Heat energy exchange of reed canopy over Goheung bay wetland

Abstract

습지 생태계에서 열에너지 교환 과정은 매우 중요하다. 특히 갈대로 덮여있는 습지 생태계에서 지표층 열에너지 수지를 분석하기 위해서는 물과 매우 미세한 입자로 구성된 토양과 계절에 따라 색깔과 밀도가 변하는 식생 캐노피를 고려하여야 한다. 지표 플럭스에 가장 중요한 요소는 순복사 플럭스, 현열 플럭스, 잠열 플럭스 그리고 토양열 플럭스가 있다. 본 연구는 전라남도 고흥에 위치한 수평적으로 균질하다고 판단되는 지역인 고흥만 간척지에서 자동기상관측 시스템 (Automatic Weather System)을 설치하여 여러 가지 기상 요소를 관측하였다. 자동기상관측 시스템을 통한 관측 외에 5차례의 특별 관측을 통하여 각 계절별 에너지 플럭스의 특성을 조사하였다. 그리고 관측한 순복사 플럭스, 현열 플럭스, 잠열 플럭스, 토양열 플럭스를 기존의 에너지 수지방정식에 적용하여 지면 특성에 따른 플럭스의 특징과 습지의 기온 조절 효과에 대해 알아보았다. 순복사 플럭스는 계절별로 여름이 가장 높고, 겨울이 가장 낮았다. 변동폭은 400~700 W m^(-2)였다. 여름에는 갈대 식생이 활발히 성장하면서 잠열 플럭스로의 분배가 커지며, 또한 식생 밀도가 높아지면서 토양열 플럭스는 낮게 나타났다. 가을에는 갈대 식생의 성장이 점차 둔화되면서 잠열 플럭스로의 분배보다 현열 플럭스로의 분배가 커졌다. 관측지의 에너지 수지비는 여름에 0.84, 가을에 0.85로 나타나 약 15%의 오차를 가지고 에너지 수지의 닫힘을 보이고 있었다. 이 오차는 식생의 열저장이 주된 원인이다. 식생 캐노피의 열저장으로 인해 관측지는 수직적으로 식생 내부와 외부 사이의 온도 차이를 보이며, 이로 인해 주변 지역보다 주간에는 온도가 약 1~2˚C 낮고, 야간에는 온도가 약 2~3˚C 높았다. 이는 관측지의 식생이 기온 조절을 함으로서, 약 3~5˚C의 일교차를 줄이는 역할을 하고 있음을 알 수 있다.

An Automatic Weather Station installed at the observation site measured, from 2003 to 2007, the air temperature, humidity, wind direction, and wind speed at the Goheung wetland, Jeonlanam-do. The seasonal characteristics of the energy flux were investigated during five intensive observation periods in addition to observation with the AWS. Clear days were selected as the intensive observation period to understand seasonal characteristics. The net radiation flux was highest in the summer and lowest in the winter according to the season. The range of the variations is 400~700 W m^(-2). The division of latent heat flux increased as reed vegetation actively grew during the summer; also, the soil heat fluxes appeared low as the vegetation density increased. The division of sensible heat flux increased rather than the division of latent heat flux as the growth of the reed vegetation gradually slowed in the autumn. It was a closed energy balance with an error of approximately 15% as the energy balance ratio of the observation site was 0.85 in the summer and 0.84 in the autumn. The residual term can be seen as the heat storage term of vegetation due to the energy balance equation. However, the residual term can be affected by sampling errors, instrument biases, and other energy sinks as well as the heat storage term of the vegetation. To solve the energy balance closure problem, quantitative observation of the heat storage term of the vegetation is urgently required. A temperature difference between the vegetation inside and the vegetation outside is seen in the verticality due to observations of the heat storage by the vegetation canopy. In the daytime, the temperature is approximately 1~2˚C lower than that of the surrounding area. In the nighttime, the temperature is approximately 2~3˚C higher. This reduces the diurnal temperature range by approximately 3~5˚C of the vegetation of the observation site’s role in temperature control. Further study of the importance and role of wetland vegetation through long-term and continuous flux observation is needed.