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기후변화에 따른 식생모델과 경관 분석을 이용한 지역생태계 평가

Title
기후변화에 따른 식생모델과 경관 분석을 이용한 지역생태계 평가
Other Titles
Evaluation of Local Ecosystems Using Vegetation Model in Climate Change and Landscape Analysis
Authors
권선순
Issue Date
2013
Department/Major
대학원 환경공학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Advisors
이상돈
Abstract
최근 지구온난화로 인해 수목의 개화시기가 빨리지는 등 생태계의 교란이 발생하고 있다. IPCC의 “제 4차 기후변화에 관한 평가보고서”는 20세기 후반에 나타난 전 지구적인 기온의 증가는 인위적인 온실가스 증가의 영향이라고 보고하고 있다. 산림은 탄소동화작용을 하면서 나무와 토양에 탄소를 저장하여 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 흡수원 역할을 하는 중요한 기능을 가진다. 교토의정서에서 산림을 탄소 흡수원으로 인정하고 신규조림 및 재조림, 산림경영에 따른 흡수원 증가활동에 대한 탄소배출권을 부여함에 따라 산림에 대한 중요성이 더욱 부각되고 있다. 산림생태계의 탄소 흡수능력을 추정할 수 있는 여러 가지 방법 중에서 육상 탄소 거동을 모의하는 식생모형들이 있으며 본 연구에서는 동적식생모형(Dynamic Global Vegetation Models, DGVMs)의 하나인 Mapss-Century 1 (MC 1) 모델을 이용하여 우리나라의 수도권 지역을 대상으로 기후변화에 따른 산림생태계의 순일차생산량 (Net Primary Productivity, NPP)과 토양탄소저장량(Soil Carbon Storage, SCS)의 시․공간적 변화를 추정하였다. MC1 모델의 생지화학적 모듈에 따라 기후변화에 따른 NPP와 SCS의 변화 특성을 시뮬레이션한 결과, 과거(1971년∼2000년) 구간에서 수도권 지역의 NPP는 6.02±1.0 tC·ha-1·y-1, SCS는 66.84±9.97 tC·ha-1로 모의되었다. IPCC의 A1B 시나리오로 예측된 기온과 강수량이 증가하는 미래기후 조건에서 모의된 NPP의 수도권 지역 평균값은 가까운 미래(2021년∼2050년) 구간에서 약간 감소하였다가 먼 미래(2071년∼2100년) 구간에서는 다시 증가하였으나 해발고도 150m 이상의 산림지역에서는 2100년까지 NPP가 평균 4.62% 증가하는 경향을 보였다. 동일한 미래기후 조건에서 모의된 SCS의 수도권 지역 평균값은 미래 두 구간에서 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 산림의 탄소흡수량 변화 양상은 지역에 따라 차이가 있으므로 도시 개발과 같은 토지이용 계획 수립 시 기후변화에 따른 산림의 온실가스 흡수원 역할을 보할 수 있도록 고려하여야 할 것이다. 또한, 이러한 기후변화에 의한 산림의 탄소 흡수 기능 변화 보다 인간의 활동에 의한 산림 감소 문제도 심각한 것으로 분석되어 적절한 산림 관리 또한 매우 중요함을 알 수 있었다. 이와 같이, 기후변화에 따른 산림생태계의 기능 변화뿐만 아니라 기후와 인간의 필요에 의한 토지피복 변화와의 관계도 이들 요소간의 피드백과 상호작용을 보이므로 매우 중요한 문제가 될 수 있다. 토지 이용은 기후 영향을 악화시키거나 반대로 회복력을 증가시키는 기회가 될 수 있어 기후변화에 대응할 수 있는 정책을 수립하기 위해서는 지역생태계의 효과적인 관리와 기후변화를 완화할 수 있는 토지이용 방법을 모색하여야 한다. 이러한 토지이용 방법을 모색하기 위한 관심대상 지역의 생태계를 평가하는데 있어 녹지의 생태적 특성과 공간적 분포가 생태 기능에 미치는 영향을 포괄적으로 고려하는 거시적인 경관생태학적 관점이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 FRAGSTATS Model을 이용하여 최근 토지이용이 가장 활발했던 용인시 기흥구와 수지구의 경관구조 변화정도를 파악하고 지역생태계를 비교·평가하였다. 모델에서 얻어진 주요 경관지수의 통계분석을 통해 지역별, 시기별 특성을 설명할 수 있는 대표적 경관지수를 선별함으로써 개발에 의한 도시 녹지의 구조적 변화와 파편화 현상을 설명할 수 있다. 분석 결과, 기흥구가 2000년에 비해 2007년에 경관의 질이 나빠지는 방향으로 지수 값이 변화한 반면 수지구에서는 경관녹지의 감소 및 중심지가 분리된 경향을 나타냈으나 기흥구에 비해 그 폭은 크지 않았으며 몇 개의 지수들은 2000년에 비해 2007년의 상태가 양호한 것으로 나타나 인접지역이라도 경관구조는 지역별로 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 차이가 나타난 이유는 1990년대 말부터 본격적으로 개발이 이루어진 기흥구에 비해 수지구의 개발이 상대적으로 늦게 이루어진 원인과 난개발에 의한 반사작용으로 수지구의 도시녹지의 보전이 비교적 잘 이루어진 결과라고 유추할 수 있다. 이러한 연구결과는 최근 사회적 문제가 되고 있는 도시녹지 개발에 따른 문제를 파악하고 대안을 제시하는데 활용할 수 있을 것으로 판단되며 도시녹지의 효과적인 개발을 위해 경관생태학적 접근법을 이용한 다양한 가이드라인의 제시가 필요할 것으로 판단된다. 종합적으로 본 연구의 의의는 기후변화에 따른 산림생태계의 탄소수지 변화를 예측함과 동시에 경관생태학적 접근법을 통해 지역의 경관구조를 분석함으로써 향후 도시개발을 위한 토지이용계획 수립시 기후변화 완화와 경관 생태적 영향을 고려한 토지이용 관리방안을 모색하는 기초자료로 활용할 수 있도록 하는데 있다. ;There have been serious disturbances in the ecosystem due to global warming such as early blossoming of vegetation. The fourth report on climate change by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) concluded that the temperature rise across the world since the late 20th century is due to the increased greenhouse gases by human activities. Forests play a significant role in absorbing carbon dioxide which is the main culprit of global warming, by assimilating and saving carbon into trees and soil. Forests are gaining more importance as the Kyoto Protocol acknowledges them as the source of carbon absorption, and grants carbon emission rights according to afforestation, reforestation and other activities that increase carbon absorption by proper management of forest. Among various methodologies evaluating the carbon absorption capacity of forest ecosystems, vegetation models are very useful to simulate how carbon acts on land in the future. In this article, the Mapss-Century 1 (MC1) model which is one of Dynamic Global Vegetation Models (DGVMs) is used to estimate the temporal and spatial changes of the Net Primary Productivity (NPP) and the Soil Carbon Storage (SCS) of the forest ecosystems in the Seoul metropolitan area caused by climate change. According to the simulation results using the