Atmosphere. Korean Meteorological Society Vol. 25, No. 1 (2015) pp. 85-97 http://dx.doi.org/10.14191/atmos.2015.25.1.085 pissn 1598-3560 eissn 2288-3266 연구논문 (Article) HadGEM-CC 모델의 RCP 시나리오에따른전지구탄소수지변화전망 허태경 1), * 부경온 1) 심성보 1) 홍진규 2) 홍제우 2) 1) 국립기상과학원, 2) 연세대학교대기과학과 / 생물대기연구실 ( 접수일 : 2014 년 11 월 18 일, 수정일 : 2015 년 1 월 23 일, 게재확정일 : 2015 년 2 월 25 일 ) Global Carbon Budget Changes under RCP Scenarios in HadGEM2-CC Tae-kyung Heo 1), *, Kyung-on Boo 1), Sungbo Shim 1), Jinkyu Hong 2), and Je-woo Hong 2) 1) National Institute of Meteorological Research, Jeju, Korea 2) Ecosystem-Atmosphere Process Lab, Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University, Seoul, Korea (Manuscript received 18 November 2014; revised 23 January 2015; accepted 25 February 2015) Abstract This study is to investigate future changes in carbon cycle using the HadGEM2- Carbon Cycle simulations driven by CO 2 emissions. For experiment, global carbon budget is integrated from the two (8.5/2.6) representative concentration pathways (RCPs) for the period of 1860~2100 by Hadley Centre Global Environmental Model, version 2, Carbon Cycle (Had- GEM2-CC). From 1985 to 2005, total cumulative CO 2 amount of anthropogenic emission prescribed as 156 GtC. The amount matches to the observed estimates (CDIAC) over the same period (136 GtC). As CO 2 emissions into the atmosphere increase, the similar increasing tendency is found in the simulated atmospheric CO 2 concentration and temperature. Atmospheric CO 2 concentration in the simulation is projected to be 430 ppm for RCP 2.6 at the end of the twenty-first century and as high as 931 ppm for RCP 8.5. Simulated global mean temperature is expected to rise by 1.6 o C and 3.5 o C for RCP 2.6 and 8.5, respectively. Land and ocean carbon uptakes also increase in proportion to the CO 2 emissions of RCPs. The fractions of the amount of CO 2 stored in atmosphere, land, and ocean are different in RCP 8.5 and 2.6. Further study is needed for reducing the simulation uncertainty based on multiple model simulations. Key words: Carbon cycle, climate feedbacks, CO 2, fossil fuel, HadGEM2 1. 서론 산업혁명이후인간활동에의해대기중으로인위적으로배출되는온실가스는꾸준히증가하고있다. IPCC 5 차보고서에따르면인간활동에의한 CO 2 배출량이 1750 년부터 2011 년까지약 555 85 GtC yr 1 로보고되었다 (IPCC AR5., 2013). 이렇게증가한대기중 CO 2 는최근빈번해지는이상기후를포함한기후변화의주요원인물질로사회적으로중요한문제로 *Corresponding Author: Tae-kyung Heo, National Institute of Meteorological Research, 33 Seohobuk-ro, Seogwipo-si, JeJu-do 697-845, Korea. Phone : +82-64-780-6674, Fax : +82-64-738-9072 E-mail : agang@korea.kr 대두되어 CO 2 농도변화에대한관심이증대되었다. 따라서보다정확한기후예측을위해서는전구탄소순환을보다잘이해하고탄소의흡수및배출량의시공간분포및그특징을이해하는것이매우중요하다. 육상및해양생태계는광합성을통하여이산화탄소를흡수하여, 대기중 CO 2 농도증가를억제하는주요한역할을하고있다. 미래기후변화에미치는탄소순환의영향과또한탄소순환에서대기중에배출된탄소는육상, 해양과의교환과정을통해대기중으로축적되는데, 이러한육상과해양에서의탄소흡수량은육상생물권과해양의생태계가기후변화에의해영향을받으므로 CO 2 흡수능력역시변화됨을주목해야한다. 그리고탄소 - 기후상호작용에의한인간활동의교란은양의되먹임 (positive feedback) 이 85
