[논문]한반도 봄철 강수량의 장기변동과 미래변화

김고운; 옥정; 서경환; 한상대

doi:10.14191/atmos.2012.22.4.449

한반도 봄철 강수량의 장기변동과 미래변화
Interdecadal Variability and Future Change in Spring Precipitation over South Korea 원문보기

대기 = Atmosphere, v.22 no.4, 2012년, pp.449 - 454

김고운 (부산대학교 지구환경시스템학부 대기환경과학과) , 옥정 (부산대학교 지구환경시스템학부 대기환경과학과) , 서경환 (부산대학교 지구환경시스템학부 대기환경과학과) , 한상대 (부산대학교 지구환경시스템학부 대기환경과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study presents the long-term variability of spring precipitation over the Korean peninsula. It is found that the significant interdecadal change in the spring precipitation has occurred around year 1991. Over the Korean peninsula the precipitation for the post-1991 period increased by about 30 mm per year in CMAP and station-measured data compared to the precipitation prior to year 1991. Due to an increased baroclinicity during the later period, the low-level negative pressure anomaly has developed with its center over northern Japan. Korea is situated at the western end of the negative pressure anomaly, receiving moisture from westerly winds and producing more precipitation. Also, we estimate the change in the near future (years 2020~2040) spring precipitation using six best performing Coupled Model Intercomparison Project 3 (CMIP3) models. These best model ensemble mean shows that spring precipitation is anticipated to increase by about 4% due to the strengthened westerlies accompanied by the northwestern enhancement of the North Pacific subtropical high.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 1981~2010년 (30년)동안 한반도 봄철강수량의 장기변동과 발생 원인을 분석하였다. 그 결과, Lepage test를 통하여 한반도 봄철강수량의 장기 변동이 1991년을 기준으로 발생했음을 99% 신뢰 구간에서 확인하였고, 91년 이전에 비해 91년 이후 한반도 봄철강수량은 연평균 약 30 mm 증가하였다.
앞서 1991년 이전과 이후 한반도 봄철강수량의 장기변동과 주위 대기순환장의 변화에 관하여 분석하였다. 이 절에서는 봄철강수량이 미래에 어떻게 변화 하는지를 전망하고, 한반도와 주변의 미래 봄철강수량 변화 요인을 알아보았다.
그러나 이러한 장기변동 이후부터 현재까지 한반도 봄철강수량의 장기변동에 주목하는 연구는 거의 알려진 바 없고, 앞으로의 봄철강수량의 변화에 대해서도 살펴보는 연구도 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 1981년부터 2010년까지의 한반도의 봄철강수량의 장기변동을 살피고, 한반도를 포함한 동아시아의 대기순환 분석을 통해 한반도 봄철강수량 장기변동의 원인을 나타내고자 한다. 또한 유엔 (UN) 정부간기후변화패널 (IPCC; Intergovernmental Panel for Climate Change)의 4차 보고서에 참여한 CMIP3 (Couple Model Intercomparison Project 3)모델을 이용하여 미래 봄철 강수량의 변화를 전망할 것이다.

