식생의 순일차생산량은 연간 순방사량(Rn)에 비례하여 증가하며 방사건조도(RDI)는 순방사량과 순일차생산량과의 관계를 규정하는 비례상수로 사용된다. 정규화식생지수(NDVI)와 이의 적산치인 iNDVI는 식생의 변화를 모니터링하기 위한 수단으로 사용된다. iNDVI는 순방사량과 순일차생산량과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있으며 이로부터 특히 기상자료의 수집이 불가능한 지역에서의 순일차생산량 추정에 유용하게 사용될 수 있다. 이에 본 연구에서는 이와같은 이론에 근거하여 금강유역에 대한 순일차생산량의 분포를 산정하는 방법을 개발하여 제안하고자 한다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제36권2_2호
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• pp.237-247
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• 2020

이 연구에서는 GOCI 자료로부터 산출된 엽록소농도(CHL), 광합성유효광량(PAR), 진광층 깊이 및 국외 위성 기반의 해수면온도자료(SST)를 이용하여 동해 연안의 일차생산량 지도를 작성하고, 각 인자들에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 광범위한 냉수대가 발현한 2013년 7월 25일과 대규모 적조가 발생한 2013년 8월 13일에는 평균 1,012 mg C m^-2 d^-1 및 1,945 mg C m^-2 d^-1의 높은 일차생산량을 보였다. 냉수대와 적조가 물러난 2013년 8월 25일에는 평균 778 mg C m^-2 d^-1의 일차생산량을 보여 기존 연구의 분석결과와 유사한 결과를 보였다. 민감도 분석결과, 광합성유효광량은 일차생산량 계산 결과에 큰 영향을 주지 않았으나, 진광층 깊이와 엽록소 농도는 평균 민감도인 0.5 이상의 값을 보였다. 특히 해수면 온도는 결과값에 매우 큰 변화를 가져와 해수면 온도 자료에 오류가 있을 경우 일차생산량 계산 결과에 큰 오류를 가져올 수 있는 것으로 분석되었다. 연구 결과, 일차 생산량 연구에 GOCI 자료가 활용 가능함을 확인할 수 있었으며, 하루 8회 영상획득이 가능한 GOCI를 적용함으로써 일차생산량 추정을 위한 입력변수들의 정확도가 향상되어, 국외의 극궤도 위성에 비해 정밀도가 높은 일차생산량 추정이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.127-127
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• 2011

본 연구에서는 RHESSys (Regional Hydro-Ecologic Simulation System) 모형을 이용하여 산림 유역의 생태수문학적 거동을 평가하고자 한다. 설마천 유역($8.48\;km^2$)을 대상으로 2007~2009년의 관측 일유출량을 이용하여 유출량을 검 보정하였고, 증발산량 및 토양수분은 신뢰할 만한 실측자료를 바탕으로 모형의 보정(2007-2008)및 검증(2009)을 실시하였다. 또한 지구의 탄소순환을 규명할 수 있는 식생의 순광합성량과 총일차생산량에 대한 모형의 검 보정은 Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서를 이용한 산출물인 순광합성량과 총일차생산량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2007)및 검증(2008)을 실시하였다. 모형의 최적의 수문, 생리생태학, 토양의 매개변수를 선정하여 검증한 결과, 유출량에 대한 Nash-Sutcliffe 모형효율은 0.84, 증발산, 토양수분, 총일차생산량, 순광합성량의 결정계수는 0.49, 0.18, 0.38, 0.93 이었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권3호
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• pp.15-29
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• 2021

본 연구는 낙동강 하구역에 대한 생태계 변동을 예측할 수 있는 생태계 모델을 구축하고 이 모델을 이용하여 총일차생산량과 호흡량을 산정하고자 하였다. 생태계 모델을 AQUATOX 모델을 사용하여 구축하였고 측정된 자료를 이용하여 모델의 검량과 검증을 하였다. 모델의 검량은 낙동강 하구역에서 측정된 클로로필-a 자료를 사용하였고, DO, TN, TP 자료를 이용하여 모델 검증을 수행하였다. 총일차생산량과 호흡량은 계절에 따라 큰 차이를 보이는 것이 일반적이나 낙동강 하구역의 총일차생산량과 호흡량은 하굿둑 방류수의 양에 크게 영향을 받았다. 방류수의 양이 증가할 때는 하구역에 서식하는 식물성 플랑크톤의 유실로 인해 광합성을 할 수 없어 총일차생산량은 0에 수렴하였고, 반면 방류수에 포함된 유기물질의 유입으로 인해 호흡량이 급격히 증가하였다. 유입수량의 증가는 유입수에 포함된 유기물질의 유입을 의미하며, 이 유기물질은 산화작용에 의해 분해되면서 용존산소를 감소시켰다. 다른 나라의 하구역과 비교 시 낙동강 하구역은 총일차생산량이 가장 적은 것으로 나타났고 호흡량이 총일차생산량보다 크기 때문에 유기물의 산화작용에 의해 용존산소를 고갈시키는 상태인 것으로 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.218-218
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• 2023