86 HadGEM-CC 모델의 RCP 시나리오에따른전지구탄소수지변화전망 나음의되먹임 (negative feedback) 의결과로기후변화에영향을미치게된다. 생지화학물질순환의핵심인탄소 - 기후되먹임작용 (climate-carbon feedback) 은지구의다양한시공간범위에서복잡한과정을통해진행되는데, 이에대한이해는아직미흡한실정이며기후변화예측의정확도를향상시키는데필수적인선행되어야할연구중의하나이다. 따라서정확한 CO 2 의농도변화를예측하기위해서는배출량변화로인한육상과해양생태계에서의탄소순환의변화를이해하는것이필요하다 (Le Quéré et al., 2013). 탄소순환의기작을이해하기위해 Keeling et al. (2001) 은관측을통하여엘니뇨 (El Niño) 시기에육상탄소와해양탄소의순환과정변화가이산화탄소농도변화율에미치는영향을시사하였다. 육상, 해양, 대기의 CO 2 교환에대해서는위성관측과대기화학수송모형을이용한전지구대기와해양, 식생간의 CO 2 교환량 (Sim, 2010) 연구가있었고정확한탄소수지평가와 CO 2 관측의오차향상을위한칼만필터를활용한탄소플럭스추정및아시아지역탄소흡수량과배출량이연구되었다 (Kim et al., 2012). 또한기후모델이모의하는미래탄소수지예측의불확실성을줄이기위하여 Friedlingstein et al. (2014) 에서 CMIP5 모델을이용하여 RCP 8.5 시나리오를바탕으로전지구탄소수지를평가하고, 플럭스관측자료를활용하여검증하였다. 육상생태계탄소기작과관련하여한반도의식생및토양에따른탄소수지분석에관한연구가수행되었다. Lim et al. (2003) 과 Pyo et al. (2003) 은토양및임분구성에따른탄소분석과식생특성에따른탄소흡수량에관한연구를수행하였다. 식생탄소모델과관련해서는 Jang et al. (2010) 은한국생태계의실측자료와의비교를통해육상탄소의현실적인모의에대한연구를수행하였고, Yoo et al. (2012) 은생태계모형을이용하여 1999 년 ~2008 년간육상탄소수지를모의하여우리나라육상생태계는배출된탄소를평균연간 3.51 TgC year 1 로평가하였다. 또한 Lee et al. (2010) 은순생태계생산량 (NEP: Net Ecosystem Production) 산출방법에관한논의를통해산림생태계의탄소순환중에서토양호흡의중요성을시사하였다. 해양의탄소순환과관련해서 Sabine and Feely. (2007) 에서산업혁명이후배출된 CO 2 의 25% 를해양이흡수함으로써해양이대기중이산화탄소억제에중요한역할을하고있음을시사하였다. 해양의탄소흡수량은전지구관측자료 (CDIAC) 를이용하여대기 - 해양의탄소분압 (pco 2 ) 차를이용하여 CO 2 교환량을계산한결과, 2002~2011 년동안 8.3 ± 0.7 GtC yr 1 씩배출되는 CO 2 를해양에서 2.4 ± 0.7 GtC yr 1 씩저장하는것을보고하였다 (IPCC AR5., 2013). 해양으로 흡수된 CO 2 는해수의화학적인성질을변화시켜해수의산도 (ph) 를감소시키는해양산성화를일으키며 (Doney et al., 2009; Feely et al., 2009), 관측결과해양에서의 ph 는산업혁명이전 8.2 ph 에서 8.1 ph 로약 0.1 ph 감소하여대기중 CO 2 의증가가해양의화학적성질변화에중요한원인임을검증한바있다 (Orr et al., 2005). 산성화로인한해양생태계의변화및지구온난화는해양의 CO 2 흡수능력감소에영향을미친다는연구된바있으며 (Arora et al., 2013; Doney et al., 2014), 해양의생태계변화등의생지화학적요인이탄소순환과관련되어있음을시사하였다. 전지구적규모의탄소수지평가를하고탄소 - 기후상호작용의다양한측면을알아보는데기후모형은매우유용하다. 특히모형을이용하면육상생태계와해양생지화학과정, 대기와의교환과같은광범위의탄소순환의탄소량추정이가능하다는장점이있다 (Ito et al., 2008). 이에본연구에서는지구시스템구성요소간의탄소교환량을평가하고, 미래탄소수지를분석하고자하였다. 이를위하여인위적인 CO 2 배출량을처방하여탄소순환이결합된전지구기후모델인 HadGEM2-CC (Hadley Centre Global Environmental Model, Version2 - Carbon Cycle) 의산출결과를분석하였다. 또한선행연구를바탕으로탄소수지계산에필요한육상탄소및해양탄소교환량을계산하고, 각변수들의 21 세기말변화추이를물리적측면과생지화학적측면, 그리고배출량에따른탄소순환의변화를고려하여대기중농도변화에미치는영향에관해고찰하려한다. 2. 연구방법 본연구에서는영국기상청의탄소순환이접목된 HadGEM2-CC (Carbon Cycle) 를사용한 (Coillins et al., 2011; Jones et al., 2011; Martin et al., 2011), 현재및대표농도경로 (Representative Concentration Pathways, RCPs, Moss et al., 2010) 시나리오 2 종 (RCP 2.6/8.5) 에근거한배출량실험 (Emission-driven run) 에대하여 240 년 (1860~2099) 간의미래장기적분을하였고 20 세기말 (1985~2005) 대비 21 세기말 (2080~2100) 의결과를분석하였다. 모델적분에사용된현재및대표농도경로시나리오 2 종 (RCP 2.6/8.5) 및 HadGEM2- CC 에대해살펴보면다음과같다. 2.1 RCPs RCP 시나리오는 IPCC 5 차평가보고서에서사용된온실가스대표농도경로로서인간활동이대기에미치는복사강제력으로표현된다. 대표적으로 2.6, 4.5, 6.0, 8.5 의 4 종이있으며 2100 년까지각기다른온실 한국기상학회대기제 25 권 1 호 (2015)
허태경 부경온 심성보 홍진규 홍제우 87 기체와에어로졸배출량으로구성되어있다. 이시나리오는각기다른사회경제적시나리오를기반으로하며복사강제력의변화를통하여배출량의범위와 CO 2 농도변화를포함한다 (Moss et al., 2010). RCP 2.6 (van Vuuren et al., 2007), RCP 4.5 (Clarke et al., 2007), RCP 6.0 (Hijioka et al., 2008), RCP 8.5 (Riahi et al., 2011) 을간략히살펴보면강력한온실가스배출저감영향이포함된 RCP 2.6 시나리오의경우복사강제력이최고점인 3.0 W m 2 이후에 21 세기말까지감소한다. RCP 4.5, 6.0 시나리오는복사강제력이최대 6.0 W m 2, 4.5 W m 2 이며 RCP 8.5 시나리오는복사강제력이 8.5 W m 2 을전망한다. RCP 8.5 시나리오는높은인구증가율과낮은기술발전으로에너지를많이사용하여온실가스배출량이많고배출량증가가지속되어, 대기중의온실가스농도가높은시나리오이다. 본연구에서는배출량시나리오중 RCP 2 종 (2.6, 8.5) 에대하여실험하였다. 2.2 모델 HadGEM2-CC 는대기 - 해양모델에탄소순환과정을결합한모델에 CO 2 배출량을입력값으로처방하여역학과정및해양생지화학과정이포함된탄소순환을통해모델자체에서온실가스농도를모의하였다. 대기모델의해상도는수평적으로 N96 (1.875 o 1.25 o, 192 145 격자 ) 이며, 연직적으로 38 층고도로구성된다. 해양모델의해상도는동서방향으로 1 간격과남북 1~1/3 o 으로적도부근에서고해상도이며, 연직으로 40 층이다 (360 216 격자 ). 연직격자구조는표층부근에서 5 m 간격으로조밀하여상층 300 m 이내에 20 개층이할당되어있고하층으로갈수록간격폭이넓어진다. HadGEM2-CC 에는전지구탄소순환과정모의를위해역학적식생모델 TRIFFID (Top-down Representation of Interactive Foliage and Flora Including Dynamics, Cox, 2001) 가접합되어있으며이는식생경쟁과정을통해육상생태계의구조및조성의변화를통해탄소평형과그에미치는영향을모의한다. 