제안 방법

또한, 4년부터 10년까지 moving window를 해본 결과에서도 1990년에 가장 큰 장기변동이 각각의 자료에서 나타났다 (그림 미제시). 그러므로 본 연구에서는 99% 신뢰구간에 따른 한반도 봄철강수량의 장기변동이 1990년과 1991년에 가장 크게 나타났기 때문에, 이를 기준으로 91년 이전 (1981~1990년)과 91년 이후 (1991~2008년)로 나누어 분석을 수행하였다.
먼저, 봄에 일시적으로 강수량이 증가하는 기간인 ‘봄장마’에 대해 중점적으로 분석하였다.
미래 동아시아의 대기순환 변화를 살펴보기 위하여, 2020~2040년과 1979~1999년 강수량 (음영), 하층 지 위고도 (선), 바람 (화살표)의 차이를 나타내었다 (Fig. 4(a)와 (b)).
앞서 1991년 이전과 이후 한반도 봄철강수량의 장기변동과 주위 대기순환장의 변화에 관하여 분석하였다. 이 절에서는 봄철강수량이 미래에 어떻게 변화 하는지를 전망하고, 한반도와 주변의 미래 봄철강수량 변화 요인을 알아보았다.
미래인 2020~2040년 봄철강수량 변화를 정량적으로 나타내기 위해서, CMIP3 22개 모델의 A1B 시나 리오 자료를 사용하였다. 여름철에 비해 봄철에는 적은 강수량이 모의되므로 연 총강수량을 가장 많이 차지하는 여름철강수를 모델의 선정기준으로 정하였다. 모델 선정방법으로 통계적 방법인 Taylor diagram을 이용하여 1979~1999년 메이유-장마-바이우 주요 강수 대의 평균적 공간 분포와 동아시아 여름철 경년변동에 대한 모의성능을 평가하였다.
모델 선정에 대한 더욱 자세한 설명은 Seo and Ok (2012) 에서 얻을 수 있다. 위를 바탕으로 우수한 모의성능을 지닌 6개 모델의 자료를 앙상블하여 미래 봄철강 수량 변화를 살펴보았으며, 이러한 변화를 이끄는 주요 변수와의 연관성에 대해서도 분석하였다.
위의 장기변동이 일어난 시점을 기준으로 한반도 봄철강수량의 변동을 알아보기 위하여, 60개 기상관측지점 평균의 봄철강수량과 CMAP자료의 한반도 영역 평균의 봄철강수량 시계열을 나타내었다 (Fig. 2). 기상관측자료의 한반도 봄철강수량은 91년 이전 평균 188.
전구자료인 CMAP의 한반도영역 봄철강수량과 한반도에 국한적인 기상관측지점의 봄철강수량이 비슷한 수치를 보였으며, 강수 시계열 역시 비슷한 변동을 보이고 있기 때문에 전구자료인 NCEP 재분석자료를 이용하여 한반도 봄철강수량의 장기변동과 한반도 주위 대기순환이 어떤 연관이 있는지 살펴보았다 (Fig. 3). Fig.
통계적으로 유의한 장기변동의 변화가 나타나는 해를 찾기 위해서 30년 봄철강수량 시계열을 사용하여 Lepage test를 수행하였다 (Fig. 1). 사용한 30년 봄철강수량 시계열은 60개 기상관측소의 봄철강수량을 평균한 값과 CMAP자료의 한반도 영역 (125^o-130^oE, 35o-40^oN) 봄철강수량을 평균한 값이다.
한반도 봄철강수량에 영향을 주는 요인을 분석하기 위해서, 한반도 주변의 대기순환 상층 (500 hPa)과 하층 (850 hPa)의 지위고도 (gpm), 기온 (K), 동서류 (m s−1), 경압불안정 지수 (Eady growth rate; σ = 0.31 | f / N ×# ) (Lindzen and Farrell, 1980)를 이용하였다.

대상 데이터

또한 한반도 봄철강수량 장기변동과 연관된 대기순환장을 나타내기 위해서 2.5o × 2.5o 격자간격의 NCEP/DOE (National Centers for Environmental Prediction- Department of Energy) 재분석자료를 사용하였다.
미래인 2020~2040년 봄철강수량 변화를 정량적으로 나타내기 위해서, CMIP3 22개 모델의 A1B 시나 리오 자료를 사용하였다. 여름철에 비해 봄철에는 적은 강수량이 모의되므로 연 총강수량을 가장 많이 차지하는 여름철강수를 모델의 선정기준으로 정하였다.
본 연구에서는 한반도 봄철강수량 장기변동을 살펴보기 위해 기상청 60개 기상관측소의 일 강수 자료와 2.5o × 2.5o 격자간격의 CMAP (Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation) 5일 평균 자료 (pented)를 일자료로 내삽하여 사용하였다.
5^o 격자간격의 NCEP/DOE (National Centers for Environmental Prediction- Department of Energy) 재분석자료를 사용하였다. 봄철강수량은 3~5월 동안 내린 강수량으로 정의하였으며, 1981년부터 2010년까지 총 30년 자료에 대해 분석을 수행하였다.
4(a)와 (b)). 사용된 자료는 앞서 설명된 1979~1999년의 주요 강수밴드와 경년변동을 잘 모의하는 6개 모델을 앙상블한 자료이다. 미래 봄철강수량의 변화를 보면 (Fig.
Taylor diagram은 관측값과 모델의 공간상관계수, 정규화된 공간 내 표준편차의 비 (Model standard deviation/OBS standard deviation), 평균제곱근오차 (Root Mean Squared Error, RMSE)를 이용하는 방법이다 (Taylor, 2001). 이 방법에 따라 선정된 모델은 GFDL-CM2.0, GFDL-CM2.1, CNRM-CM3, ECHAM5, MIROC3.2_hires, UKMOHadCM3으로 6개이고, 다른 모델보다 관측자료 (CMAP; Xie and Arkin, 1997)의 여름철강수 평균 공간패턴과 높은 공간패턴 상관계수 (0.6 이상)를 나타내었다. 또한, 정규화된 공간 내 표준편차의 비도 1을 기준으로 0.

