식생 및 생산성 지도를 읽는 방법
이 지도는 선택한 유적을 중심으로 설정한 반경 500km 분석권의 식생 생산량, 식생 밀도 및 생산 계절성을 보여줍니다.
각 수치는 분석권에 포함된 육지 격자의 값을 면적가중 평균하여 산출했습니다. 지도에 표시된 원은 지역 간 환경을 동일한 규모로 비교하기 위한 통계적 분석 범위입니다. 당시 사람들의 정착 영역, 사냥 범위 또는 문화권을 복원한 것은 아닙니다.
변수별 의미와 해석 방법
| 변수 | 측정 대상 | 기본 해석 | 주요 주의점 |
|---|---|---|---|
| Annual NPP | 연간 순일차생산량 | 값이 높을수록 단위면적당 연간 식물 생산량이 많음 | 식용식물량, 초식동물 수 또는 인간 부양력을 직접 나타내지 않음 |
| Annual Mean LAI | 연평균 잎면적지수 | 값이 높을수록 잎이 많고 식생이 조밀함 | 조밀한 식생이 대형 초식동물에게 반드시 유리한 것은 아님 |
| Productive Months | 양의 NPP가 나타나는 기간 | 값이 높을수록 식물 생산이 가능한 계절이 김 | 생산기간이 길어도 총생산량은 낮을 수 있음 |
| Peak-Quarter NPP | 가장 생산적인 연속 3개월의 누적 NPP | 값이 높을수록 생산기 절정의 식물 생산량이 많음 | 각 격자의 최고 생산 시기는 서로 다를 수 있음 |
| Lowest-Quarter NPP | 가장 생산성이 낮은 연속 3개월의 누적 NPP | 0에 가까울수록 강한 계절적 생산 병목을 나타냄 | 실제 자연에서 모든 광합성이 완전히 중단됐다는 직접 관측값은 아님 |
| Analysis Window Area | 통계 계산에 포함된 육지 면적 | 지역 통계가 대표하는 실제 계산 면적 | 당시 사람들의 실제 생활권이나 영토가 아님 |
Annual NPP
NPP(Net Primary Productivity, 순일차생산량)는 식물이 광합성으로 만든 유기물에서 식물 자신의 호흡에 사용한 양을 제외하고 새로 축적한 유기물의 양입니다.
연간 NPP의 단위는 다음과 같습니다.
g C m⁻² yr⁻¹
이는 지표면 1㎡에서 식물이 1년 동안 새로 축적한 탄소의 그램 수를 의미합니다. 30 ka BP 톈위안의 값은 다음과 같습니다.
Annual NPP: 269.448 g C m⁻² yr⁻¹
즉, 30,000년 전 톈위안 반경 500km 분석권의 식생은 지표면 1㎡당 연간 평균 약 269.4g의 탄소를 순생산한 것으로 복원되었습니다.
Annual NPP 해석 방법
- 값이 높으면 연간 식물 생산량이 상대적으로 많았음을 뜻합니다.
- 값이 낮으면 한랭화, 건조화 또는 짧은 성장기 등으로 생산성이 낮았을 가능성이 있습니다.
- 같은 지역에서 시간이 지나면서 NPP가 감소하면 식물 기반 먹이망의 기초 생산력이 약화된 것으로 해석할 수 있습니다.
- 지역 간 값을 비교하면 어느 지역의 단위면적당 식물 생산량이 상대적으로 많았는지 확인할 수 있습니다.
그러나 NPP는 다음 항목을 직접 측정한 값이 아닙니다.
- 인간이 먹을 수 있는 식물의 양
- 실제 초식동물 개체수
- 사냥할 수 있는 동물의 밀도
- 겨울에도 접근할 수 있는 먹이
- 인간의 인구 규모나 환경수용력
NPP는 육상 먹이망을 지탱하는 기초 생산량을 보여주지만, 인간이나 동물의 실제 분포를 직접 나타내지는 않습니다.
Annual Mean Leaf Area Index
LAI(Leaf Area Index, 잎면적지수)는 지표면 1㎡ 위에 존재하는 잎의 총면적 비율을 나타냅니다. 30 ka BP 톈위안의 값은 다음과 같습니다.
