일 최고기온 및 최저기온에 의해 구동되는 개화생리모형에 근거하여 개나리, 진달래, 벚꽃의 온도시간을 추정하고 이를 이용하여 기후변화에 따른 미래 봄꽃 개화일의 지리적 분포를 한반도 전 지역을 대상으로 파악하고자 하였다. RCP8.5 기반의 한반도 전역 12.5km 해상도 일별 기온전망자료를 이용하여 미래 3개 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)의 개화일을 예측하고 이를 기준평년(1971-2000)의 실측 분포와 비교하였다. 봄꽃 3종 모두 지속적으로 개화시기가 앞당겨지고 기준평년에는 개화 불가능지역으로 분류되는 양강도와 개마고원까지 미래에는 개화가 가능해질 것으로 전망된다. 가까운 미래인 2011-2040 평년에는 봄꽃 3종 모두 지역에 따라 최소 3~5일에서 최대 10~11일까지 개화시기가 단축될 것으로 예상된다. 중간 미래인 2041-2100 기간에는 최소 9~11일부터 최대 23~24일까지 개화시기가 단축되고, 먼 미래인 2071-2100 평년이 되면 개나리와 진달래는 최소 17~19일에서 최대 36~38일까지 평균 25일이 줄어들며, 벚꽃개화는 평균 26일이 단축될 것으로 전망된다. 개화일 단축일수는 내륙 산간지대보다 해안도서 및 평야지대에서 커지는 경향이다.
일 최고기온 및 최저기온에 의해 구동되는 개화생리모형에 근거하여 개나리, 진달래, 벚꽃의 온도시간을 추정하고 이를 이용하여 기후변화에 따른 미래 봄꽃 개화일의 지리적 분포를 한반도 전 지역을 대상으로 파악하고자 하였다. RCP8.5 기반의 한반도 전역 12.5km 해상도 일별 기온전망자료를 이용하여 미래 3개 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)의 개화일을 예측하고 이를 기준평년(1971-2000)의 실측 분포와 비교하였다. 봄꽃 3종 모두 지속적으로 개화시기가 앞당겨지고 기준평년에는 개화 불가능지역으로 분류되는 양강도와 개마고원까지 미래에는 개화가 가능해질 것으로 전망된다. 가까운 미래인 2011-2040 평년에는 봄꽃 3종 모두 지역에 따라 최소 3~5일에서 최대 10~11일까지 개화시기가 단축될 것으로 예상된다. 중간 미래인 2041-2100 기간에는 최소 9~11일부터 최대 23~24일까지 개화시기가 단축되고, 먼 미래인 2071-2100 평년이 되면 개나리와 진달래는 최소 17~19일에서 최대 36~38일까지 평균 25일이 줄어들며, 벚꽃개화는 평균 26일이 단축될 것으로 전망된다. 개화일 단축일수는 내륙 산간지대보다 해안도서 및 평야지대에서 커지는 경향이다.
This study was carried out to evaluate the geospatial characteristics of blooming date migration in three major spring flowers across North and South Korea as influenced by climate change. A thermal time-based phenology model driven by daily maximum and minimum temperature was adjusted for the key p...
This study was carried out to evaluate the geospatial characteristics of blooming date migration in three major spring flowers across North and South Korea as influenced by climate change. A thermal time-based phenology model driven by daily maximum and minimum temperature was adjusted for the key parameters (i.e., reference temperature, chilling requirement, heating requirement) used for predicting blooming of forsythia, azaleas, and Japanese cherry. The model was run by the RCP 8.5 projected temperature outlook over the Korean Peninsula and produced the mean booming dates for the three climatological normal years in the future (2011-2040, 2041-2070, and 2071-2100) at a 12.5 km grid spacing. Comparison against the observed blooming date patterns in the baseline climate (1971-2000) showed that there will be a substantial acceleration in blooming dates of the three species, resulting in cherry booming in February and flowers of azaleas and forsythia found at the top of mountain Baikdu by the 2071-2100 period. Flowering dates of the three species in the near future (2011-2040) may be accelerated by 3-5 days at minimum and 10-11 days at maximum compared with that in the baseline period (1971-2000). Those values corresponding to the middle future (2041-2070) can be from a minimum of 9-11 days to a maximum of 23-24 days. Blooming date of Japanese cherry can be accelerated by 26 days on average for the far future (2071-2100). The acceleration seems more prominent at islands and coastal plain areas than over inland mountainous areas.
This study was carried out to evaluate the geospatial characteristics of blooming date migration in three major spring flowers across North and South Korea as influenced by climate change. A thermal time-based phenology model driven by daily maximum and minimum temperature was adjusted for the key parameters (i.e., reference temperature, chilling requirement, heating requirement) used for predicting blooming of forsythia, azaleas, and Japanese cherry. The model was run by the RCP 8.5 projected temperature outlook over the Korean Peninsula and produced the mean booming dates for the three climatological normal years in the future (2011-2040, 2041-2070, and 2071-2100) at a 12.5 km grid spacing. Comparison against the observed blooming date patterns in the baseline climate (1971-2000) showed that there will be a substantial acceleration in blooming dates of the three species, resulting in cherry booming in February and flowers of azaleas and forsythia found at the top of mountain Baikdu by the 2071-2100 period. Flowering dates of the three species in the near future (2011-2040) may be accelerated by 3-5 days at minimum and 10-11 days at maximum compared with that in the baseline period (1971-2000). Those values corresponding to the middle future (2041-2070) can be from a minimum of 9-11 days to a maximum of 23-24 days. Blooming date of Japanese cherry can be accelerated by 26 days on average for the far future (2071-2100). The acceleration seems more prominent at islands and coastal plain areas than over inland mountainous areas.