일차생산은 화학합성 또는 광합성에 의하여 무기탄소가 유기물질로 전환되는 것을 의미한다. 한강은 하류로 갈수록 유속이 느리지만 수심이 깊어져 부착조류가 서식하기 쉽지 않은 환경이기에 대부분의 일차생산자는 식물플랑크톤이다. 선행연구와 비교 결과, 한강 본류의 부영양화가 여름철에 발생하고 있으며 팔당댐 방류량과 지류의 유입에 의한 유기물 증가로 하천 내 1차 생산의 기여도가 증가하고 있고, 이는 유기물 근원을 판정하여 수질오염에 대한 처리대책을 위해 지속적으로 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 한강본류에서 식물플랑크톤의 일차생산력을 조사하고, 유기물의 분해속도를 측정하여 당해 유역의 유기물 수지를 추정하여 한강 고유의 특성과 지류에서 기인할 수 있는 부영양화 기여도를 파악하여 부영양화에 의한 유기물 증가로 발생할 수 있는 수질오염을 예측하고자 한다. 조사유역은 한강의 팔당댐 방류구로부터 신곡수중보까지 전 구역 중 총 12개의 지점을 선정하였다. 기간은 2021년 5월부터 2022년 3월까지 계절별 2회로 총 8회 조사를 실시하였으며, 한강본류에서는 식물플랑크톤의 산소소비법을 통해 일차생산력과 유기물 분해속도를 조사하여 내부기원 유기물을 측정하였고, 한강본류로 유입되는 4개의 유입하천에서는 COD를 조사하여 외부기원 유기물을 측정하여 한강에서 발생하는 총유기물량을 산정하였다. 연구 결과, 하류 지점으로 갈수록 일차생산량이 점차 중가하였으며 지천이 유입되는 안양천, 탄천지점에서 유기물분해 속도가 빠르게 나타났다. 이는 수온 상승으로 인한 미생물 활성도가 높아져 식물플랑크톤의 일차생산량이 증가한 것으로 사료된다. 또한 여름 조사 전 강우에 의한 팔당댐 방류량 증가로 인해 식물플랑크톤 현존량이 다른계절에 비해 비교적 낮았지만, 호수의 부영양호 기준보다 높게 나타나 부영양한 수체로 판단하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.481-481
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• 2022

본 연구에서는 기후 변화 완화에 대한 잠재력을 평가하기 위해 국내에서 가장 우세한 소나무 종인 Pinus densiflora의 기후변화에 대한 반응을 평가하였다. 기후변화의 시나리오로 4가지 대표 농도경로(RCP)에 기반 하여 CO₂, 강수량, 온도의 변화를 개별 및 조합하였다. 생태수문학적 및 지구화학적 모델인 ecosys를 활용 및 보완하여 광릉 시험림에 적용하였다. 본 연구에서는 대기 중 CO₂ 증가가 총일차생산량(GPP)과 순일차생산량(NPP)에 미치는 긍정적인 영향이 강수량과 기온 변화로 인한 부정적인 영향보다 더 큰 것으로 나타났다. 특히, 기준 시나리오와 비교하여 각각 RCP2.6, 4.5, 6.5, 8.5에서 3.79%, 13.44%, 18.26%, 28.91%의 NPP 개선이 모의되었다. 또한, 본 연구에서는 지표하 질소 유출과 지표 N₂O 플럭스가 기후 변화가 심해짐에 따라 소나무 생장 향상 및 토양 수분 저하로 인하여 토양 질소 손실 감소가 모의되었다. 기후변화의 강도가 증가함에 따라 증발산량이 증가하였지만, 기공 감소는 토양에서 흡수하는 물이용 및 광합성 효율 증진을 가져왔다. 이러한 결과는 소나무가 기후 변화를 완화하는 환경 친화적인 선택으로 작용할 수 있는 잠재성을 나타낸다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제35권6_2호
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• pp.1117-1132
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• 2019