Annual Mean LAI: 1.59
이는 분석권의 지표면 1㎡ 위에 연평균 약 1.59㎡에 해당하는 잎 면적이 존재했다는 의미입니다. 잎이 여러 층으로 겹쳐 있으면 LAI는 1보다 클 수 있습니다.
LAI는 면적을 면적으로 나눈 값이므로 엄밀하게는 단위가 없는 무차원 지수입니다. 다음과 같이 표시할 수 있습니다.
1.59 혹은 1.59 m²/m²
LAI 해석 방법
- 높은 LAI는 잎이 많고 식생이 조밀하다는 뜻입니다.
- 낮은 LAI는 식생이 성기거나 잎의 양이 적다는 뜻입니다.
- LAI가 감소하면 식생 밀도 감소, 산림의 개방화 또는 성장조건 악화를 나타낼 수 있습니다.
- NPP와 LAI가 동시에 감소하면 식생 생산량과 밀도가 함께 약화된 것으로 해석할 수 있습니다.
LAI는 식생의 구조와 밀도에 가깝고, NPP는 일정 기간에 새로 만들어진 생산량에 가깝습니다.
NPP와 LAI를 함께 읽는 방법
| NPP | LAI | 가능한 환경 해석 |
|---|---|---|
| 높음 | 높음 | 조밀하고 생산적인 산림 |
| 높음 | 낮음 | 비교적 열린 식생에서 짧은 계절에 빠르게 생산 |
| 낮음 | 높음 | 잎은 비교적 많지만 성장속도가 낮은 한랭 산림 |
| 낮음 | 낮음 | 성긴 툰드라·한랭초원·사막성 환경 |
야나와 같은 고위도 지역에서는 생산기간이 짧아도 짧은 여름 동안 식물 생산이 집중될 수 있습니다. 이러한 계절적 생산창은 이동성 초식동물이 특정 시기에 해당 지역을 이용할 수 있는 조건을 만들었을 가능성이 있습니다.
Peak-Quarter NPP
Peak-Quarter NPP는 한 해 중 식물 생산량이 가장 많았던 연속 3개월의 누적 순일차생산량입니다.
각 격자에서는 가능한 모든 연속 3개월의 월별 NPP를 더합니다. 이렇게 만들어진 12개의 후보 구간 가운데 누적 NPP가 가장 높은 구간을 해당 격자의 최고 생산 분기로 선택합니다.
세 달의 값을 더한 후 3으로 나누지 않으므로, 이는 월평균이 아니라 연속 3개월의 누적 생산량입니다.
단위는 다음과 같습니다.
g C m⁻² per 3 months
g C m⁻² (연속 3개월 누적)
30 ka BP 톈위안의 값은 다음과 같습니다.
Peak-Quarter NPP: 175.632 g C m⁻² per 3 months
같은 시점의 연간 NPP는 다음과 같습니다.
Annual NPP: 269.448 g C m⁻² yr⁻¹
최고분기 NPP가 연간 NPP에서 차지하는 근사 비율은 다음과 같습니다.
따라서 다음과 같이 설명할 수 있습니다.
톈위안 반경 500km 분석권에서는 각 격자에서 가장 생산적인 연속 3개월 동안 누적된 평균 NPP가 연간 NPP 평균의 약 65.2%에 해당했습니다.
이는 톈위안의 식물 생산이 비교적 짧은 생산기에 강하게 집중되었다는 것을 보여줍니다.
Peak-Quarter NPP 해석 방법
- 값이 높으면 가장 생산적인 계절의 누적 식물 생산량이 많다는 뜻입니다.
- 연간 NPP에 대한 비율이 높으면 생산이 짧은 계절에 강하게 집중되었다는 뜻입니다.
- 연간 NPP와 최고분기 NPP가 함께 감소하면 연간 생산량과 생산기 절정의 생산력이 모두 약화된 것으로 해석할 수 있습니다.
- 생산 가능 개월 수는 짧지만 최고분기 NPP가 높다면 짧고 강한 생산창이 존재했다고 볼 수 있습니다.
공간적으로 해석할 때의 주의점
가장 생산적인 연속 3개월은 각 격자에서 개별적으로 선택됩니다. 따라서 분석권에 포함된 모든 격자의 최고 생산 시기가 동일한 달력상의 세 달일 필요는 없습니다.