해양탄소순환모델로는 HadOCC (The Hadley Centre Ocean Carbon Cycle, Palmer and Totterdell, 2001) 의 diat-hadocc (The diatom version) 버전을사용하여두종류의식물성플랑크톤과규조류, 동물성플랑크톤의생산량과개체수를계산한다. 또한플랑크톤과규조류의생장률에영향을미치는필수적인질소 (nitrate), 철분 (iron), 인산염 (silicate) 과영양염류의변화과정도포함되어있다 (Liddicoat et al., 2013). 이들생물학적변수의개체수및분포뿐만아니라조류의광합성으로해양에서의일차생산량 (Primary Production) 이계산된다. 이러한해양의생지화학과정이해양탄소순환에포함되어전지구탄소량을모의한다. Fig. 1. Carbon dioxide emissions (GtC yr 1 ) used in the experiment of this study from 1860 to 2100. RCP 2.6 and 8.5 are marked in blue and red. 탄소수지분석에서모델의성능평가를위해사용된탄소관측자료는 CDIAC (Carbon Dioxide Information Analysis Center) 자료이다. Le Quèrè et al. (2013) 에따르면 CDIAC 의탄소자료는 UN 관측통계자료를기반으로한다. 배출량자료는열량의차이에따른연료타입별로산출된전지구평균한탄소배출량을이용하였으며, 1959 년부터 2011 년까지 129 개의지역에서관측된자료이다. 해양은관측자료를기반으로다섯개의해양생지화학모델을사용하여해양에서흡수하는 CO 2 의양을계산하였다. 육상에서는 DGVMs (Dynamic Global Vegetation Models) 모델들을사용하여육상과대기의탄소플럭스값을계산하였다 (http:// cdiac.ornl.gov; doi:10.3334/cidiac/gcp_v2013). 2.3 실험방법 HadGEM2-CC 모델에 RCP 2.6, 8.5 시나리오의 CO 2 배출량을입력하여 1860 년부터 2100 년까지적분하였다 (Fig. 1). 적분과정에서입력된 CO 2 배출량은역학적식생모델과해양생지화학모델에의해탄소플럭스가대기와교환되고탄소순환의결과로육상과해양에서의탄소플럭스교환을통해남은나머지양이대기중에잔류하는 CO 2 농도로계산된다. 이로부터인위적으로증가하는 CO 2 배출량에기인하여발생하는기후변화와수반되는변화하는대기중 CO 2 농도와전지구탄소순환을파악할수있다. 탄소순환분석에서대기, 육상, 해양에서의탄소수지분석을위해 CO 2 구성비율을계산하였는데이는 Enting et al. (2001) 을포함하여여러선행연구 (Liddicoat et al., 2013; IPCC AR5., 2013) 에서제시된식을사용하였다 ( 식 2.1). CO 2 배출량 = 대기중 CO 2 농도변화율 (dc A /dt) + 육상의탄소흡수율 + 해양의탄소흡수율 (2.1) 식 2.1 에서제시된것과같이총탄소배출량을대 Atmosphere, Vol. 25, No. 1. (2015)
88 HadGEM-CC 모델의 RCP 시나리오에따른전지구탄소수지변화전망 Fig. 2. Simulated atmospheric CO 2 (ppm) concentration by HadGEM2-CC, from 1860~2100. Historical period (1860~ 2005) is in black and RCP 2.6, 8.5 are marked in blue and red. 기중잔류하는 CO 2 농도와육상과해양의탄소흡수량으로구분지었다 ( 식 2.1, Enting et al., 2001; Jones et al., 2013; IPCC AR5., 2013). 육상과해양의 CO 2 흡수량을계산하기위해본연구에서는 HadGEM2- CC 에서산출된대기 - 육상 (atmosphere-land CO 2 flux) 의순이산화탄소교환량 (Net Ecosystem Exchanges, NEE) 과대기 - 해양 (atmosphere-ocean CO 2 flux) 간의 CO 2 플럭스교환량을사용하였다. 탄소배출량에서대기중잔류하는탄소저장량과농도변화율을살펴보기위해서대기중 CO 2 농도 (ppm yr 1 ) 에변화계수 2.123 를곱하여질량단위의탄소 (GtC yr 1 ) 로변환하여분석하였다. 대기중 CO 2 농도의변화는육상과해양의탄소순환에영향을미치는것으로알려져있다. Jones et al. (2013) 와 Liddicoat et al. (2013) 에따르면식 2.1 은대기중 CO 2 농도를유지하기위해육상과해양에서각각 CO 2 를얼마나흡수하는지정량적으로살펴볼수있으며이로부터 CO 2 농도를유지할수있는배출량을판단할수있다고하였다. 본연구의배출량증가실험에입력된 CO 2 배출량자료는 Jones et al. (2011) 에따르면화석연료에의한배출량과육지사용에의한배출량을합산하여계산된값이다 (Fig. 1). 기후변화연구를위한배출량실험은사회경제적인요소, 환경, 과학기술수준을반영하여미래 CO 2 배출량시나리오를결정한다. 배출량시나리오는과거재현실험에서의인위적인배출량은화석연료, 시멘트생산등에의한 CO 2 배출량으로 1850~1949 년까지는 Boden et al. (2010), 1950~2005 년까지는 Andres et al. (2011) 에근거한다. 또한육지사용에의한배출량 (Land Use Changes Emissions) 은 Houghton et al. (2008) 의결과에근거하여 1850~2005 년에대해화석연료배출량과합산하여사용된다. 이육지사용 (Land use change) 에의한배출량에는지역에따라서 Golewijk et al. (2001) 에따른인구증가가반영되어있다. 모델에입력된 CO 2 배출량 (Fig. 1) 은과거 1860 년부터 1950 년까지완만하게증가하고이후부터급격히증가하고이시기는 Keepling et al. (1976) 에따르면 1957 년부터고정밀연속 CO 2 농도측정으로정확한농도측정이가능했던시기로알려져있다. 미래에는 RCP 시나리오별로 CO 2 배출량과인구증가등사회적인요인에따라서달라진다. RCP 2.6 에서는 21 세기초부터강력한배출저감으로 21 세기말현재보다감소된수준의배출량을나타내고, 사회경제적발전을계속진전해가는 RCP 8.5 에서는 21 세기말까지꾸준히증가하여연간배출량이약 30 GtC yr 1 을전망하고있다 (Fig. 1). 3. 실험결과 3.1 CO 2 배출량증가에따른대기중 CO 2 농도, 기온전망배출량실험결과에따른대기중 CO 2 농도는 Fig. 2 와같이입력된배출량에비례하여모의되었다. 과거모의실험에서 CO 2 농도는 1860 년부터 1950 년까지서서히증가하다가 1950 년이후두드러지게증가한다. 1860 년 290 ppm 에서 2005 년 386 ppm 으로약 37% 증가하였다. 