산업화 이전 대비 2°C와 3°C 지구온난화 수준에서의 동아시아 및 한국의 기후변화 : 기후대 및 극한강수의 변화 Climate Changes over East Asia under 2 and 3°C Global Warming above Pre-industrial Levels: Climate-type and Extreme precipitation원문보기
2015년 UN 파리협약 이후 산업화 이전 대비 2°C 온난화 수준을 지키고 가능하다면 1.5°C 지구온난화 수준을 넘지 않도록 온실가스 배출량 감소를 위한 목표를 세웠다. 하지만, 미국의 파리협정 탈퇴와 더불어 온실가스의 관성 및 복잡한 되먹임 과정 (feedback) 등에 의해 2°C 온난화 수준의 제한 달성 여부에도 회의적인 의견이 존재한다. 이에 본 연구에서는 산업화 이전수준 대비 2°C, 3°C 지구온난화가 동아시아 및 한국의 기후대와 극한강수의 변화에 미치는 영향을 살펴보았다. 모형의 온실가스 강제력에 대한 ...
2015년 UN 파리협약 이후 산업화 이전 대비 2°C 온난화 수준을 지키고 가능하다면 1.5°C 지구온난화 수준을 넘지 않도록 온실가스 배출량 감소를 위한 목표를 세웠다. 하지만, 미국의 파리협정 탈퇴와 더불어 온실가스의 관성 및 복잡한 되먹임 과정 (feedback) 등에 의해 2°C 온난화 수준의 제한 달성 여부에도 회의적인 의견이 존재한다. 이에 본 연구에서는 산업화 이전수준 대비 2°C, 3°C 지구온난화가 동아시아 및 한국의 기후대와 극한강수의 변화에 미치는 영향을 살펴보았다. 모형의 온실가스 강제력에 대한 민감도 차이로부터 발생할 수 있는 불확실성을 줄이기 위해, 본 연구에서는 산업화 이전을 1860~1900년으로 정의하고 각 모형별로 해당 기간의 지구 지표면 온도 평균으로부터 2°C, 3°C 증가한 시기를 분석기간으로 선정하였다. 또한, 역학적 규모축소실험의 설계에서 오는 불확실성을 줄이기 위해 CORDEX-EA 2단계의 권고 실험 설계를 따라 생산된 앙상블 지역 기후변화 자료를 사용하였다. 먼저, 기온과 강수의 평균적인 변화 및 계절 변동성의 변화를 하나의 매트릭스 (matrix) 로 표현하는 쾨펜-트레와다 기후대 구분을 이용해 미래 동아시아 기후대의 변화를 분석하였다. 한국 및 일본, 중국의 화북 평원지역과 같이 메가씨티 (mega-city) 를 포함하는 극동아시아 지역에서는 온대기후대 (D) 에서 아열대기후대 (C) 로 변화하는 지역이 증가하였고, 이 지역에서는 HYINT도 함께 증가한 것을 확인하였다. 하지만 2°C 수준의 온난화를 유지한다면 한국과 일본의 해안선을 따라 나타나는 아열대기후대의 확장을 현재 수준과 비슷하게 유지할 수 있을 것으로 전망된다. 남아시아 지역의 경우 열대 습윤 기후가 21세기 후반까지 꾸준히 증가할 것으로 전망되었다. 이러한 덥고 습윤한 기후의 증가는 인간의 생존에 직접적인 영향을 주는 열스트레스 (heat stress) 를 높일 것으로 예상된다. 한편, 동아시아 영역 전체에 대해 사막화의 증가가 나타났다. 그 가운데 중국의 주요 옥수수 주산지인 중국의 동북 삼성의 사막화는 2°C 온난화 수준에서 이미 나타나기 시작하며, 이는 식량 안보와 사회-경제적 문제를 야기할수있다. 또한, 몽골과 카자흐스탄 등에서 나타나는 사막지역의 확장은 해당 지역의 기후변화뿐만 아니라 편서풍의 풍하측 지역의 대기질에도 영향을 미칠 것으로 전망된다. 티벳 고원의 경우 동아시아 영역에서 유일하게 툰드라 기후대를 가지는 지역으로 가장 빠른 감소추세를 나타냈으며, 21세기 말까지 툰드라 기후대가 모두 사라지고 사막이나 냉대기후대로 변화할 것으로 전망되었다. 