산림생태계 내의 총일차생산량은 산림 자원 생산량과 직결되고, 산림생태계의 건강성, 산림식물계절 및 생태계 서비스의 중요한 지표가 된다. 이 연구에서는 인공위성 자료와 기계학습 알고리즘을 활용하여 우리 나라의 산림유역의 총일차생산량을 연구하였다. 에디공분산 타워가 있는 6개 지점에서의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 산출물과 에디공분산타워의 총일차생산성으로 연구기간의 75%-80%에 해당하는 자료로 기계학습 알고리즘을 훈련하고 나머지 기간으로 구축된 모델의 총일차생산성 예측 결과를 검증하였다. 모델을 구축할 때 MODIS 지상 산출물과 대기 산출물을 조합하여 새로운 입력자료(e.g., 포화수증기압차)를 모델의 입력자료(Processed MODIS)로 사용하였을 때와 이러한 과정 없이 QC(Quality control)만 거친 MODIS 산출물을 그대로 입력자료(Unprocessed MODIS)로 사용하였을 때의 총일차생산량을 비교해 보고 그 활용 가능성에 대해 고찰하였다. 추가로 MODIS 총일차생산량 산출물(MYD17)과 에디공분산 총일차생산성 및 기계학습 알고리즘 기반의 총일차생산성과의 상관관계를 보고 그 적합성에 대해 논의하였다. 이 연구에서 사용된 기계학습 알고리즘은 Support Vector Machine (SVM)으로 산림생태계 연구에서 가장 많이 사용되고 있는 기계학습 알고리즘 중 하나이다. 기계학습 알고리즘 기반(SVM 모델)의 총일차생산량 예측 결과는 MODIS 총일차생산량 산출물(MYD17)보다 에디공분산 총일차생산량과 전반적으로 높은 상관관계를 보였고 특히 식생 성장을 시작하는 시점의 값을 좀더잘 예측하는 결과를 보였다. 단일 지역에서 Unprocessed MODIS 입력자료로 훈련된 SVM 모델 결과는 피어슨 상관계수 0.75 - 0.95 (p < 0.001), 6개의 연구 지점에서 훈련된 SVM 모델 결과는 피어슨 상관계수 0.77 - 0.94 (p < 0.001) 사이를 보였다. 이 결과는 훈련 자료에 다양한 이벤트들이 포함되면 모델의 예측력이 향상되는 가능성을 보여주었고 위성영상의 산출물을 재계산하여 새로운 산출물을 내는 과정을 거친 위성 자료가 아니어도 그 예측력에는 크게 문제가 없음을 보여주었다.

• 한국해양학회지
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• 제21권2호
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• pp.73-84
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• 1986

Windler 광적정법을 이용하면 산소법이 연안의 생산량측정에 있어서 충분한 정확성을 갖고 있음이 입증되었다. 2-4시간 정도의 단기 배양을 할 경우에도, 광적 정법에의하여 약 $2{\mu\textrm{g}}C/\ell/h$의 양까지 측정할 수 있다. 산소법과 $^{14}C$ - 법에 의한 일차생산량 측정에 있어서는 두 방법의 결과가 잘 일치하였으며, 단기배양에 서는 $^{14}C$ - 법의 심한 과소추정치가 관찰되지 않았다. 세포크기별 생산량에 서는 연안해역에서 미세플랑크톤의 일차생산이 62-88% 정도로서 상당히 중요한 부 분을 차지하였다. 산소법에 의하여 순 광합성량을 추정할 때에는 박테리아의 호흡 때문에 상당한 과소추정치를 야기할 수 있다. 항생제를 생태학적으로 적용하는데 있어서 다소의 문제점이 있으나, Gentamycin 을 사용하여 전체군집의 호흡량에서 플랑크톤에 의한 호흡량을 분리 측정할 수 있을 것으로 보인다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권12호
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• pp.1293-1307
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• 2012

본 연구에서는 RHESSys (Regional Hydro-Ecologic Simulation System) 모형과 관측 자료를 이용하여 유출량, 증발산량, 토양수분량, 총일차생산량과 순광합성량을 평가하고자 한다. 수문생태모형인 RHESSys는물, 탄소 및 질소순환과 지형 공간적 변화에 따른 물질이동을 모의할 수 있다. 대상유역은 설마천 유역(8.5 $km^2$)으로 우리나라 북서쪽에 위치하고 있다. 유역의 90%이상이 산림유역이고, 토양은 대부분 사양토이다. 2007~2009년의 관측 일유출량을 이용하여 유출량을 검 보정하였고, 증발산량은 에디 공분산 방법에 의한 플럭스 타워로부터 관측되었으며 토양수분은 신뢰할 만한 실측자료를 바탕으로 모형의 보정(2007~2008) 및 검증(2009)을 실시하였다. 또한 지구의 탄소순환을 규명할 수 있는 식생의 순광합성량과 총일차생산량에 대한 모형의 검 보정은 Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서를 이용한 산출물인 순광합성량과 총일차생산량 자료를 바탕으로 모형의 보정(2007) 및 검증(2008)을 실시하였다. 모의 결과 보정기간 동안의 상관계수와 Nash-Sutcliffe 모형 효율은 유출량은 0.74와 0.63이었고, 증발산량과 총일차생산량의 상관계수는 각각 0.54와 0.93이었다. 모형 검정결과 유출량의 상관계수와 Nash-Sutcliffe 모형효율 각각 0.92와 0.84였으며, 총일차 생산량의 상관계수는 0.93이었다.