이는 NOAA 에서관측으로제공한 2005 년평균 379.8 ppm 과도비교적유사하여모델이과거기간모의성능을반영하고있다. RCP 2.6 에서 2046 년최고농도인 454 ppm 을지나서 21 세기말 (2080~ 2100) 평균 431 ppm 로서서히감소하는데이는 Caesar et al. (2013) 에서보인 CMIP5 모델앙상블 RCP 2.6 결과 2050 년경부터 CO 2 농도가감소하는추세와도유사하였다. RCP 8.5 의경우화석연료배출량저감정책이포함되어있지않은시나리오로서 20 세기말대비 21 세기말 120% 증가하였다. 21 세기말까지배출량이증가함에따라서대기중 CO 2 농도는 21 세기말 931 ppm 까지증가하였다. IPCC AR5 (IPCC AR5., 2013) 에따르면 CMIP5 모델들의배출량실험의 RCP 8.5 의평균농도 985 ± 97 ppm 범위로알려져있으며 Fig. 2 의대기중 CO 2 농도는이범위안에포함된다. CO 2 농도증가와더불어 20 세기말 (1985~2005) 대비 21 세기말 (2080~2100) 에 RCP 2.6 시나리오의기온은약 1.6 o C, RCP 8.5 에서 3.5 o C 상승하였다. IPCC 5 차보고서에서는같은기간 CMIP5 모델평균은 RCP 2.6 에서 1.0 o C (± 0.4), RCP 8.5 에서 3.7 o C (± 0.7) 온도가증가하는것으로보고되었으며 (IPCC AR5., 2013), Fig. 3 의 HadGEM2-CC 모의결과가 CMIP5 모델평균온도상승범위와유사함을알수있다. CO 2 배출량증가는복사강제력에영향을미쳐 21 한국기상학회대기제 25 권 1 호 (2015)
허태경 부경온 심성보 홍진규 홍제우 89 Fig. 3. Global mean temperature changes ( o C) relative to 1985~2005 baseline period in emission-driven run from 1860 to 2100. Historical period is in black and RCP colors are as indicated. 세기기온상승을유도하여지구온난화를일으킨다. 따라서 Fig. 3 에서배출량과대기중농도변화추이에대해전지구기온값과유사한변화경향을나타내었다. Liddicoat et al. (2013) 에서 RCP 2.6 의복사강제력이 2050 년부근에 3.0 W m 2 로시나리오상가장높고, 이후 21 세기말까지 2.6 W m 2 으로강제력이감소하는경향을띤다고보고하였다. CO 2 배출량이꾸준히증가하는 RCP 8.5 시나리오에서 20 세기말부터 21 세기말까지온도증가율이두드러지게상승하였다. CO 2 배출량증가는따른복사강제력과온도변화에영향을미치는것을알수있다. 3.2 육상탄소순환의변화육상생태계에서광합성에의해탄소가흡수되고식생과토양의호흡으로탄소를배출하는과정으로육상의탄소순환이구성된다 (Anav et al., 2013). 산업혁명이후 CO 2 배출량시나리오따라서육상탄소흡수량이변화한다. 육상생태계는계절변동등의물리적인기후조건에민감하게반응하므로연간변동성이큰것을 Fig. 4(a) 를통해알수있으며이는선행연구를통해알려져있다 (Keeling et al., 2001; Arora et al., 2011; Jung et al., 2010). 이와더불어 ENSO (El Niño Southern Oscillation) 현상이육상과대기의 CO 2 교환에영향을미친다고시사한바있다 (Sarmiento et al., 2010; Keeling et al., 2001). 모델내에서의육상탄소순환의결과는 Lee et al. (2014) 에따르면 HadGEM2-CC 에는식생역학모듈 (TRIFFID) 이포함되어있어서계절간변동뿐만아니라 CO 2 농도변화및기후변화에따라달라지는육상생태계의변화를반영하는것을알수있다. 1860 년부터 1950 년까지완만히증가하던육상탄소흡수량이 1950 년이후급격히증가한다. 20 세기말 (1960~2005) 평균 1.6 GtC yr 1 을대기로부터 CO 2 Fig. 4. (a) NEE (GtC yr 1 ) trajectories and (b) atmosphereocean CO 2 flux (GtC yr 1 ), a positive atmosphere-land CO 2 flux, and ocean CO 2 flux represents a flux to the atmosphere from the atmosphere and ocean. 를흡수 (sink) 하는것으로모의하였는데 Anav et al., (2013) 에서같은기간 CMIP5 모델앙상블평균 0.7 ± 0.6 GtC yr 1 로보고한결과보다연간흡수량이약간큰것으로모의되었다. 육상탄소플럭스의증가는토양과육상생태계의꾸준한탄소축적을유도한다 (Sarmiento et al., 2010). 또한 1960 년부터급격히증가한 CO 2 배출량에따라기온상승과더불어서 CO 2 시비효과 (fertilization effect) 를일으켜육상탄소순환에영향을미쳐 (Sarmiento et al., 2010) 육상탄소흡수증가의원인이되었다. CO 2 배출실험의 20 세기말 (1985~2005) 2.13 GtC yr 1 을흡수하였으며, RCP 2.6 시나리오에서는 21 세기초부터 CO 2 흡수량이감소하는경향을보인다. RCP 8.5 시나리오에서는흡수가급증하는것으로모의하는것으로보아육상탄소흡수량은 CO 2 배출량 (Fig. 1) 에비례함을알수있다. 20 세기말대비 21 세기말 Atmosphere, Vol. 25, No. 1. (2015)
90 HadGEM-CC 모델의 RCP 시나리오에따른전지구탄소수지변화전망 (2080~2100) 에 RCP 2.6 에서육상탄소의흡수량이 80% 감소하여 0.5 GtC yr 1 을흡수한다. 대기중의 CO 2 농도의감소는육상생태계에서탄소를더많이흡수할수있는방향으로기후 - 식생되먹임작용하였으나, 절대적인 CO 2 농도가감소함에따라서흡수량이감소한다. RCP 8.5 의결과에서산업혁명이후부터꾸준하게해양탄소흡수가증가하였으며, 20 세기말대비 21 세기말약 90% 탄소흡수가증가하여, 연간 21 세기말에는약 4 GtC yr 1 의흡수를전망한다. RCP 8.5 에의한 21 세기말대기중 CO 2 농도는약 1000 ppm 로대기중꾸준한 CO 2 증가로인해육상에서의탄소흡수가배출량에비례하여증가하였다. 육상으로흡수된탄소는육상에서의탄소흡수능력에영향을미친다. 육상생태계는기온상승과강수량을제반한기후변화로육상식생성장환경에다양한영향을받고이러한환경변화는광합성및호흡을통한식생의 CO 2 흡수능력을변화시켜다시대기중 CO 2 농도를조절하는과정으로되먹임작용을수반한다. 한예로지면온도의증가로인한토양호흡증가가육상생태의흡수능력이변동될수있는것을들수있다 (Lee et al., 2014). 이에대해 Jones et al. (2013) 에서도대기중 CO 2 증가로인한기온변화가육상탄소순환의변화를초래하며, 탄소순환의되먹임이 CO 2 흡수능력에영향을줄수있음을언급하였다. 또한 Liddicoat et al. (2013) 에따르면토지이용도에따른피복변화가탄소플럭스교환에영향을미쳐탄소흡수배출량결정에중요한영향을주는데이에대해이연구에서는고려하지못하였으며이는향후추가연구가필요하다. 