대도시의 이산화탄소 관측 데이터와 인위기원 배출량과의 관계

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-09
온실가스 관측기술위성은 환경성, (독)국립환경연구소(NIES) 및 (독)우주항공연구개발기구(JAXA)가 공동으로 개발한 세계 최초의 온실가스 관측 전용 위성이다. 이산화탄소와 메탄 농도를 우주에서 전 지구를 균일하게 관측하여 그 흡수, 배출량의 추정 정밀도를 높이는 것을 주 목적으로 하고 있으며, 탄소순환의 장래 예측의 고정밀도화를 목표로 2009년 1월 23일 발사 이후 현재도 관측을 지속하고 있다. 이번에 2009년 6월부터 2012년 12월까지의 대도시 등과 그 주변에서 취득된 데이터를 해석한 결과, 세계 대도시 등에서 그 주변보다 이산화탄소 농도가 높은 경향이 나타났다. 그리고 이 농도차와 화석연료 소비량 데이터로부터 산출된 농도 사이에는 정(正)의 상관이 나타나, 위성관측에 의해 대도시 등에서 화석연료 소비에 의한 이산화탄소 농도 상승을 파악할 가능성이 높다는 것을 알았다. 온실가스인 이산화탄소의 대기 중 농도는 인간활동의 영향에 의해 산업혁명 전과 비교하여 약 1.4배로 증가하였다. 인위기원 이산화탄소 배출은 대규모 화력발전소 및 대도시에서 화석연료 소비가 큰 원인이라고 생각된다. 때문에 온실가스 배출량의 감시를 위해 이러한 대규모 발생원에서 인위기원 이산화탄소 배출량을 높은 정밀도로 평가하는 것이 요구되고 있다. 위성에 탑재되어 있는 “온실가스 관측 센서”에 의해 관측된 이산화탄소 컬럼 평균 농도(이산화탄소 농도) 데이터의 정밀도는 약 0.5%(2ppm 정도)라는 것이 지상관측 데이터와의 비교에 의해 이미 제시되어 있다. 본 연구에서는 2009년 6월부터 2012년 12월까지 위성관측에 의한 이산화탄소 농도 데이터를 사용하여 위성관측으로부터 인위기원 이산화탄소 배출에 의한 이산화탄소 농도 상승을 검출할 수 있는지 조사하였다. 위성관측에 의한 이산화탄소 농도는 인위기원 배출에 의한 이산화탄소뿐만 아니라 식물의 광합성에 의한 흡수와 호흡에 의한 배출 및 산림 화재에 의해 배출, 해양에 의한 흡수, 배출을 포함한 이산화탄소 농도이다. 때문에 위성관측에 의한 이산화탄소 농도와 인위기원 이산화탄소 배출과의 관계를 조사하기 위해서는 이러한 과정을 고려하는 것이 필요하다. 인공위성에서 본 야간의 지구 표면의 밝기와 화력발전소의 데이터베이스에 기초한 화석연료 소비에 의한 인위기원 이산화탄소 배출량 데이터(배출 인벤토리)와 대기수송모델을 이용하여 인위기원 이산화탄소 배출에 의한 이산화탄소 농도의 시공간 분포를 추정하였다. 그리고 이 추정결과를 기초로 위성관측에 의한 이산화탄소 농도 데이터를 인위기원 이산화탄소 배출의 영향을 받고 있는 데이터와 영향을 받지 않은 데이터로 분류하였다. 마지막으로 인위기원 이산화탄소 배출 영향을 받고 있다고 판단된 데이터와 그 주변에서 영향을 받고 있지 않는다고 판단된 데이터 차이의 평균치를 구해, 산림화재 및 컴퓨터 시뮬레이션에서 추정한 식물의 영향 등을 제외한 것을 위성관측에 의한 인위기원 이산화탄소 농도로 하였다. 인위기원 이산화탄소 배출의 영향을 받고 있다고 판단된 데이터의 대부분은 북반구에 집중하고 있다는 것, 특히 대도시 지역 등의 주변에 많다는 것을 알았다. 인위기원 이산화탄소 농도가 높았던 영역을 보면, 인구가 밀집되거나 화력발전, 석유가스전 개발을 포함한 산업활동이 활발한 영역이라고 생각된다. 일본, 동아시아, 북아메리카, 전 지구에서 인벤트 등에 의한 인위기원 이산화탄소 농도와 위성관측에 의한 인위기원 이산화탄소 농도와의 관계(과거 3년 반의 평균치)를 보면, (1) ‘전지구’, ‘북미’에서 위성관측에 의한 인위기원 이산화탄소 농도와 인벤토리 등에 의한 인위기원 이산화탄소 농도의 상관이 높고, 그 차이는 위성관측의 오차 범위 내에 있다. (2) ‘동아시아’에서 위성관측에 의한 인위기원 이산화탄소 농도와 인벤토리 등에 의한 인위기원 이산화탄소 농도의 상관은 좋다. 단, 그 차이는 일부에서 오차를 넘었다. (3) ‘일본’에서 위성관측에 의한 인위기온 이산화탄소 농도와 인벤토리 등에 의한 인위기원 이산화탄소 농도는 정의 상관을 나타내지만, 위성관측 데이터수가 적기 때문에 위성관측에 의한 인위기원 이산화탄소 농도의 오차는 상당히 크다. 이상의 결과로부터 위성관측은 대도시 등에서 화석연료 소비에 의한 이산화탄소 농도 상승을 반영하고 있을 가능성이 높다는 것을 알았다. 단, 현시점에서는 지상관측에 의해 본 연구결과를 검증하는 것이 불가능하다는 점도 있어 이번 결과는 아직 불확실성이 남아 있다는 점에 주의할 필요가 있다. 그림 1. (상) 인위기원 이산화탄소 농도가 0.1ppm 이상이라고 생각되는 위성관측 관측점. (하) 위성관측에 의해 고농도의 인위기원 이산화탄소가 관측된 영역 그림 2. 4개 영역에서 인벤토리 등에 의한 인위기원 이산화탄소 농도와 위성관측에 의한 인위기원 이산화탄소 농도와의 관계 fig1.png fig2.png http://www.nies.go.jp/whatsnew/2014/20141205/20141205.html