산림은 이산화탄소를 흡수 및 저장하여 기후변화에 대응하기 위한 좋은 수단이지만, 산림이 얼마나 탄소를 흡수하고 저장하고 있는지, 그리고 산림파괴에 의해 배출되는 이산화탄소의 양에 대한 정확한 정보를 얻기는 매우 힘들었다. 이는 산림이 전 세계에 넓은 면적에 분포하고 있으며, 또한 많은 산림은 사람이 직접 접근하기 힘든 오지에 위치하고 있어 산림에 대한 정확한 정보를 파악하기가 힘들기 때문이었다. 이를 위해서 다양한 원격탐사기법이 이용되고 있지만, 대면적의 산림을 동시에 취득할 수 있는 원격탐사자료는 인공위성을 통한 취득한 영상을 이용하는 방법이 거의 유일하다고 볼 수 있다. 하지만 현재도 인공위성을 통해 얻어진 영상자료를 통한 산림조사방법이 수행되고 있지만, 기존의 인공위성영상을 이용한 산림조사는 광학영상을 이용한 조사로 기본적으로 산림을 2차원적으로 해석하게 되어 3차원인 산림에 대한 정밀한 조사가 힘든 것이 사실이었다. 이를 해결하기 위해서는 위성을 통해 레이더나 라이다와 같은 객체에 대한 3차원 정보를 취득하여 이를 활용할 수 있게 하는 방법이 가장 효율적이긴 하지만, 현재까지 이런 정보를 3차원의 데이터를 위성을 통해 취득하기는 매우 어려웠다.
이런 단점을 극복하기 위해 미국 항공우주국인 NASA에서는 이러한 산림생태관련 3차원의 정밀데이터를 취득하기 위해 2018년 GEDI(Global Ecosystem Dynamics Investigation) 프로젝트를 개시하였으며, 이 GEDI프로젝트는 다음과 같은 4개의 임무를 가지고 운영되고 있다.
* 지구의 3차원구조에 대한 고해상도의 레이져 스캔데이터의 구축
* 산림의 수관높이, 산림의 수직구조과 표고모델의 정밀한 측정
* 지구의 탄소와 물순환 과정 및 생물다양성과 서식처에 대한 정밀한 데이터 구축
* 2018년 국제우주정거장에 부착하여 2년간 임무 수행
이런 목표를 통해 위성을 통한 LiDAR데이터를 취득할 수 있는 시스템을 구축하였으며, GEDI프로젝트에서 올해 최신 데이터 제품을 공개하여, 산림생태계 조사의 새로운 이정표를 이끌어 내었다. 이 데이터를 통해 연구자들은 기후 연구의 주요 격차를 메우는 지상 산림 바이오매스 및 저장 탄소에 대한 전세계적인 조사가 가능하게 될 것으로 보인다. 구체적으로 이 데이터를 통해 지구의 숲이 어떻게 변화하고 있는지, 기후 변화를 완화하는 데 숲이 어떤 역할을 하는지, 나무를 심고 벌목하는 것이 지역적 및 세계적 영향을 미치는지에 대한 연구를 수행할 수 있게 될 것이다.
산림의 탄소수지계산
GEDI는 산림생태계 측정을 위해 특별히 설계된 고해상도 라이더 장비로 우주상에 떠있는 국제 우주 정거장(ISS)의 일정한 지점에서 GEDI는 아래의 나무와 관목에서 레이저 펄스를 빠르게 발사하여 지표상의 물체에 반사된 빛을 측정하는 방식으로(즉 LiDAR기술) 숲과 지형의 상세한 3D 지도를 만들 수 있게 하여 준다. GEDI의 해상도는 1㎞로 처리 및 그리드 처리된 결과 데이터 제품을 통해 연구자는 산림 생태계, 동물 서식지, 탄소 함량 및 기후 변화에 대한 다양한 연구과제에 대한 연구를 수행할 수 있다.
GEDI는 처음 2018년 발사되어 궤도에 오른 첫 3년 동안 북위 51.6도와 남위 51.6도(각각 런던과 포클랜드 제도의 위도에 해당) 사이에서 많은 데이터를 축적하였으며, 이번에 발표된 새로운 데이터 제품은 GEDI의 데이터를 공중 및 지상 기반 라이더와 결합하여 지역에 포함된 식생의 양을 나타내는 글로벌 바이오매스 지도를 구성할 수 있게 되었다.