약 65.2%라는 결과는 톈위안 전역에서 동일한 세 달에 연간 생산량의 65.2%가 만들어졌다는 뜻이 아닙니다. 각 격자에서 선택된 개별 최고 생산 3개월의 누적값을 지역 평균한 결과입니다.
Annual NPP와 Peak-Quarter NPP는 서로 다른 NetCDF 변수에서 산출되며 유효 격자의 처리 범위에도 약간의 차이가 있을 수 있습니다. 따라서 65.2%는 정확한 탄소수지 항등식이 아니라 생산의 계절 집중도를 보여주는 근사 지표로 해석해야 합니다.
최고분기의 월평균 NPP
최고 생산 3개월 동안의 월평균값이 필요하면 별도로 계산할 수 있습니다.
따라서 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
Peak-Quarter Mean Monthly NPP: 약 58.54 g C m⁻² month⁻¹
두 지표의 차이는 다음과 같습니다.
- Peak-Quarter NPP: 가장 생산적인 연속 3개월의 누적 생산량
- Peak-Quarter Mean Monthly NPP: 해당 3개월 동안의 월평균 생산량
지도에 표시하는 기본 Peak-Quarter NPP에는 월평균이 아니라 다음 단위를 사용해야 합니다.
g C m⁻² per 3 months
Lowest-Quarter NPP
Lowest-Quarter NPP는 한 해 중 식물 생산량이 가장 낮았던 연속 3개월의 누적 순일차생산량입니다.
각 격자에서는 가능한 12개의 연속 3개월 구간에 대해 월별 NPP를 합산합니다. 이 가운데 누적 NPP가 가장 낮은 구간을 최저 생산 분기로 선택합니다.
단위는 다음과 같습니다.
g C m⁻² per 3 months
g C m⁻² (연속 3개월 누적)
30 ka BP 톈위안의 값은 다음과 같습니다.
Lowest-Quarter NPP: 0.0 g C m⁻² per 3 months
Productive Months와의 관계
톈위안의 생산 가능 개월 수는 다음과 같습니다.
Productive Months: 5.785개월
이는 분석권에서 양의 NPP가 나타난 달이 평균적으로 약 5.8개월이었다는 뜻입니다. 나머지 비생산기가 충분히 길었기 때문에 연속 3개월의 누적 NPP가 0인 구간이 나타날 수 있습니다.
이 지표들을 함께 읽으면 톈위안의 생산 계절성은 다음과 같이 정리됩니다.
- 식물 생산은 연평균 약 5.8개월에 집중되었습니다.
- 연간 NPP의 상당 부분이 가장 생산적인 연속 3개월에 형성되었습니다.
- 가장 불리한 시기에는 연속 3개월 동안 사실상 생산이 없는 강한 계절적 병목이 나타났습니다.
NPP 계절성 차이
최고분기 NPP와 최저분기 NPP의 차이는 생산의 계절성을 보여주는 추가 지표입니다.
따라서 톈위안의 NPP 계절성 차이는 다음과 같습니다.
175.632467 g C m⁻² per 3 months
차이가 클수록 식물 생산이 생산기에 강하게 집중되고, 비생산기에는 크게 감소했다는 뜻입니다.
Lowest-Quarter NPP 해석 방법
- 0에 가까운 값은 겨울 또는 건기의 강한 생산 병목을 나타냅니다.
- 0은 가장 생산성이 낮은 연속 3개월 동안 보정된 모델 NPP가 사실상 없었다는 뜻입니다.
- 값이 높으면 가장 불리한 계절에도 일정한 식물 생산이 유지되었다는 뜻입니다.
- 최고분기와 최저분기의 차이가 클수록 생산의 계절성이 강합니다.
- 연간 NPP, 최고분기 NPP 및 생산 가능 개월 수와 함께 해석해야 합니다.
해석상의 한계
Lowest-Quarter NPP가 0.0이라고 해서 실제 자연환경에서 모든 식물의 광합성이 완전히 중단되었다고 단정할 수는 없습니다.
이 값은 모델의 공간해상도와 음수 NPP 보정 규칙을 적용했을 때 연속 3개월의 생산량이 0으로 나타났다는 뜻입니다. 따라서 다음과 같이 표현하는 것이 가장 정확합니다.