이론/모형

여름철에 비해 봄철에는 적은 강수량이 모의되므로 연 총강수량을 가장 많이 차지하는 여름철강수를 모델의 선정기준으로 정하였다. 모델 선정방법으로 통계적 방법인 Taylor diagram을 이용하여 1979~1999년 메이유-장마-바이우 주요 강수 대의 평균적 공간 분포와 동아시아 여름철 경년변동에 대한 모의성능을 평가하였다. Taylor diagram은 관측값과 모델의 공간상관계수, 정규화된 공간 내 표준편차의 비 (Model standard deviation/OBS standard deviation), 평균제곱근오차 (Root Mean Squared Error, RMSE)를 이용하는 방법이다 (Taylor, 2001).

성능/효과

한편, 저기압이 오호츠크해 주변에서 동서방향으로 길게 나타나는데 (Fig. 4(b)), 45N을 기준으로 북쪽에는 저기압, 남쪽에는 고기압이 배치된 기압형태를 따라 기압경도력이 강해지고, 한반도 부근으로 불어오는 바람을 강하게 수렴시킨다. 결과적으로 이러한 과정을 통해 한반도 부근의 봄철강수량이 미래에 증가함을 알 수 있다.
본 연구에서는 1981~2010년 (30년)동안 한반도 봄철강수량의 장기변동과 발생 원인을 분석하였다. 그 결과, Lepage test를 통하여 한반도 봄철강수량의 장기 변동이 1991년을 기준으로 발생했음을 99% 신뢰 구간에서 확인하였고, 91년 이전에 비해 91년 이후 한반도 봄철강수량은 연평균 약 30 mm 증가하였다. 이는 기상관측자료뿐만 아니라 전구자료에서도 나타났다.
이러한 저기압의 가장자리에 위치한 한반도는 이의 영향을 받았기 때문에 봄철 강수량의 장기변동이 발생하였다. 그리고 CMIP3 22개 모델 중에서 주요 강수대의 평균적 공간 분포와 동아시아 여름철 경년변동을 잘 모의하는 6개 모델을 앙상블한 결과, 미래 한반도 봄철강수량은 1979~1999년에 비해 2020~2040년에는 약 4%, 2079~2099년에는 약 15%의 증가가 나타나며, 미래에는 강수대가 대체로 일본열도의 북동쪽으로 이동하였다. 이는 북태평양 고기압이 대만 근처까지 세력을 확장하였고, 강해진 고기압과 서풍계열의 바람으로 인하여 아열대 지역의 수증기 수송의 증가와 관련이 있는 것으로 나타났다.
04 mm로 증가하였다. 두 자료에서 나타난 경년변동의 차이는 각각 10 mm 이상이므로 91년 이후에 한반도 봄철강수량의 변동성이 더 크게 나타남을 알 수 있고, 특히 기상관측자료에 비해 CMAP 자료에서 경년변동의 차이가 더 크게 나타나는 것을알 수 있다. 한편, 30년 기간 중 2000년과 2001년의 봄철강수량이 다른 해에 비해 매우 작았으며, 이러한 봄철가뭄은 상층 고기압 때문에 나타난다.
한반도와 일본열도를 포함한 지역에서 봄철강수량은 증가하며, 일본열도와 그 주위 해양에서 뚜렷하게 봄철강수량이 증가한다. 따라서 91년 이후 경압불안정 지수와 봄철강수량은 일본열도와 그 주변으로 증가했을 뿐만 아니라 이 지역에서 저기압이 강해지고, 서풍계열의 바람이 증가하였음을 알 수있었다.
따라서 91년 이후 한반도 봄철강수량의 장기변동 발생은 사할린 섬을 중심으로 발달된 저기압 때문인 반면 미래의 한반도 봄철강수량의 변화는 북태평양고기압이 서쪽으로 확장함에 따라 나타났고, 이에 따라 각각 한반도 봄철강수량은 증가했다. 향후에 한반도 봄철강수량의 장기변동에 영향을 준 저기압의 빈도와 강도에 대해서 분석 및 수치모델 민감도 실험을 수행하여 정확히 규명하고자 한다.
특히 대만 쪽으로 고기압 세력이 크게 확장 한다. 이러한 북태평양 고기압의 세력확장 및 증가는 서풍계열의 바람을 통하여 북태평양 고기압 연변부에 있는 아열대지역의 수증기를 한반도나 일본열도로가지고 올 수 있으며, 실제 상하이 및 오사카에서 남서풍이 불고 있는 것을 확인 할 수 있다 (Fig. 4(b)).

