• 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.

• 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.

• 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.

• 한국습지학회지
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• 제14권4호
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• pp.503-518
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• 2012

지면에서 탄소수지를 모의하는 모형들은 주로 수직적인 탄소 플럭스에 주된 관심을 두어왔다. 반면에 수평 적인 탄소 플럭스에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 수평적인 탄소 플럭스의 흐름에 대해 연구하고자 유역 내 식생에 의해 생산되는 총 일차생산량(Gross primary production, GPP)과 유역에서 배출되는 총 유기탄소(Total Organic Carbon, TOC)의 교차상관분석을 실시하였다. 분석결과, GPP와 유역에서 배출되는 TOC의 유량가중 평균 농도는 서로 지체시간이 없을 경우에 가장 큰 상관관계를 보여주고 있음을 확인하였다. 또한 주기성이 고려된 상관구조를 살펴본 결과, 여름철의 TOC와 GPP 사이의 상관관계가 주기성이 고려되지 않았을 경우의 상관관계와 유사하게 나타났다. 이로부터 GPP와 TOC의 상관관계는 여름철에 맺어지는 GPP와 TOC 상관관계에 의해서 대부분이 규정되고 있음을 살펴볼 수 있었다. 이에 따라 식생에 의해 생산된 탄소와 유역에서 배출되는 유기탄소의 관계가 계절적으로도 긴밀한 관계가 있을 것이라 추측된다. 따라서 향후 연구는 계절에 따른 식생변수와 GPP와 TOC의 관계를 분석함으로서 조금 더 정량적으로 수평적인 탄소 플럭스 흐름에 대해 이해 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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.

• 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.

• 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 2011년도 학술발표회
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• pp.362-365
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• 2011

단위면적당 증발산량 중 일부가 식생의 물질 생산에 이용될 수 있는지를 나타내는 지표인 수분 이용효율 (Water Use Efficiency, WUE)은 총 일차생산성(Gross Primary Productivity, GPP)과 단위면적당 증발산량(Evapotranspiration, ET)의 비로 산출된다. 이전 연구들에서의 수분 이용효율의 적용은 수분 스트레스에 대한 작물의 생산성 차이 분석과 같은 작물학과 농림학 분야의 연구들이 대부분이었지만. 기후 변화가 생태계 생산성 또는 에너지 수지에 영향을 미치는 등의 전 지구적 규모의 수문학적 연구에도 적용할 수 있다. 본 연구에서는, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 영상자료에서 1km 해상도로 8일 단위의 총 일차생산성과 증발산량을 산정함으로써 수분 이용효율을 구하였다. 향후에는 산정된 이 지표를 남한지역에 적용하여 수분 이용효율에 대한 지도를 작성하고, 실측된 총 일차생산량과 증발산 값을 이용하여 검증한 후 알고리즘을 개선해 나갈 계획이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.473-473
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• 2022

일차생산은 화학합성 또는 광합성에 의하여 무기탄소가 유기물질로 전환되는 것을 의미한다. 수중의 일차생산자는 광합성을 통하여 유기물을 해당 수역에 공급하는 기능을 수행하며, 이는 수역의 상위 먹이 단계의 총생산력을 결정하는 주요 구성원이다. 한강은 하류로 갈수록 유속이 느리지만 수심이 깊어져 부착조류가 서식하기 쉽지 않은 환경이기에 대부분의 일차생산자는 식물플랑크톤이다. 과거 1994년 이후로 2017년까지 5년 간격으로 총 6회 연구된 결과, 해당 하천의 부영양화가 여름철에 발생하였다. 팔당댐 방류량과 지류의 유입에 의한 유기물 증가로 하천 내 1차 생산의 기여도가 증가하고 있으며, 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 특성을 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.