온실가스 통계 신뢰도 향상을 위한 지상부 바이오매스(AGB)의 공간적 분포 추정 방법론과 원격탐사 및 현지조사 자료의 활용 doc_id PCY_201412101004302041_1

유엔기후변화협약(UNFCCC)에서는 협약에 따른 국가온실가스통계를 제출할 것과 아울러 선진국에게는 교토의정서에 따른 추가적 정보를 요구하고 있다. 이러한 통계를 작성 보고할 때에는 IPCC GPG(Intergovernmental Panel on Climate Change Good Practice Guidance)를 따르도록 권고하고 있다. GPG에서는 바이오매스 저장고에서의 탄소 변화에 중점을 두어 이를 집중적으로 다루고 있는데(이경학 외, 2004) GPG에 정의된 총 5가지의 탄소저장고(지상부 바이오매스, 지하부 바이오매스, 고사목, 낙엽층, 토양유기물) 중 지상부 바이오매스(Above ground biomass, AGB) 탄소저장량의 지도화(carbon mapping)와 추정에 관한 수많은 방법론들이 다양한 연구를 통해 개발되어 오고 있다. 이렇게 지상부 바이오매스 중심으로 탄소저장량 추정 연구가 시도된 배경은 지하부의 현지 자료를 취득하는데 어려움이 따르기 때문이었다. 현지조사 기반의 전통적인 기법은 바이오매스 자료를 수집하는데 가장 정확한 방법이다. AGB 추정 모델을 개발하고 그 추정 결과를 예측하기 위해서는 충분한 양의 현지 조사 자료가 요구된다. 그러나 이러한 접근은 시간을 많이 소비하게 되며 노동집약적이다. 특히 접근 불능지역에서는 수행하기 어렵다는 단점이 있으며 넓은 지역에 대해 바이오매스의 공간적 분포를 제시하지 못한다. IPCC GPG 수준 3(Tier 3)은 가장 신뢰도가 높은 수준의 온실가스 배출량 및 흡수량 추정을 위한 방법론으로 시간에 따라 반복되는 고해상도 활동 자료(activity data) 등을 활용하여 국가 이하의 공간규모 단위를 보다 세밀한 격자 단위까지로 세분하고 국가별 조건을 다루기 위한 맞춤 모델 및 조사 체계를 포함한다. 따라서 온실가스 통계의 신뢰도를 높이기 위해서는 탄소저장고인 AGB가 어디에 얼마만큼 분포하고 있는지를 공간적으로 명확하게 제시하는 것이 필요하다. 원격탐사 자료는 바이오매스 추정을 위한 주요 자료원이다. 원격탐사 기반의 바이오매스 예측과 바이오매스 예측에 영향을 미치는 주요 이슈들에 관한 이전의 연구들은 바이오매스 예측을 보다 개선하는 데 주요한 기반이 된다. 문헌 리뷰는 바이오매스 추정이 도전할만한 연구 대상이며 특히 복잡한 임분구조와 환경조건을 지니고 있는 지역에서는 더욱 중요하다는 사실을 보여준다. 광학 센서 자료 혹은 radar 자료는 복잡한 생물물리학적 환경의 대상지보다 상대적으로 단순임분구조의 산림에 훨씬 적합하다. 분광 분해능(spectral response)과 영상 질감(image texture)의 결합은 바이오 매스 추정을 개선하였다. 광학 센서 자료와 radar 자료의 통합, 다원적 자료의 활용, 서로 다른 스케일에서의 바이오매스 추정을 위한 알고리즘과 적절한 변수의 선택에 관한 더욱 많은 연구가 요구되고 있다. 고해상도 자료의 종류로 항공사진, IKONOS, QuickBird 영상과 같이 5m 이하의 공간해상도를 가지는 영상들이 있다(예: IKONOS panchromatic 영상 : 0.83m, QuickBird 영상 : 0.61m). 