이 지역은 동아시아지역의 주요한 강들의 발원지로 얼음, 눈, 영구동토 등의 형태로 물을 저장하고 있는 곳이기 때문에 이곳의 기후대 변화는 수문학적 순환에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 또한, 해당 지역의 빙권, 지면 생태계의 변화는 동아시아 몬순과 같은 대기 순환에도 영향을 줄 수 있으므로 해당 지역의 기후대 변화와의 상호작용을 고려한 기후변화 연구가 필요할 것이다. 한편, 기후변화가 나타난 대부분의 영역에서 극한강수 강도의 증가 및 연속 무강수 일수가 증가하여 HYINT가 증가할 것으로 전망되어 강수관련 재해가 증가할 것으로 전망되었다. 남한의 극한강수 역시 미래로 갈수록 증가하는 경향을 나타내었으며, 이는 선행연구의 결과와 일치한다. 하지만 이러한 극한강수를 유발하는 종관패턴과 기후변화에 따른 이의 변화를 설명하는 선행연구는 부족하다. 이에 본 연구에서는 딥러닝 방법 중 비지도 학습법으로 알려진 자기조직화방법과 K-평균 클러스터링 기법을 활용해 4가지 극한강수 유발 종관패턴을 분류하였다. 이때, 강수를 유발하는 열역학적 요소인 상당온위와 역학적 요소인 수평 바람장을 함께 고려하기 위해 본 연구에서는 combine EOF의 방식을 접목한 결합형 자기조직화 방법을 이용하여 분류 방법에 독창성을 더하였다. 한반도에 95퍼센타일 강도 이상의 극한강수를 유발하는 종관패턴은 크게 동아시아 여름몬순 전선 상의 저기압, 북태평양고기압의 가장자리, 강하게 발달한 중위도 저기압 시스템 그리고 태풍형 소용돌이 (TC-like Vortex) 4가지로 분류되었다. 모형의 현재기후 실험에서도 이 같은 4개의 시스템이 잘 구분되어 모형이 극한강수와 관련된 종관장을 유의하게 모의할 수 있음을 확인하였다. 일반적으로 모형의 강수에서 태풍의 영향을 따로 구분해 내는 것은 어려운 것으로 알려져 있는데, 본 연구에서 개발한 분류기법을 이용하였을 때 태풍형의 극한강수 사례가 객관적으로 다른 극한강수 사례와 구분되는 장점을 보였다. 한반도의 95퍼센타일 강수는 2°C와 3°C 수준의 지구온난화 하에서 발생빈도가 40~100% 증가할 것으로 나타났다. 특히 이러한 특징은 일 강수 200mm/day 이상의 강수강도에서 크게 증가하며, 3°C 온난화 수준에서 더욱 눈에 띄게 나타났다. 각 모드별로 살펴보면 2°C 온난화 수준에서는 동아시아 여름 몬순 전선 상의 저기압 모드의 강수 강도가 가장 크게 증가하였고, 3°C 온난화 수준에서는 모든 모드의 강수 강도가 증가하였다. 극한강수의 강도가 증가한 모드에서는 공통적으로 역학적 요인의 증가가 발생하였으나, 열역학적 요인의 증가가 더욱 지배적으로 나타났다. 즉, 미래의 바람은 한반도의 강수를 증가시키기 유리한 형태로 변화하였으며, 대기의 절대습도량이 기온증가대비 클라시우스-크라페리온 관계 (C-C relationship) 이상의 기울기로 증가함에 따라 극한강수의 증가가 나타난 것으로 해석된다. 극한강수에 가장 많은 빈도로 영향을 주는 모드는 모형의 현재 기후의 경우 동아시아 여름몬순 전선 상의 저기압 모드, 미래의 경우 2°C 온난화에서는 태풍유형, 3°C 온난화에서는 중위도 저기압 모드가 나타났다. 특히, 3°C 온난화의 경우 각 모드에 의한 강수강도가 크게 증가할것으로 나타나 극한강수에 따른 재해가 증가할 것을 알 수 있다. 본 연구에서 제시한 극한강수의 객관적인 분류방법은 기후변화에 따른 극한강수의 증가를 심층 이해하는 데에 유용한 분석 방법이 될 것으로 생각된다. 또한, 분석된 지구온난화에 따른 동아시아지역의 지역기후변화는 향후 같은 기준선으로부터 분석된 타 기후변화 연구와의 상호비교에 적합한 비교자료로 사용될 수 있을 것이며, UN 기후협약에서 제시하는 수준의 지구온난화가 동아시아지역의 평균 기후와 재해 기상 (high-impact weather) 중 하나인 극한강수에 미치는 영향을 이해하고 변화에 대비하는 데에 유용한 가이드라인이 될 것으로 생각된다.
