Effect of assimilating CO2 mole fraction observations in the Korean Peninsula on the estimation of surface carbon flux in Asia and comparison of the estimated carbon flux with emission inventory data

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 한반도 내에서 관측된 이산화탄소 자료를 인버스 모델링 방법을 사용하는 탄소추적시스템에 자료동화 했을 때 한반도 및 아시아 지역의 지표면 탄소 플럭스 추정에 미치는 영향을 살펴보고, 실험 결과를 온실가스 인벤토리 자료와 비교하여 한국 및 주변 국가에서 배출되는 온실가스를 정량적으로 평가하고자 한다.
먼저 탄소추적시스템에서 기존에 사용하지 않았던 안면도와 고산 관측자료를 자료동화에 추가로 활용하기 위해, 각 관측소의 이산화탄소 자료에 적합한 model-data mismatch (MDM)를 선정하는 실험을 진행했다. MDM 값으로는 실시간 관측 유형에 부여하는 3 ppm과 기존 탄소추적시스템 자료동화에 사용 중인 태안 관측소의 MDM인 5 ppm을 대상으로, 두 값을 안면도와 고산 관측자료에 여러 조합으로 적용하여 독립적인 자료동화 실험을 수행했다. 검증 결과 두 관측소의 MDM을 3 ppm으로 선정하는 것이 한반도와 주변 지역의 지표면 탄소 플럭스를 최적화하는데 효과적이었다.
안면도와 고산 관측을 자료동화하는데 선정된 MDM을 적용하여 2003년부터 2012년까지 10년 동안의 한반도 및 아시아 지역 지표면 탄소 플럭스 변화를 살펴보았다. 비교를 위해 동일 기간 안면도와 고산 관측이 추가되지 않은 실험을 함께 수행하여 분석하였다. 실험 결과 안면도와 고산 관측을 자료동화에 추가한 실험에서 한반도를 비롯한 아시아 지역 지표면 탄소 플럭스의 흡원이 좀 더 강하게 모의되며, 유라시아 지역의 봄철 탄소 플럭스 방출이 상대적으로 약하게 나타났다.
또한 탄소추적시스템의 실험 결과를 국가 온실가스 인벤토리 보고서의 연간 탄소 배출량과 비교하였다. 국내 관측이 추가된 실험의 경우 총 탄소 배출량을 인벤토리 자료보다 약간 적게, 육상 식생에 의한 지표면 탄소 흡수량을 크게 모의하는 것으로 나타났다.
본 연구는 기존에 자료동화 되지 않았던 국내 관측자료를 인버스 모델링에 활용함으로써 국내 관측자료가 한반도에서의 지표면 탄소 플럭스 추정에 미치는 영향을 좀 더 중점적으로 살펴볼 수 있었으며, 모델에서 생산된 지표면 탄소 플럭스를 이용해 한국 및 아시아 국가들의 온실가스 인벤토리 자료의 평가를 가능케 하였다. 본 연구에서 연구한 결과는 향후 온실가스 저감 정책 수립 및 정확한 온실가스 배출량 및 감축량 추정에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, two observational datasets from the Korean Peninsula were newly introduced to the CarbonTracker data assimilation system, one of the inverse models, and the surface carbon flux was estimated for the region of Asia including the Korean Peninsula. In addition, the estimated flux results were used to evaluate the national greenhouse gas inventory reports of various East Asian countries.
Before assimilating the new observational data from Anmyeon-do (AMY) and Gosan (GSN), three experiments were conducted in order to determine appropriate model-data mismatch (MDM) values for each dataset. Two values were considered as candidates for MDM: 3 ppm (ascribed to continuous observation type) and 5 ppm (assigned to Tae-ahn Peninsula [TAP] observation data which have been already assimilated into CarbonTracker), and each experiment was independently conducted with the different combinations of MDM values. The results showed that 3 ppm was suitable for the MDM values of AMY and GSN when optimizing the surface carbon flux on the Korean Peninsula and in Asia.
By assimilating the observational datasets of AMY and GSN with MDM values, the CarbonTracker calculated the surface carbon flux in Asia over a 10 year period, from 2003 to 2012. For the sake of comparison, an experiment was also conducted that did not take into account AMY and GSN. The results indicated the presence of stronger carbon flux absorption in Asia when AMY and GSN observations were added. In particular, the carbon flux emissions in the Eurasia region were weakened in springtime.
In addition, the national greenhouse gas inventory report was compared with the CarbonTracker results. The estimated carbon flux with AMY and GSN data showed more biosphere surface carbon flux absorption and slightly less total carbon flux emissions compared to the inventory data.
This study used domestic carbon dioxide observation data in the inverse modeling system, which had never been used in the data assimilation process. This provides a closer look at surface flux estimations in East Asia, especially on the Korean Peninsula. Furthermore, this allows for the evaluation of the national greenhouse gas inventory data using the inverse modeling results. It is expected that in the near future this study will contribute to policy decisions concerning the reduction of greenhouse gas emissions and the estimation of greenhouse gas emissions and reduction.