GEDI의 수석 연구원이자 메릴랜드 대학의 지리학 교수인 Ralph Dubayah는 “불확실성의 한 가지 큰 영역은 현재까지의 기술로는 지구의 산림에 얼마나 많은 탄소가 저장되어 있는지 모른다는 것입니다. 나무는 성장을 촉진하기 위해 대기에서 탄소를 흡수합니다. 그러나 과학자들은 산림 벌채나 산불로 인해 얼마나 많은 탄소가 배출될 것인지 예측할 수 있기 위해서는 산림에 얼마나 많은 양의 탄소가 저장되어 있는지 알아야 합니다. 식물 바이오매스의 약 절반이 탄소로 구성되어 있습니다. GEDI의 새로운 데이터는 세계의 바이오매스를 측정하는 최초의 제품이라고 할 수는 없지만, 고급 통계 모델을 사용한 추정치에 대해 잘 설명된 불확실성이 포함된 최초의 데이터입니다. 이는 GEDI의 바이오매스 추정이 이러한 측정에 얼마나 정확한지 알 수 있음을 의미합니다. 즉 GEDI의 새로운 데이터를 통해 평균 바이오매스의 각 1㎞ 추정치에 대해 다른 어떤 데이터보다 정확한 측정치를 얻을 수 있습니다.”라고 주장했다.
또한 측정 결과의 정확성에 대해 분석하기 위해 GEDI 팀은 새로운 데이터를 통해 얻은 결과를 유엔식량농업기구(FAO)의 산림 인벤토리와 미국 산림청 산림 인벤토리 및 분석 데이터와 비교했으며, GEDI의 바이오매스 추정치가 두 가지 모두에 비해 높은 정확도를 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서 이제 우리는 이 GEDI 프레임워크를 적용하여 모든 국가의 바이오매스를 추정할 수 있게 되었다.현재 열대지역의 대부분의 나라의 경우 국가의 탄소수지 계산을 위한 아주 기초적인 자료인 국가 산림 인벤토리가 구축되어 있지 않아, 국가의 산림탄소 저장량이나 연간흡수량 또는 국가적 또는 지역적 산림탄소 프로젝트 (예: REDD+) 추진에 많은 어려움이 있었지만 이제 GEDI의 새로운 기후변화에 데이터 및 그 밖의 광범위한 적용을 지원하는 데 사용할 수 있는 지상 바이오매스의 추정치를 간단한 데이터 처리만으로 제공할 수 있는 수단을 갖게 된 것이다.
또한 GEDI의 데이터를 사용하여 탄소 모니터링을 위한 산림 및 산림의 분포를 조사하고, 생물다양성을 평가를 위한 생태계 구조를 특성화하는데에 이용할 수 있다. 이를 통해 다양한 산림과 산림 생태계의 구조를 훨씬 더 확실하게 이해할 수 있게 되고, 산림의 탄소축적량 추정 뿐만 아니라 생태계의 상태와 다양한 토지 관리 방식의 영향에 대해 정확한 이해에 많은 도움이 될 것이다.
앞으로의 과제
GEDI프로젝트는 원래 2018년 임무를 시작하여 2020년에 임무를 종료할 계획이었으나, 산림 바이오매스의 정확한 추정에 대한 필요성이 커지고, 이에 대한 새롭고, 대량의 데이터가 필요하게 되어 그 수행기간을 2023년 1월까지로 연장 하였다. 또한 기존엔 국제 우주 정거장이 지구에서 421km떨어진 지점의 궤도를 공전하고 있던 것과는 달리 새롭게 공전궤도를 417㎞로 조정함으로서, GEDI의 데이터가 더 균일한 적용범위를 가질 수 있으며, 데이터 격차를 줄여 온대 및 열대 우림 등 지구의 모든 산림지역에 대한 완전한 정보를 얻을 수 있게 되었다.
또한 GEDI가 2023년까지 데이터를 수집할 수 있게 되면서 NASA의 새로운 지구관측시스템인 NISAR(NASA-ISRO SAR, 2024년 발사예정)와 같은 차세대 라이더 및 레이더 임무와 동시에 데이터 수집이 가능하게 될 것이다. SAR는 Synthetic Aperture Radar(개구부 합성 레이다)는 지구의 기상상황과 관계없이 지표면에 대한 데이터를 구축할 수 있고, 위성과 같이 움직이는 레이더에서 수집된 신호들의 펄스간 비교 방법을 이용하여 실제 안테나 빔폭이 제공하는 것보다 높은 방위방향의 해상도를 얻을 수 있는 레이더 영상기술이다. 이런 새로운 레이더 영상기술과 같은 원격탐사기술의 합성과 조합을 기반으로 하여 지구의 산림에 대한 보다 더 정확한 정보를 얻을 수 있을 것이다. /나무신문
노윤석
녹색탄소연구소 선임연구원
우드케어 이사 / 우드케어 블로그 운영자
서울대학교에서 산림자원학을 전공했다. (주)효성물산, 우드케어, (주)일림에서 재직했다. 현재 한국임업진흥원 해외산림자연개발 현장자문위원과 녹색탄소연구소 수석연구위원으로 활동하고 있다. 라오스, 미얀마, 캄보디아, 인도네시아, 필리핀 등지에서의 산림청, 코트라, 국립산림과학원, 농업진흥청 등의 해외임업과 산림을 이용한 기후대응 및 탄소중립 프로젝트를 수행했다.