후속연구

이에 본 연구에서는 1981년부터 2010년까지의 한반도의 봄철강수량의 장기변동을 살피고, 한반도를 포함한 동아시아의 대기순환 분석을 통해 한반도 봄철강수량 장기변동의 원인을 나타내고자 한다. 또한 유엔 (UN) 정부간기후변화패널 (IPCC; Intergovernmental Panel for Climate Change)의 4차 보고서에 참여한 CMIP3 (Couple Model Intercomparison Project 3)모델을 이용하여 미래 봄철 강수량의 변화를 전망할 것이다.
따라서 91년 이후 한반도 봄철강수량의 장기변동 발생은 사할린 섬을 중심으로 발달된 저기압 때문인 반면 미래의 한반도 봄철강수량의 변화는 북태평양고기압이 서쪽으로 확장함에 따라 나타났고, 이에 따라 각각 한반도 봄철강수량은 증가했다. 향후에 한반도 봄철강수량의 장기변동에 영향을 준 저기압의 빈도와 강도에 대해서 분석 및 수치모델 민감도 실험을 수행하여 정확히 규명하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	봄장마 기간은 언제인가?	먼저, 봄에 일시적으로 강수량이 증가하는 기간인 ‘봄장마’에 대해 중점적으로 분석하였다. 봄장마 기간은 4월 2~6일부터 5월 14~16일까지로 정의되었다 (Byun et al., 1992a,b; Byun and Han, 1994; Byun and Lee, 2002).
	봄철강수의 피해사례는?	이러한 과정에서 봄철에 내리는 강수는 산불을 예방하고, 가뭄의 해갈을 도우며 생활 및 공업용수와 영농기 농업용수를 안정적으로 공급하는데 유용하다. 반면에 봄철강수가 크게 증가하면 짧은 일조시간을 야기시켜 저온현상 및 생장저해 등 농작물 피해를 유발 하기도 한다. 이와 같이 봄철강수는 식량 및 수자원 공급, 인간의 생활과 생태계의 환경, 나아가 사회·경제적 분야까지 영향을 미치기 때문에 많은 연구가 이루어졌다.
	장마백서에 따르면 한반도의 계절별 강수량은 어떻게 나타나는가?	일반적으로 한반도의 계절별 강수량은 여름철, 가을철, 봄철, 겨울철 순으로 강하게 나타난다고 알려져 있다. 장마백서 (2011)에 따르면, 일 강수량 80 mm 이상 발생일수는 전 계절 대비 여름철 (6~8월) 약 70%, 가을철 (9~11월) 약 18%, 봄철 (3~5월) 약 11%를 차지하고, 일 강수량 150 mm 이상 발생일수는 여름철약 77%, 가을철 약 16%, 봄철 약 8%를 차지한다고 한다. 이처럼 강수량은 여름철과 가을철에 가장 많이 발생하고, 이후 겨울철 동안 강수량이 적다가 봄철에 강수량이 증가하는 경향을 보인다. 이러한 과정에서 봄철에 내리는 강수는 산불을 예방하고, 가뭄의 해갈을 도우며 생활 및 공업용수와 영농기 농업용수를 안정적으로 공급하는데 유용하다.

참고문헌 (14)

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Byun, H.-R. D.-K. Lee, and C.-H. Jeong, 1992a: A study on the atmospheric circulation during the dry period before the Changma. Part I: existence and characteristics. J. Korean Meteor. Soc., 28, 72-85. (In Korean with English abstract).
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Seo, K.-H. and Jung Ok, 2012: Assessing future changes in the East Asian summer monsoon using CMIP3 models: Results from the best model ensemble. J. Climate, in print.
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Yonetani, T. and G. J. McCabe, 1994: Abrupt changes in regional temperature in the conterminous United States. Climate Res., 4, 13-23.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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