2015년 UN 파리협약 이후 산업화 이전 대비 2°C 온난화 수준을 지키고 가능하다면 1.5°C 지구온난화 수준을 넘지 않도록 온실가스 배출량 감소를 위한 목표를 세웠다. 하지만, 미국의 파리협정 탈퇴와 더불어 온실가스의 관성 및 복잡한 되먹임 과정 (feedback) 등에 의해 2°C 온난화 수준의 제한 달성 여부에도 회의적인 의견이 존재한다. 이에 본 연구에서는 산업화 이전수준 대비 2°C, 3°C 지구온난화가 동아시아 및 한국의 기후대와 극한강수의 변화에 미치는 영향을 살펴보았다. 모형의 온실가스 강제력에 대한 민감도 차이로부터 발생할 수 있는 불확실성을 줄이기 위해, 본 연구에서는 산업화 이전을 1860~1900년으로 정의하고 각 모형별로 해당 기간의 지구 지표면 온도 평균으로부터 2°C, 3°C 증가한 시기를 분석기간으로 선정하였다. 또한, 역학적 규모축소실험의 설계에서 오는 불확실성을 줄이기 위해 CORDEX-EA 2단계의 권고 실험 설계를 따라 생산된 앙상블 지역 기후변화 자료를 사용하였다. 먼저, 기온과 강수의 평균적인 변화 및 계절 변동성의 변화를 하나의 매트릭스 (matrix) 로 표현하는 쾨펜-트레와다 기후대 구분을 이용해 미래 동아시아 기후대의 변화를 분석하였다. 한국 및 일본, 중국의 화북 평원지역과 같이 메가씨티 (mega-city) 를 포함하는 극동아시아 지역에서는 온대기후대 (D) 에서 아열대기후대 (C) 로 변화하는 지역이 증가하였고, 이 지역에서는 HYINT도 함께 증가한 것을 확인하였다. 하지만 2°C 수준의 온난화를 유지한다면 한국과 일본의 해안선을 따라 나타나는 아열대기후대의 확장을 현재 수준과 비슷하게 유지할 수 있을 것으로 전망된다. 남아시아 지역의 경우 열대 습윤 기후가 21세기 후반까지 꾸준히 증가할 것으로 전망되었다. 이러한 덥고 습윤한 기후의 증가는 인간의 생존에 직접적인 영향을 주는 열스트레스 (heat stress) 를 높일 것으로 예상된다. 한편, 동아시아 영역 전체에 대해 사막화의 증가가 나타났다. 그 가운데 중국의 주요 옥수수 주산지인 중국의 동북 삼성의 사막화는 2°C 온난화 수준에서 이미 나타나기 시작하며, 이는 식량 안보와 사회-경제적 문제를 야기할수있다. 또한, 몽골과 카자흐스탄 등에서 나타나는 사막지역의 확장은 해당 지역의 기후변화뿐만 아니라 편서풍의 풍하측 지역의 대기질에도 영향을 미칠 것으로 전망된다. 티벳 고원의 경우 동아시아 영역에서 유일하게 툰드라 기후대를 가지는 지역으로 가장 빠른 감소추세를 나타냈으며, 21세기 말까지 툰드라 기후대가 모두 사라지고 사막이나 냉대기후대로 변화할 것으로 전망되었다. 이 지역은 동아시아지역의 주요한 강들의 발원지로 얼음, 눈, 영구동토 등의 형태로 물을 저장하고 있는 곳이기 때문에 이곳의 기후대 변화는 수문학적 순환에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 또한, 해당 지역의 빙권, 지면 생태계의 변화는 동아시아 몬순과 같은 대기 순환에도 영향을 줄 수 있으므로 해당 지역의 기후대 변화와의 상호작용을 고려한 기후변화 연구가 필요할 것이다. 한편, 기후변화가 나타난 대부분의 영역에서 극한강수 강도의 증가 및 연속 무강수 일수가 증가하여 HYINT가 증가할 것으로 전망되어 강수관련 재해가 증가할 것으로 전망되었다. 