[논문 리뷰] Observing the carbon-climate system

David Schimel, P. J. Sellers외 42명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 07.

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics참고 문헌 43인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 CO2 및 CH4의 고해상도 전 세계 유출량을 해소함으로써 탄소-기후 피드백을 정량화하기 위해 차세대 위성 기반 관측 시스템을 주장한다. 현재의 지상 관측 네트워크는 공간적·시간적 커버리지가 부족한 반면, 새로운 위성 기술은 Green Greenhouse 기여원과 흡수원을 특정 메커니즘에 할당할 잠재력을 지니며, 기후 예측의 불확실성을 감소시킬 수 있다.

ABSTRACT

Increases in atmospheric CO2 and CH4 result from a combination of forcing from anthropogenic emissions and Earth System feedbacks that reduce or amplify the effects of those emissions on atmospheric concentrations. Despite decades of research carbon-climate feedbacks remain poorly quantified. The impact of these uncertainties on future climate are of increasing concern, especially in the wake of recent climate negotiations. Emissions, long concentrated in the developed world, are now shifting to developing countries, where the emissions inventories have larger uncertainties. The fraction of anthropogenic CO2 remaining in the atmosphere has remained remarkably constant over the last 50 years. Will this change in the future as the climate evolves? Concentrations of CH4, the 2nd most important greenhouse gas, which had apparently stabilized, have recently resumed their increase, but the exact cause for this is unknown. While greenhouse gases affect the global atmosphere, their sources and sinks are remarkably heterogeneous in time and space, and traditional in situ observing systems do not provide the coverage and resolution to attribute the changes to these greenhouse gases to specific sources or sinks. In the past few years, space-based technologies have shown promise for monitoring carbon stocks and fluxes. Advanced versions of these capabilities could transform our understanding and provide the data needed to quantify carbon-climate feedbacks. A new observing system that allows resolving global high resolution fluxes will capture variations on time and space scales that allow the attribution of these fluxes to underlying mechanisms.

연구 동기 및 목표

• 수십 년에 걸친 연구에도 불구하고 탄소-기후 피드백을 정량화하는 데 지속적인 불확실성이 존재한다.
• 희박한 지상 관측 네트워크의 한계를 극복함으로써 CO2 및 CH4 기여원과 흡수원의 기여도를 향상시키기 위해 노력한다.
• 고해상도 위성 기반 관측이 온실가스 유출량의 시공간적 변동을 해소할 수 있음을 입증한다.
• 피드백 메커니즘을 정량화하기 위한 데이터를 제공함으로써 보다 정확한 기후 모델링과 정책 수립을 지원한다.
• 개발도상국의 정량 기록이 더 신뢰할 수 없음에 따라 선진국에서의 배출이 이전되는 데 대한 우려가 증가하고 있는 데 대응한다.

제안 방법

• 전 세계적으로 탄소 저장량과 유출량을 모니터링하기 위해 고도화된 위성 기반 원격 감지 기술을 활용한다.
• 위성 관측 데이터를 대기 역모델링 기법과 통합하여 고해상도 시공간 해상도의 지표면 유출량을 추정한다.
• 다중 위성, 다중 기기 데이터 스트림을 활용하여 커버리지 향상과 유출량 추정의 불확실성 감소를 도모한다.
• 역모델링 기법을 적용하여 관측된 대기 변화를 특정 기여원과 흡수원에 할당한다.
• 지상 측정 데이터를 위성 데이터와 융합하여 관측의 정밀도를 검증하고 校정한다.
• 장기적인 대기 농도 기록을 활용하여 CO2의 공중 분수의 추세와 안정성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위성 기반 관측은 전 세계 탄소 유출량 추정의 해상도와 정확도를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 어떤 메커니즘이 최근에 일시적인 안정성 이후 대기 중 CH4 농도가 재차 증가하는 데 기여하는가?
• RQ3 시간이 지남에 따라 탄소-기후 피드백이 인위적 배출을 어떻게 증폭하거나 감쇠시키는가?
• RQ4 개발도상국의 배출 정량 기록의 불확실성은 전 세계 탄소 예산 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 미래 기후 변화 조건에서 인위적 CO2의 대기 잔류 비율이 일정하게 유지될 것인가?

주요 결과

• 지난 50년간 인위적 CO2의 대기 잔류 비율은 놀랍도록 일정하게 유지되었지만, 향후 안정성은 불확실하다.
• 최근 대기 중 CH4 농도 증가가 재개되었지만, 정확한 원인은 아직 알려져 있지 않으며 정량화되지 못하고 있다.
• 기존의 지상 관측 시스템은 특정 기여원 또는 흡수원에 대한 온실가스 유출량 기여도를 할당하기 위해 필요한 공간적·시간적 해상도가 부족하다.
• 위성 기반 기술은 향상된 해상도로 전 세계 규모의 탄소 저장량과 유출량을 모니터링할 잠재력을 지닌다.
• 고해상도 유출량을 해소할 수 있는 새로운 관측 시스템은 유출량을 기저 메커니즘에 할당할 수 있으며, 기후 예측의 불확실성을 감소시킬 수 있다.
• 위성 데이터와 대기 역모델링 기법의 통합은 탄소-기후 피드백을 정량화하기 위한 전환적 길을 제시한다.