3.3 해양탄소순환변화해양은지구상에서물과에너지의가장큰저장소로서기후시스템의변화에중추적인요소이며, 대기중의탄소보다약 50 배많은양의약 38,000 GtC 를함유하고있다. 단기간으로보면, 대기중 CO 2 증가는대기와해양의탄소순환의변화를가져올뿐만아니라산업혁명이후인위적으로배출되는 CO 2 를해양에서흡수하여장기간대기중 CO 2 농도를결정짓는역할을한다 (Houghton et al., 2008). 해양 - 대기경계면에서 CO 2 분압 (pco 2 ) 차이로해양으로탄소를흡수할뿐만아니라, 해양으로흡수된 CO 2 는식물성플랑크톤의광합성등의생지화학과정 (biogeochemical process) 을거쳐탄산칼슘이형성되며, 해양순환을통해서심해로축적된다. 해양탄소플럭스 (Fig. 4(b)) 를육상에서의연간변화 (Fig. 4(a)) 와비교해보았을때, 육상탄소보다해양탄소의대기중 CO 2 농도증가에따른 CO 2 플럭스의변동폭이좁다. Keeling et al. (1995) 에서해양이 육상생태계보다 CO 2 농도증가에대한민감도가낮다는것을시사한바있으며, 전지구모델링에서해양의탄소저장능력에해양순환과해양생태계가미치는영향을과소모의하는경향과도연관된것으로생각된다 (Bennington et al., 2009). 대기중탄소배출량이증가함에따라육상생태계의탄소흡수량이증가하는것과유사하게, 해양탄소흡수량은 RCP 배출량시나리오에따라변화함을알수있다. Figure 4(b) 의해양탄소플럭스는 1950 년경부터대기중 CO 2 농도의증가하면서대기 - 해양간의분압차이에따라증가하였다. 20 세기초반 1901 년부터 1930 년까지 30 년평균해양탄소흡수량은 0.6 GtC yr 1 로도출되었으며해양으로의 CO 2 흡수가급격히증가한 1960 년도부터 2005 년까지평균 1.9 GtC yr 1 으로 19 세기부터 20 세기동안탄소흡수량이약 200% 까지증가한것을알수있다. 선행연구인 Anav et al. (2013) 의 CMIP5 모델앙상블평균과유사하였다. 20 세기초의앙상블평균은 0.56 ± 0.13 GtC yr 1 에서 20 세기중반부터흡수가두드러지게증가하여 1960~2005 년평균 1.6 ± 0.2 GtC yr 1 의탄소를흡수하였다. 해양 CO 2 플럭스가 20 세기말 (1985~2005) 2.16 GtC yr 1 를흡수하였고, 21 세기초반부터감소하였다. 21 세기말 (2080~2100) 에 RCP 2.6 에서약 50% 정도감소하여 0.95 GtC yr 1 을흡수하는것으로모의되었다. 해양 CO 2 플럭스가 20 세기말대비 21 세기말에 RCP 8.5 에서는대기의 CO 2 배출량의꾸준한증가로인하여 21 세기말까지 130% 정도증가하여 5.1 GtC yr 1 로 CO 2 흡수가두드러지게증가하였다. 이는대기중배출량증가에따른해양의흡수량증가를보여주며, 2080 년부터흡수비율이조금씩감소하는경향을보인다. 이는해양에서의탄소저장능력변화로생각되며자세한것은추가연구가필요하다. 지구온난화현상등의기후변화는해수온상승과함께탄소흡수과정및해수순환에영향을미치고, 이에수반된해양생지화학과정변화로해양생태계순환이변화된다. 이는인위적으로배출된 CO 2 의분압차및생지화학과정으로인한 CO 2 흡수에도영향을미칠것이라는것을의미한다. 해수면에서 CO 2 흡수는온도와알칼리도 (alkalinity) 에영향을받는용해평형에따라달라진다. 해양에서온도 1 o C 당 4.23% 씩알칼리도가감소하며 (Takahashi et al., 1993), 대기중 CO 2 농도가 100 ppm 상승할때마다 15% 씩해양에서의탄소수용능력을감소한다 (Revelle and Suess, 1957). 온난화및기후되먹임작용으로인한생지화학과정의변화로 21 세기후반부터는 CO 2 흡수가감소하여, 대기중 CO 2 증가에영향을미친다 (IPCC AR5., 2013) 는 Fig. 4(b) 에서기존문헌의결과와일치하는것으 한국기상학회대기제 25 권 1 호 (2015)
허태경 부경온 심성보 홍진규 홍제우 91 Table 1. Cumulative values and specified the ratio of the change in atmospheric CO 2 concentration, simulated changes in land and ocean uptake carbon, and prescribed fossil fuel emissions. Modeled values are emission-driven simulation. Values for the 1985~2005 periods are compared with observation-based values. The 2006~2100 periods values are shown for the two RCPs (2.6, 8.5). Units are GtC. Total accumulation (GtC) NBP Ocean flux dc A /dt E FF 1985~2005 HadGEM2 37 45 74 0156 OBS 16.2 45.4 75 0136 Fraction 0.24 0.29 0.47 0001 2006~2100 RCP 2.6 126 166 79 0371 Fraction 0.34 0.45 0.21 0.3 * 0001 RCP 8.5 378 391 1164 1933 Fraction 0.2 0.2 0.6 0.69 * 0001 * dc A /dt for RCP2.6, 8.5 are assigned the mean of multi-model values (Jones et al., 2013). 로생각된다. 해양에용해된탄소는해수의산성도를감소시키는등 (Doney et al., 2009). 해양의 CO 2 흡수량증가에따라해양탄소순환과해양생지화학과정에영향을미치는데이에대해서는추가연구가필요하다. 3.4 전지구탄소수지산업혁명이후 CO 2 배출증가에따른탄소수지의분석을위해식 2.1 의항목별로계산하였다 (Table 1). Figure 5 에서 1860~1960 년도까지 CO 2 배출실험에따르면, CO 2 배출량증가에따라서육상과해양의흡수량도완만하게증가하다가 1950 년부터육상과해양에서의탄소흡수량이증가하는것으로보아 1950 년부터급격히증가하는배출량에따라서육상과해양에서의탄소흡수량이달라진다. 인위적으로배출된 CO 2 는 1860 년 ~1880 년평균 0.7 GtC yr 1 에서 20 세기말 (1985~2005) 에 7.8 GtC yr 1 으로약 10 배많은탄소를배출한다. Table 1 에서 20 세기말까지실험에입력된 CO 2 배출량에대해 45 GtC 를해양에서흡수하고, 육상에서는 37 GtC 를흡수하는것으로모의되었다. 대기중에 74 GtC 이잔류하여배출된탄소의 50% 정도대기중에머무르는것으로계산되었다. 배출된 CO 2 를육상보다해양에서더많은양을흡수하는것을알수있으며이는선행연구 Jones et al. (2013) 과 Arora et al. (2011) 에서도보고된바있다. 