남한의 극한강수 역시 미래로 갈수록 증가하는 경향을 나타내었으며, 이는 선행연구의 결과와 일치한다. 하지만 이러한 극한강수를 유발하는 종관패턴과 기후변화에 따른 이의 변화를 설명하는 선행연구는 부족하다. 이에 본 연구에서는 딥러닝 방법 중 비지도 학습법으로 알려진 자기조직화방법과 K-평균 클러스터링 기법을 활용해 4가지 극한강수 유발 종관패턴을 분류하였다. 이때, 강수를 유발하는 열역학적 요소인 상당온위와 역학적 요소인 수평 바람장을 함께 고려하기 위해 본 연구에서는 combine EOF의 방식을 접목한 결합형 자기조직화 방법을 이용하여 분류 방법에 독창성을 더하였다. 한반도에 95퍼센타일 강도 이상의 극한강수를 유발하는 종관패턴은 크게 동아시아 여름몬순 전선 상의 저기압, 북태평양고기압의 가장자리, 강하게 발달한 중위도 저기압 시스템 그리고 태풍형 소용돌이 (TC-like Vortex) 4가지로 분류되었다. 모형의 현재기후 실험에서도 이 같은 4개의 시스템이 잘 구분되어 모형이 극한강수와 관련된 종관장을 유의하게 모의할 수 있음을 확인하였다. 일반적으로 모형의 강수에서 태풍의 영향을 따로 구분해 내는 것은 어려운 것으로 알려져 있는데, 본 연구에서 개발한 분류기법을 이용하였을 때 태풍형의 극한강수 사례가 객관적으로 다른 극한강수 사례와 구분되는 장점을 보였다. 한반도의 95퍼센타일 강수는 2°C와 3°C 수준의 지구온난화 하에서 발생빈도가 40~100% 증가할 것으로 나타났다. 특히 이러한 특징은 일 강수 200mm/day 이상의 강수강도에서 크게 증가하며, 3°C 온난화 수준에서 더욱 눈에 띄게 나타났다. 각 모드별로 살펴보면 2°C 온난화 수준에서는 동아시아 여름 몬순 전선 상의 저기압 모드의 강수 강도가 가장 크게 증가하였고, 3°C 온난화 수준에서는 모든 모드의 강수 강도가 증가하였다. 극한강수의 강도가 증가한 모드에서는 공통적으로 역학적 요인의 증가가 발생하였으나, 열역학적 요인의 증가가 더욱 지배적으로 나타났다. 즉, 미래의 바람은 한반도의 강수를 증가시키기 유리한 형태로 변화하였으며, 대기의 절대습도량이 기온증가대비 클라시우스-크라페리온 관계 (C-C relationship) 이상의 기울기로 증가함에 따라 극한강수의 증가가 나타난 것으로 해석된다. 극한강수에 가장 많은 빈도로 영향을 주는 모드는 모형의 현재 기후의 경우 동아시아 여름몬순 전선 상의 저기압 모드, 미래의 경우 2°C 온난화에서는 태풍유형, 3°C 온난화에서는 중위도 저기압 모드가 나타났다. 특히, 3°C 온난화의 경우 각 모드에 의한 강수강도가 크게 증가할것으로 나타나 극한강수에 따른 재해가 증가할 것을 알 수 있다. 본 연구에서 제시한 극한강수의 객관적인 분류방법은 기후변화에 따른 극한강수의 증가를 심층 이해하는 데에 유용한 분석 방법이 될 것으로 생각된다. 또한, 분석된 지구온난화에 따른 동아시아지역의 지역기후변화는 향후 같은 기준선으로부터 분석된 타 기후변화 연구와의 상호비교에 적합한 비교자료로 사용될 수 있을 것이며, UN 기후협약에서 제시하는 수준의 지구온난화가 동아시아지역의 평균 기후와 재해 기상 (high-impact weather) 중 하나인 극한강수에 미치는 영향을 이해하고 변화에 대비하는 데에 유용한 가이드라인이 될 것으로 생각된다.
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