biogeochemical module of this MC1 model, the NPP in the Seoul metropolitan area from 1971 to 2000 was estimated at 6.02±1.0 tC·ha-1·y-1, and the SCS at 66.84±9.97 tC·ha-1, respectively. The average NPP in that area simulated under the future climate conditions represented by increased temperatures and precipitation as predicted by IPCC's A1B scenario dropped slightly for the period between 2021 and 2050, yet again increased for the later future between 2071 and 2100. Interestingly, the NPP in the forest higher than 150 m above sea level tends to increase about 4.62% on average by 2100. The average SCS in that area simulated under the same future climate conditions tends to continuously decrease in the two future sections. Since the variations in the amount of carbon absorption by forest can be different from each other according to regional characteristics, it should be considered that forests should maintain their role of absorbing greenhouse gases under climate change when plans of land use are established in specific area. Moreover, it was also found out that deforestation by human activities cause more adverse effects than the changes in the carbon absorbing capacity of forest by climate change, indicating us proper forest management is highly important. Likewise, in addition to the changes in the capacity of forest ecosystems by climate change, the relationship between climate and land cover changes by human needs is highly important as well in terms of their interactions and feedbacks onto each other. Land use could worsen the climate change, or conversely, it can be an opportunity to enhance the recovering power of land. Thus, in order to establish a policy to cope with climate change, it is required to seek ways to use land in a manner that effectively manages local ecosystems and mitigates climate change. When evaluating the ecosystem of a concerned region to effectively use the land, it is required to have a macroscopic landscape ecological perspective that comprehensively considers the impact of ecological properties and spatial distribution of green land on ecological functions. Thus, in this study, it was investigated to determine the degree of changes in the landscape of Giheung and Suji district in Yongin City, where the land use was the most active recently, and to evaluate those local ecosystems by comparing landscape structure using the FRAGSTATS model. By analyzing the statistical data of landscape indices attained from the model, the representative landscape indices that explain local and chronological characteristics can be identified, then, accordingly they will explain the structural changes and fragmentation of urban green areas caused by land development. According to the analysis, the landscape indices showed that the quality of landscape worsened in 2007 in Giheung district compared to 2000. On the other hand, in Suji district during the same time period the degrees of reduction in the urban green area and isolation of the central part were comparatively lower than that of Giheung district and some landscape indices were improved in 2007 compared to 2000, instead. It is indicated that the landscape structures can vary even in close proximity. The reason for this difference is assumed to be that, compared to Giheung district where development started in full swing from the late 1990's, the land development in Sugi district started later and after reckless development in Giheung, Suji tried to better maintain the urban green parts of the district. It is believed that this study can be used to identify the recent social problems resulting from the development of urban green areas and to suggest alternative options. It is also believed that a landscape ecological approach should be necessary when proposing guidelines for effective development of urban green zone. Overall, the goal of this study is to provide baseline data for future land development plans by predicting the variations in the carbon absorption capacity of forest ecosystems due to climate change, and simultaneously analyzing local landscape structures based on the landscape ecological approach.
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