이기간대기, 육상, 해양으로저장된탄소총량은 156 GtC 으로동일기간의 CDIAC 관측값인 137GtC 와차이를보였다. 관측에서는이기간 45 GtC 를해양에서, 육상에서는 16 GtC 을각각포함하고대기중에 75 GtC 이잔류하는것으로분석된다. 배출량실험의결과해양의탄소저장량은관측으로 측정된결과값과매우유사하였고, 육상에서의탄소흡수량은관측과차이가발생하였지만, 전반적으로 HadGEM2-CC 모델은육상과해양의탄소순환과정을 20 세기에대해성공적으로모사하는것으로생각된다. 육상관측과모델의육상탄소의차이는육지사용에따른배출량의차이와 CO 2 시비효과영향에따른큰불확실성에기인한다 (Arora et al., 2013). 또한 Jones et al. (2013) 에따르면육상탄소의변화는산불에의한영향도불확실성의요인으로고려해야한다고언급되었다. 더불어좀더정확한결과는다양한모델과많은실험에기반한추가연구가필요하다. 탄소순환미래전망을살펴보면대표적인배출량감축시나리오인 RCP 2.6 은 Fig. 5(a) 에서 21 세기중반부터배출량이감소하여 21 세기말 (2080~2100) 에는 0.19 GtC yr 1 의음의값을나타내어 20 세기 (1985~ 2005) 말대비 21 세기말에는 CO 2 농도증가율이 58% 감소한다. 육상과해양에서는배출량절대량의감소에따라서 21 세기말에는흡수량이감소한다. RCP 2.6 의실험결과에따르면 21 세기 (2006~2100) 기간동안배출된총 CO 2 의양은 371 GtC 이며 Table 1 에서보는바와같이배출된 CO 2 중의 34% 를육상에서, 45% 를해양에서, 나머지 21% 의 CO 2 가대기중에분배되었다 (Table 1). 대기중잔류비율이 20 세기말과비교했을때 47% 에서 21% 로감소하였다. 이러한경향은선행연구인 Jones et al. (2013) 에서대기중 CO 2 농도비율이 CMIP5 앙상블평균 20 세기말 52%( 관측은 49%) 에서 RCP 2.6 에서 30% 으로비율이감소한다는보고와유사한결과이다. RCP 8.5 의배출량시나리오는 1950 년부터 21 세기말까지경감정책없이꾸준히증가하여 20 세기말평균약 7.8 GtC yr 1 에서 21 세기말에는연간약 30 Atmosphere, Vol. 25, No. 1. (2015)
92 HadGEM-CC 모델의 RCP 시나리오에따른전지구탄소수지변화전망 앙상블평균으로계산한 CO 2 배출량에대한대기중 CO 2 비율은 RCP 8.5 에서 69% 로언급하였는데본실험의적분결과와는약간차이를보인다. 대기중 CO 2 농도의두드러진증가는 CO 2 배출량의꾸준한증가와육상과해양에서의흡수경향이 21 세기후반에점차둔화되는것과연관되어보인다. 2070 년부터해양에서과거부터누적된해양의 CO 2 분압이증가하여대기 - 해양간 CO 2 분압차에의한흡수는감소하였고 (Liddicoat et al., 2013), 해양순환의변화와해수온증가에따른생지화학적변화가 CO 2 의용해능력에영향을받은결과이다. 화석연료의사용과산림벌채등의육지사용에의한지표피복의변화로토양에서배출량증가, 식생으로부터발생되는 CO 2 배출량이직접적으로 CO 2 농도증가에기인하였음을알수있다. 이러한 CO 2 배출량증가에따른탄소순환의기후되먹임이육상과해양에서의흡수량을감소시키는방향으로작용하였음을알수있다 (Freidlingstein et al., 2006; Arora et al., 2013). 따라서인위적인배출량의증가는대기중 CO 2 농도증가에중요한영향을미친다. Fig. 5. The long term variations of carbon budget composition from 1860 to 2100. The bars indicate ten years moving averaged net land carbon uptake (green) and ocean carbon uptake (blue) and rate of change of atmospheric CO 2 (red) for (a) RCP 2.6, (b) RCP 8.5. The line indicates prescribed total CO 2 emission. GtC yr 1 의 CO 2 의배출량이입력된다 (Fig. 5(b)). RCP 8.5 에서 21 세기동안 (2006~2100) 에전지구적으로배출되어누적된탄소의양은약 1933 GtC 이며, 배출된탄소중에육상에서흡수하는양은 378 GtC, 해양에서는 391 GtC 의탄소를저장한다. 대기중에 1164 GtC 의탄소가잔류한다. Table 1 에서 21 세기동안배출된탄소의 20% 씩을육상과해양에서각각흡수하였고, 60% 에해당하는탄소가대기중에잔류한다. 대기중 CO 2 농도증가율이 21 세기중반부터급격히증가하여 21 세기말에는대기중 CO 2 증가율은 18.8 GtC yr 1 를전망하였다. Jones et al. (2013) 에서 CMIP5 3.6 위도별탄소수지배출된이산화탄소에대한육지와해양에서의흡수는 Fig. 6, 7 에서와같이위도대별로차이를보인다. 고위도는 60 o -90 o N, 중위도는 30 o -60 o N, 적도열대지역은 10 o S-10 o N 으로구분하였다. 육상탄소교환량 (Net Ecosystem Exchange, NEE) 은식생의광합성및식생과토양의호홉에영향을받는다. Lee et al. (2014) 에따르면육상탄소교환량은지역에따라다를수있음이시사되었으며본실험에서도육상탄소의변동성이지역별차이를보였다 (Fig. 6). 20 세기말 (1985~ 2005) 동안축적된육상탄소의교환량은적도지역에서 8.8 GtC yr 1, 중위도지역에서 17.1 GtC yr 1, 고위도지역에서 8.8 GtC yr 1 흡수하는것으로모의되었다 (Table 2). RCP 시나리오에따르면, 고위도와중위도에서대체로전지구탄소수지전망과유사하게시나리오에비례하여경로가비슷하나, 적도지역에서는연간변동폭이매우크고시나리오간차이가상대적으로작게모의되었다 (Fig. 6). 21 세기탄소저감정책이포함된 RCP 2.6 (2006~ 2100) 에서육상에서축적된탄소는중위도에서 68.3 GtC yr 1 을흡수하는것으로모의되었고, RCP 8.5 에의하면 175.7 GtC yr 1 을흡수할것을전망하여 20 세기말대비 21 세기말 RCP 8.5 에서약 10 배흡수가증가하는것으로모의되었다. 기존문헌에따르면이러한모의결과들은중위도지역에서는산림지역을경작지로바꾸는과정에서배출되는탄소량 (Shevliakova et al., 2009) 과, 질소순환모듈이포함될경우변동될수있음이언급되어있다 (Dezi et al., 2010). 중위도 한국기상학회대기제 25 권 1 호 (2015)
