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이정훈,한영철,고동찬,김송이,나운성,Lee, Jeonghoon,Han, Yeongcheol,Koh, Dong-Chan,Kim, Songyi,Na, Un-Sung 한국지하수토양환경학회 2015 지하수토양환경 Vol.20 No.3
Studies using stable water vapor isotopes have been recently conducted over the past two decades because of difficulties in analysis and sample collection in the past. Stable water vapor isotope data provide information of the moisture transport from ocean to continent, which are also used to validate an isotope enabled general circulation model for paleoclimate reconstructions. The isotopic compositions of groundwater and water vapor also provide a clue to how moisture moves from soil to atmosphere by evapotranspiration. International Atomic Energy Agency designates the stations over the world to observe the water vapor isotopes. To analyze the water vapor isotopes, a cryogenic sampling method has been used over the past two decades. Recently, two types of laser-based spectroscopy have been developed and remotely sensed data from satellites have the global coverage. In this review, measurements of isotopic compositions of water vapor will be introduced and some studies using the water vapor isotopes will also be introduced. Finally, we will suggest the future study in Korea.
수증기안정동위원소를 이용한 해안지역 수분의 이동경로에 관한 연구
이정훈,최희진,오진만,나운성,곽호제,허순도,Lee, Jeonghoon,Choi, Heejin,Oh, Jinman,Na, Un-Sung,Kwak, Hoje,Hur, Soon Do 대한자원환경지질학회 2013 자원환경지질 Vol.46 No.4
물의 순환의 복잡한 기작을 이해하는 데 수증기동위원소는 중요한 단서를 제공할 수 있으며 지구과학의 다양한 영역(고기후학, 수리지질학, 대기학, 해양학 및 생태학)에 적용될 수 있다. 수분의 전지구적 또는 지역적 이동에 대한 연구는 물의 순환 및 대기에서의 에너지이동을 좀 더 잘 이해하는 데 도움을 줄 것이다. 본 연구에서는 해안근처에서의 수분의 이동을 파악하기 위해서 태풍 볼라벤이 한반도를 통과하는 기간동안(2012년 8월 27일부터 8월 29일까지) 수증기의 안정동위원소를 극지연구소에 설치된 동위원소분석기를 이용하여 측정하였다. 수분동위원소의 두 동위원소의 선형관계식($D=7.8x^{18}O+10.1$)으로부터 해양 기원의 수증기가 증발에 의해 이동되어 측정되었음을 알 수 있었다. 날씨가 맑을 때는 해양으로부터 증발되어 다른 물리적인 변동없이 직접 이동된 수증기의 동위원소 조성(산소동위원소, ${\delta}^{18}O$=-14‰)을 보여 주었으며, 태풍이 통과하면서 수분동위원소의 값은 10‰ 정도 낮은 값을 보였다. 태풍의 통과로 인해 상대습도는 증가하였으며 수분동위원소값은 감소하는 소위 "우량효과(amount effect)"를 보여주었다. Water vapor isotopes can be excellent tools for understanding complex mechanisms in the water cycle and atmospheric hydrological cycle and they can be applied to various fields of paleoclimatology, atmospheric science, hydrogeology, oceanography, and ecohydrology. Thus, studies of global or local transport of water vapor may be able to provide a very useful clue to better understand the movements of water and energy in the atmosphere, hydrosphere and biosphere. In this study, the isotopic compositions of water vapor have been observed for moisture transport during the passage of Typhoon Bolaven at Korea Polar Research Institute (KOPRI), Incheon, in the western part of Korea, from August 27 to August 29, 2012. In the clear sky, the isotopic compositions of water vapor at KOPRI exhibited relatively higher isotopic ratios, which were near isotopic equilibrium with sea surface water (${\delta}^{18}O$=-14‰). On the other hand, a largely depleted isotopic ratios in surface water vapor were observed in association with the passage of Typhoon Bolaven (approximately 10‰ depleted compared to the clear sky). The fact that the isotopic minima in water vapor are encountered during the onset period of the Typhoon Bolaven with increases of relative humidity, which is consistent with, so called, "the amount effect".
이정훈,김송이,한영철,나운성,오윤석,김영희,김혜린,함지영,최혜빈,고동찬,Lee, Jeonghoon,Kim, Songyi,Han, Yeongcheol,Na, Un-Sung,Oh, Yoon Seok,Kim, Young-Hee,Kim, Hyerin,Ham, Ji-Young,Choi, Hye-Bin,Koh, Dong-Chan 대한자원환경지질학회 2015 자원환경지질 Vol.48 No.5
강우의 산소 및 수소안정동위원소는 물순환 연구에서 수분의 이동 및 강우와 지하수계의 상호작용을 이해하는 데에 사용되어 왔다. 종유석 및 빙하의 안정동위원소를 이용하여 과거의 기후 및 기상을 이해하는 데에 이용되고 있으며, 이러한 과거지시자를 설명하기 위한 전지구순환모델의 기초자료로 이용되고 있다. 동위원소 분석기기의 발전으로 인해 이전보다 고해상도 연구가 점차 가능해 지고 있으며, 강우안정동위원소 역시 고해상도 연구에 대한 필요성이 제기되고 있다. 이번 연구에서는 해안에서 강우안정동위원소의 변동을 관찰하기 위하여 자동시료채취장치를 개발하여 강우량에 따라 5-15분 간격으로 강우시료를 채취하였다. 강우동위원소의 변동은 연구기간동안 최대 -5.7(-40.1)‰, 최소 -10.8(-74.3)‰ 값을 보였으며, 연구기간동안 강우안정동위원소의 산소와 수소의 선형관계의 기울기는 6.8이며, 이를 강우사상으로 분리하면 각각 5.1, 4.2, 7.9, 7.7이다. 이는 첫 두 강우가 내리면서 증발이 일어났음을 지시하며, 시간이 갈수록 증발이 더 이상 일어나지 않았음을 의미한다. 이러한 안정동위원소의 분화는 여러 물순환 연구에 시사하는 바가 크며, 앞으로 강우안정동위원소를 이용한 연구를 수행할 때 강우의 고해상도 분석이 필요할 것으로 판단된다. Isotopic compositions of precipitation have been used to understand moisture transport in the atmosphere and interactions between precipitation and groundwater. Isotopic compositions of speleothems and ice cores, so called, ''paleoarchives'', can be utilized to interpret climate of the past and global circulation models (GCMs). The GCMs are able to explain the paleoarchives, can be validated by the precipitation isotopes. The developments of stable isotope analyzers make high-resolution isotopic studies feasible. Therefore, a high-resolution study of precipitation isotopes is needed. For this study, precipitation samples were collected for every 5 to 15 minutes, depending on precipitation rates, using an auto-sampler for precipitation isotopes near coastal area. The isotopic compositions of precipitation range from -5.7‰ (-40.1‰) to -10.8‰ (-74.3‰) for oxygen (hydrogen). The slope of ${\delta}^{18}O-{\delta}D$ diagram for the whole period is 6.8, but that of each storm is 5.1, 4.2, 7.9 and 7.7, respectively. It indicates that evaporation occurred during the first two storms, while the latter two storm did not experience any evaporation. The isotopic fractionations of precipitation has significant implications for the water cycle and high-resolution data of precipitation isotopes will be needed for the future studies.