톈위안 지역에는 모델상 식물 생산이 사실상 없었던 겨울철 계절 병목이 존재했습니다.
모델의 공간적·수치적 해상도보다 작은 규모에서 일어난 미세한 식물 활동은 이 값에 반영되지 않을 수 있습니다.
Analysis Window Area
Analysis Window Area는 각 유적을 중심으로 설정한 반경 500km 분석권 가운데 실제 통계 계산에 포함된 면적입니다.
30 ka BP 톈위안의 값은 다음과 같습니다.
Analysis Window Area: 784,191 km²
반경 500km인 완전한 원의 이론적 면적은 다음과 같습니다.
지도에 표시된 784,191km²는 이론적인 원의 면적과 거의 같습니다. 작은 차이는 다음 요인에서 발생할 수 있습니다.
- 원자료의 격자 해상도
- 분석권 경계에 걸친 격자의 포함 방식
- 육지 마스크
- 해안선
- 면적가중 계산 방식
분석권 면적은 다음을 의미하지 않습니다.
- 유적 주민의 실제 정착 영역
- 당시 집단의 영토
- 실제 사냥 범위
- 개인이나 집단의 일상적인 이동거리
- 고고학적으로 복원된 문화권
각 원은 서로 다른 지역의 기후와 식생을 동일한 규모로 비교하기 위해 설정한 통계적 분석창입니다.
톈위안 30 ka BP 종합 해석
30,000년 전 톈위안 반경 500km 분석권의 주요 값은 다음과 같습니다.
| 지표 | 값 | 단위 |
|---|---|---|
| Annual NPP | 269.448 | g C m−2 yr−1 |
| Annual Mean LAI | 1.59 | 무차원 지수 |
| Productive Months | 5.785 | 개월 |
| Peak-Quarter NPP | 175.632 | g C m−2 per 3 months |
| Lowest-Quarter NPP | 0.0 | g C m−2 per 3 months |
| Analysis Window Area | 784,191 | km2 |
이 값들을 종합하면 다음과 같이 해석할 수 있습니다.
- 톈위안은 북부 시베리아보다 식물 생산량이 많고 생산 가능한 계절도 길었습니다.
- LAI 1.59는 매우 조밀한 산림보다는 비교적 열린 식생 또는 산림과 초원이 섞인 환경과 부합합니다.
- 양의 NPP가 나타난 기간은 평균 약 5.8개월이었습니다.
- 각 격자에서 가장 생산적인 연속 3개월의 누적 NPP는 연간 NPP 평균의 약 65.2%에 해당했습니다.
- 가장 생산성이 낮은 연속 3개월에는 모델상 식물 생산이 사실상 0에 이르는 강한 계절적 병목이 나타났습니다.
- 식물 생산은 연중 고르게 유지되기보다 특정 계절에 강하게 집중되었습니다.
따라서 톈위안의 30 ka BP 환경은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.
30,000년 전 톈위안 지역은 북부 시베리아보다 성장기간이 길고 식물 생산성도 높았습니다. 그러나 생산은 특정 계절에 강하게 집중되었으며, 가장 불리한 연속 3개월에는 식물 생산이 사실상 중단되는 계절적 병목이 존재했습니다. 장기적으로는 건조화와 식생 생산성 감소가 진행되면서 지역 환경의 안정성이 약해지고 있었습니다.
이러한 환경지표는 인간과 동물이 이용할 수 있었던 생태적 조건을 보여줍니다. 그러나 인간의 실제 이동, 정착밀도, 사냥 행동 또는 인구 규모를 직접 증명하는 자료는 아닙니다. 고고학 유적, 동물화석, 연대자료 및 고대 DNA와 함께 해석해야 합니다.
연계 영상
복원된 기온 패턴과 고고학적 맥락에 대한 해설은 아래 유튜브 영상에서 볼 수 있습니다.
자료출처
[1] Beyer, R. M., Krapp, M., & Manica, A. (2020). High-resolution terrestrial climate, bioclimate and vegetation for the last 120,000 years. *Scientific Data*, 7, 236. https://doi.org/10.1038/s41597-020-0552-1