허태경 부경온 심성보 홍진규 홍제우 1 Fig. 6. The comparisons of NEE (GtC yr ) trajectories for (a) High latitude (90o-60oN), (b) Middle latitude (30o-60oN), (c) Tropical latitude (10oS-10oN). 해역에서는 22.6 GtC yr 1을 흡수하여 전지구 해양 흡 수가 45 GtC yr 1인 것을 감안하면 전지구 해양탄소 흡수의 약 절반가량을 중위도해역에서 흡수하여 해양 의 탄소 흡수 기여도가 높은 것으로 모의 되었다. 21세기 RCP 2.6에서 적도지역의 육상탄소 교환량 93 Fig. 7. Same as Fig. 6, except atmosphere-ocean CO2 flux (GtC yr 1). 을 살펴보면 6.5 GtC yr 1을 배출, RCP 8.5에 의하면 33.1 GtC yr 1을 흡수하는 것으로 전망하였다(Table 2). Figure 6(c)에서 볼 수 있는 바와 같이 적도 지역은 열 대 우림 지역 식생에 의한 탄소 흡수량도 많지만 호 흡량 또한 높고, 낙엽 및 미생물에 의한 탄소 배출도 활발하여 연간 변동폭도 크고 흡수와 배출 경향이 다 른 위도지역과 다른 특성을 보인다. 적도해역에서는 Atmosphere, Vol. 25, No. 1. (2015)
94 HadGEM-CC 모델의 RCP 시나리오에따른전지구탄소수지변화전망 Table 2. Regional cumulative values and simulated changes in land and ocean uptake carbon, Modeled values are emission-driven simulation. Values for the 1985~2005 periods are compared with observation-based values. The 2006~ 2100 periods values are shown for the two RCPs (2.6, 8.5). Units are GtC. High Latitude Middle Latitude Tropical Latitude Total accumulation (GtC) NBP Ocean flux 1985~2005 Historical 8.8 8.7 2006~2100 RCP 2.6 RCP 8.5 62 115.5 36.2 44.2 1985~2005 Historical 17.1 22.6 2006~2100 RCP2.6 RCP 8.5 68.3 175.7 83.7 114.2 1985~2005 Historical 8.8 7.8 2006~2100 RCP 2.6 RCP 8.5 6.5 33.1 45.7 0.02 CO 2 배출경향이두드러지게나타나는데, 적도지역은동태평양의중 심층수로부터용승하는해수로부터과포화로존재하는 CO 2 가대기로배출된다. 20 세기말 (1985~2005) 에는약 7.8 GtC yr 1 을배출한것으로모의되었으며, 21 세기 RCP 2.6 에서는 45.7 GtC yr 1, RCP 8.5 에서는 0.02 GtC yr 1 으로배출추세를보이며, RCP 8.5 에서는배출경향이 21 세기말에는흡수로바뀐다. 이는적도해역의해양 pco 2 분압보다대기중 CO 2 농도가높아져해양에서탄소를흡수함을의미한다. 고위도지역의 21 세기전망은 RCP 2.6 에서 62 GtC yr 1, RCP 8.5 에서 115.5 GtC yr 1 를흡수하여 20 세기말기간에 8.8 GtC yr 1 흡수한것에비하여약 13 배흡수량이증가하여위도별증가량이가장크게나타났다. 이는고위도지역에서평균기온이상승하는봄에식생시기의길이가증가하여육상에서의탄소흡수가증가하는것과연관된것으로보인다. 육상생태계의광합성에기온과강수량이중요함은 Piao et al. (2009) 에의해언급된바있고, 온난화에의한고위도로의식생북상현상은 Lee et al. (2014) 에서언급한바있다. 식생이성장할수있는최저온도상승으로인해고위도대로북상하면서식생의성장시기 (Growing Season) 의증가로광합성기간이길어지게되고육상탄소교환량이활발해지며탄소저장능력도증가한다. 전지구평균변화추이와유사하게, 고위도해역의해 양탄소교환의연간변동폭은육상탄소의연간변동폭보다작다 (Fig. 7). 고위도해역의플럭스의장기변화추이는다른위도대보다매우작아 RCP 2.6 의경우큰변동성이없다. 20 세기말고위도해역은 8.7 GtC yr 1 을흡수하며, 21 세기미래전망에서는 RCP 2.6 에서는 36 GtC yr 1, RCP 8.5 에서는 44.2 GtC yr 1 을흡수하여배출량이증가하는 RCP 8.5 에서는 RCP 2.6 에비하여흡수량이조금더증가하는경향을보였다. Anav et al. (2013) 에서 CMIP5 모델들의해양의지역적인결과에서도고위도지역이중위도와적도해역에비하여흡수량이적다는것을언급한결과와유사하다. 4. 결론 대기중에배출된탄소는육상, 해양과의교환과정을통해축적되는데기후변화에따라육상생물권과해양의생태계의변화와더불어 CO 2 흡수량에도영향을받게된다 (IPCC AR5., 2013). 이에본연구에서는미래 CO 2 배출에따른육상, 해양의탄소과정모의를통하여기후변화와이에수반되는탄소순환에대한이해를높이고자하였다. 역학적식생모델과해양생지화학모델이포함된 HadGEM2-CC 모델을이용한배출량실험결과를가지고전구탄소수지분석을하였다. 1860 년부터 2005 년까지과거모의실험과 2006 년부터 2100 년까지 RCP 8.5, 2.6 시나리오의 CO 2 배출량에따른미래전망실험을진행하였다. 배출량실험은모델에인위적으로배출되는 CO 2 양을입력자료로사용하여그에따라변화하는기후와탄소순환의상호작용을통하여대기중 CO 2 농도의변화를알수있다 (Jones et al., 2011). 배출량실험에서는배출량에비례하여대기중 CO 2 농도가증가하고기온도함께상승하는것을모의하였다. 더불어 1950 년부터급격하게배출량이증가함에따라육상과해양에서의탄소흡수량이증가하였다. Enting et al. (2001) 의탄소수지분석방법에따른대기, 해양, 육상의탄소저장비율을계산하면 20 세기말 (1985~2005) 기간동안배출된전지구 CO 2 는총 156 GtC 으로육상과해양에서각각 24%, 29% 를포함하고대기중에 47% 의탄소가잔류하였다. 배출량경감정책이포함된 RCP 2.6 에서는 21 세기동안 (2006~ 2099) 2050 년부터급격히배출량이감소함에따라대기중 CO 2 농도도감소하여 21% 가대기중에, 34% 는육상에서, 45% 는해양에서흡수하였다. 20 세기말과비교하여 RCP 2.6 에서는육상과해양에서의탄소저장량이증가하였다. RCP 8.5 에서는이산화탄소의흡수량은 RCP 2.6 보다절대적인값은컸으나, 배출된탄소에대한탄소저장비율은특히육상생태계의 한국기상학회대기제 25 권 1 호 (2015)
