서울대 농업생명과학대학 류영렬 교수 연구팀과 라이프치히 대학, 미국 뉴햄프셔 대학 공동연구팀이 정지궤도 위성과 차세대 위성을 활용, 대륙 규모에서의 광합성량과 폭염, 가뭄 등 스트레스 사이의 관계를 분석한 연구결과를 발표했다.

식생 광합성량을 다양한 시공간 규모에서 이해하는 것은 대륙 규모, 글로벌 수준에서의 탄소 순환과 동인을 이해하는데 필수적이다. 이전 연구들에서는 극궤도 위성을 활용하여 계절 단위, 연 단위에서의 식생 광합성량과 원인을 분석하였지만 일주 규모에서의 광합성량 변동을 확인하는 것은 근본적인 관측 조건의 제약이 있었다.

연구팀은 정지궤도 위성 (GOES-R, GK-2A)과 국제 우주정거장의 ECOSTRESS 및 OCO-3와 같은 차세대 위성 및 센서에서 제공되는 산출물을 활용해 분석한 결과 미서부 건조지에서 폭염 기간 동안 정오/오후에 광합성량이 전반적으로 감소함을 확인했다.

광합성량의 일주 피크 시간(Peak time)/중심 시간(Diurnal centroid) 모두 이른 오전 시간으로 변화함을 확인하였고, 오후/오전 광합성량의 비율이 극적으로 감소함을 확인했다. 

또한, 폭염에 의한 광합성량의 일주 변동 변화는 생태계별로 다양한 반응을 보였다.

특히 관목, 초지 지역의 광합성량의 경우 다른 생태계에 비해 폭염으로 인한 고온과 높은 대기건조도에 대해 더 높은 민감도를 보였다. 폭염으로 인한 지역 규모의 광합성량 손실을 비교했을 때, 미서부 지역은 다른 지역에 비해 전반적으로 큰 광합성량 손실을 보였다.

대기건조도와 지표면온도는 광합성량 중심 시간(Diurnal centroid)과 유의미한 음의 상관관계를 보였으며, 이는 수분 스트레스가 커질수록 광합성량의 중심 시간이 더 이른 오전으로 변화됨을 의미한다. 생태계별로는 관목지역이 강한 상관관계를 보였다. 

연구팀은 "이번 연구가 정지궤도 위성을 활용해 위성기반 광합성량의 시공간 스케일을 극적으로 향상하였으며, 현장 타워 네트워크 자료와 비교해 높은 정확도를 확인하였다. 또한 추정한 광합성량이 어떻게 환경인자와 상호작용하는지를 일주 규모에서 분석하여, 기후 변화에 따른 광합성량의 변동과 예측에 도움을 줄 것"이라고 설명했다.

연구재단 중견과제와 Schmidt Futures의 지원을 받아 진행한 이번 연구결과는 국제학술지 'Science Advances'에 게재됐다.