항공사진 판독은 1940년대부터 산림조사와 관련된 응용에서 광범위하게 활용되고 있다. 항공사진 판독은 특히 층화와 임목재적 추정에 유용한 것으로 입증되었다. 사진 판독을 통해 수고, 수관 직경, 수관 울폐도, 임분 면적과 같은 다양한 산림 특성을 측정할 수 있다. 항공사진으로부터 생물물리학적 파라미터를 추출하는데 쓰인 다양한 기법과 접근법은 고해상도 위성 영상에도 활용될 수 있다. 이러한 고해상도 자료는 중저해상도 자료를 활용한 분석 결과의 검증 혹은 정확도 평가의 참조 자료로 활용될 수 있다는 장점이 있다. 단점으로 수관과 지형에 의해 야기된 높은 분광특성 변이와 그림자 효과는 AGB 추정 모델 개발에 어려움을 야기할 수 있다는 점이다. 국가 규모의 바이오매스 지도 제작에 활용된 주요 자료는 위성영상자료와 NFI 자료로 북유럽의 경우 중해상도의 Landsat 5 TM과 Landsat 7 ETM+를 주로 사용하였다. 이는 획득 면적이 넓고 중간 정도의 분광 해상도와 30m 정도의 공간해상도를 가지므로 NFI 자료와의 결합이 용이하다는 장점에서 채택된 것이다. 미국의 경우 FIA의 지역 간 실무그룹인 Remote Sensing Band(RSB)에서 국가 단위의 산림바이오매스 지도를 제작하였다. 미국은 북유럽 국가보다 대면적이므로 저해상도인 MODIS(250m～1km)를 활용하였으며 보조 자료로 국가토지피복도, 지형도, 기상자료 등이 활용되었다. 캐나다의 경우 EOSD(Earth Observation for Sustainable Development)에서 제공하는 Landsat 자료를 주로 활용하였으며 LiDAR와 Radar 자료를 추가 활용하는 것을 연구 중에 있다. FIA는 전국을 대상으로 산림 생태계의 탐색에 착수하였다. 조사표본점은 전국에 걸쳐 약 2,400ha(6,000 acres)에 표본점 하나의 밀도를 가지고 구성되었으며, 바이오매스 자료는 미국 내륙 서부의 18개 산림 구역, 20,325개 표본점으로부터 수집되었다. 자료는 순환시스템으로 매년 수집되었고 각각의 표본점은 하나의 중심표본점과 세 개의 부표본점으로 구성된 클러스터 형태를 가지고 있다. 각 표본점은 7.3m 정도의 반지름을 가지며 하나의 표본점은 거의 0.6ha 정도의 면적으로 나타난다. 역사적으로 자료는 일정 간격(매 5년에서 20년)을 가지고 각 주에서 수집되며 표본점은 4～9개의 보조표본점 클러스터로 구성된다. 현재와 과거의 자료들의 클러스터 평균은 각 표본점의 바이오매스를 결정하는데 사용된다. 조사표본점의 10%는 모델의 정확성을 테스트하는데 사용하였다. 산림조사 프로그램은 현존하는 산림자원의 포괄적인 현황 파악을 위해 임시표본점(Temporary Sample Plots)를 두고 있다. 뉴펀들랜드 산림청은 지난 산림 조사 회기에서 대략 10,000개 TSPs에서 자료를 수집했고, 퀘백에서는 1992∼2000년 기간 동안 약 87,000개의 TSPs가 설치되었다. 해당 표본점에 대해 흉고직경(DBH)가 9cm 이상인 모든 입목에 대해 수종과 DBH를 조사하였다. 퀘벡에서는 표준목(일반적으로 우점종 3∼6개)에서만 수고를 측정했으며, 뉴펀들랜드에서는 DBH가 9cm 이상인 모든 입목에 대해서 수고를 측정했다. 두 지역 모두 DBH가 1∼9cm 사이에 있는 소경목의 수종과 DBH 정보는 TSPs 내부의 보조조사구에서 조사되었다. 본 연구에서는 입목의 정의를 DBH가 1cm 이상인 모든 입목으로 규정하고 있다.