허태경 부경온 심성보 홍진규 홍제우 95 역할에서크게달랐다. RCP 8.5 에서는 1950 년부터증가하는배출량이 21 세기말까지꾸준히증가함에배출된 CO 2 를육상에서 20%, 해양에서 20% 를흡수하고나머지 60% 가대기중에잔류하여대기중 CO 2 농도가지속적으로증가하였다. 모의결과배출량의증가는지구온난화뿐만아니라기후에민감한육상과해양의탄소순환에영향을미침을보였다. 특히기후 - 탄소간되먹임작용으로인한육상과해양의변화에따라 21 세기말육상, 해양, 대기의탄소수지비율이시나리오별로달라졌다. 육상과해양의변화는위도대별로도차이를보였는데중위도지역이고위도와저위도지역보다 CO 2 흡수에서주요한역할을하는것으로모의되었다. 대기중 CO 2 농도변화의미래예측성을높이고기후변화의신뢰성을갖기위해서기후변화에따른탄소순환과정에대한이해는매우중요하다. 본연구결과는한모델에기반한실험으로수치모사의불확실성이고려되어야한다모델내에서육상탄소는불확실성을내포한식생탄소및토양탄소역학과정에따라달라지며, 질소순환, 산불, 육지사용에따른탄소순환의변화와 Anav et al. (2013) 가지적한주어진초기장값에따른육상 - 대기간플럭스의불확실성부분에서추가적인연구가필요하다. 그리고단일실험결과의유의성을위해추후앙상블결과와 CMIP5 모델을활용하여추가연구가진행되어야한다. 감사의글 육상탄소분석에도움을준이철에게감사드립니다. 이연구는 NIMR-2012-B-2( 기후변화예측기술지원및활용연구 ) 의지원으로수행되었습니다. REFERENCES Anav, A., P. Friedlingstein, and M. Kidston, 2013: Evaluating the land and ocean conponents of the Global carbon cycle in the CMIP5 earth system models. J. Climate, 26, 6801-6844. Andres, R. J., J. S. Gregg, L. Losey, G. Marland, and T. A. Boden, 2011: Monthly, global emissions of carbon dioxide from fossil fuel consumption. Tellus B, 63, 309-327. Bennington, V., G. A. McKinley, and S. Dutkiewicz, 2009: What does chlorophyll variability tell us about export and air-sea CO 2 flux variability in the North Atlantic?, Global Biogeochemical Cycles, 23, 11. Boden, T. A., G. Marland, and R. J. Andres, 2010: Global, Regional, and National Fossil-Fuel CO 2 Emissions, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, US Department of Energy, Oak Ridge, Tenn., USA, doi:10.3334/cdiac/ 00001V2010. Boer and Arora, 2013: Feedbacks in Emission-Driven and Concentration-Driven Global Carbon Budgets, J. Climate, 26, 3326-3341. Caesar, J., E. Palin, and S. Liddicoat, 2013: Response of the HadGEM2 earth system model to future greenhouse gas emissions pathways to the year 2300. J. Climate, 26, 3275-3285. Collins, W. J., and Coauthors, 2011: Development and evaluation of an Earth-system model HadGEM2. Geosci. Model Dev., 4, 1051-1075. Cox, P. M., 2001: Description of the TRIFFID dynamic global vegetation model. Hadley Centre Tech. Note, 24, 17. Clarke, L., 2007: Scenarios of Greenhouse Gas Emissions and Atmospheric Concentrations (Sub-report 2.1A of Synthesis and Assessment Product 2.1, US Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research, Department of Energy, Office of Biological & Environmental Research, Washington DC, 2007). Dezi, S., B. E. Medlyn, and G. Tonon, 2010: The effect of nitrogen deposition on forest carbon sequestration: a model-based analysis. Glob. Change Biol., 16, 1470-1486. Doney, S. C., V. J. Fabry, and R. A. Feely, 2009: Ocean Acidification: The Other CO 2 Problem, Annu. Rev. Marine. Science, 1, 169-192., L. Bopp, and M. C. Long, 2014: Historical and future trends in ocean climate and biogeochemistry. Oceangraphy, 27, 108-119. Dixon, R. K., A. M. Solomon, and S. Brown, 1994: Carbon pools and flux of global forest ecosystems. Science, 263, 185-190. Enting, I. G., T. M. L. Wigley, and M. Heimann, 2001: Future emissions and concentrations of carbon dioxide: Key Ocean/Atmosphere/Land analyses. CRI- SIRO, 31, 133 pp. Feely, R. A., S. C. Doney, and S. R. Cooley, 2009: Ocean acidification. Oceangraphy, 22, 36-47. Friedlingstein, P., 2006: Climate-carbon cycle feedback analysis: Results from the CMIP4 model intercomparison. J. Climate, 19, 3337-3353., J. L. Dufresne, and P. M. Cox, 2003: How positive is the feedback between climate change and the carbon cycle?, Tellus, 55B, 692-700. Atmosphere, Vol. 25, No. 1. (2015)
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