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문제 정의
본 연구에서는 (1) RCP8.5 기후변화시나리오에 의해 전망된 기온자료를 온도시간(thermal time)으로 변환하여 (2) 한반도 전역에서 예상되는 미래 봄꽃(개나리, 진달래, 벚꽃) 개화일의 지리적 분포를 파악하고자 하였다.
이 같은 판단에 따라 본 연구에서는 기준기후조건에서의 예상 개화분포도를 현실에 맞게 보정하는 작업을 수행하였다. 새 기준값은 전국의 기상관서에서 표준목을 관찰하여 매년 개화시기를 기록한 계절기상 관측값과 시나리오 기후자료에 근거한 예상개화일의 지리공간변이를 기반으로 하였다.
일 최고기온 및 최저기온에 의해 구동되는 개화생리모형에 근거하여 개나리, 진달래, 벚꽃의 온도시간을 추정하고 이를 이용하여 기후변화에 따른 미래 봄꽃개화일의 지리적 분포를 한반도 전 지역을 대상으로 파악하고자 하였다. RCP8.
가설 설정
5 시나리오에 기초하여 산출된 것이기 때문에(NIMR, 2011), 새로 복원한 기준평년 개화분포도와 변화양상을 동일한 조건에서 평가하기 위해서는 미래 개화일 예측자료 역시 적절히 보정해야 한다. 하지만 미래 기후조건에서는 개화일 실측값을 활용할 수 없으므로 기준평년 복원작업에 사용한 2011-2020 기간의 시나리오 기반 개화일 분포도를 현재시기(2001-2010)의 개화분포도로 가정하였다. 기준평년(1971-2000)에 실제 관측된 남한 45개 기상관서의 평균 개화일 대비 현재기간 관측값의 변화량만큼을 시나리오 상 기준평년 개화일 예상분포도에 적용하여 2011-2020 시기에 대해서도 실제 관측자료가 반영된 개화분포도를 복원할 수 있다.
제안 방법
일 최고기온 및 최저기온에 의해 구동되는 개화생리모형에 근거하여 개나리, 진달래, 벚꽃의 온도시간을 추정하고 이를 이용하여 기후변화에 따른 미래 봄꽃개화일의 지리적 분포를 한반도 전 지역을 대상으로 파악하고자 하였다. RCP8.5 기반의 한반도 전역 12.5km 해상도 일별 기온전망자료를 이용하여 미래 3개 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)의 개화일을 예측하고 이를 기준평년(1971-2000)의 실측 분포와 비교하였다. 봄꽃 3종 모두 지속적으로 개화시기가 앞당겨지고 기준평년에는 개화 불가능지역으로 분류되는 양강도와 개마고원까지 미래에는 개화가 가능해질 것으로 전망된다.
RCP8.5 시나리오 기후조건에서 예상되는 한반도 일별 기온자료에 의해 실용형 개화일예측모형을 구동하여 사방 12.5km 간격 격자점 단위로 개나리, 진달래, 벚꽃의 미래 개화일을 예측하였다. 이들로부터 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100기간에 대해 각각 평균을 구하고, 기준평년(1971-2000)에 대한 미래 각 평년의 편차를 계산한 것이 Fig.
먼저 1971년부터 2000년까지 지속적으로 관측해온 대표 기상관서 45개를 선정하여 30년 동안 개나리, 진달래, 벚꽃 개화일 평균값을 계산하였다. 다음에는 각각의 봄꽃에 대해 45개 지점 관측 개화일의 산술평균을 구하여 남한 전역에 대한 기준평년(1971-2000)의 대표 평균 개화시기를 얻었다. 기준기후조건에서 나타날 수 있는 지역별 개화일의 지리공간변이는 시나리오 기온자료 가운데 현재와 가장 가까운 2011-2020 기간의 예상개화일 분포 변이와 같을 것으로 간주하였다.
관측자료에 의해 새롭게 제작된 2011-2020 시기의 시나리오 개화분포도와 기존 개화분포도와의 편차는 결과적으로 시나리오자료에 포함된 기준평년 기온자료에 의한 개화일 예측값을 실제 기상관서에서 관측한 값으로 변경함으로써 도입된 편차증가분과 같다. 따라서 10년 단위로 산출한 미래 예상개화분포도에 각각의 편차증가분을 제거하고, 최종적으로 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100 등 3개 기후학적 평년에 대해 다시 평균을 구하여 기준평년(1971-2000)의 평균값과 비교하였다.
5 기반의 미래 기후조건에서 격자단위 개화일 분포 추정이 가능하도록 2011년부터 2100년까지 일별 자료를 공간연산이 가능한 ESRI Grid 포맷으로 변환하였다. 또한 현재로부터 미래변화수준을 검토하고자 시나리오자료와 함께 제공되는 기준평년(1971-2000)에 대한 평균된 일별 기온자료도 격자분포형으로 변환하였다.
새 기준값은 전국의 기상관서에서 표준목을 관찰하여 매년 개화시기를 기록한 계절기상 관측값과 시나리오 기후자료에 근거한 예상개화일의 지리공간변이를 기반으로 하였다. 먼저 1971년부터 2000년까지 지속적으로 관측해온 대표 기상관서 45개를 선정하여 30년 동안 개나리, 진달래, 벚꽃 개화일 평균값을 계산하였다. 다음에는 각각의 봄꽃에 대해 45개 지점 관측 개화일의 산술평균을 구하여 남한 전역에 대한 기준평년(1971-2000)의 대표 평균 개화시기를 얻었다.
이 같은 판단에 따라 본 연구에서는 기준기후조건에서의 예상 개화분포도를 현실에 맞게 보정하는 작업을 수행하였다. 새 기준값은 전국의 기상관서에서 표준목을 관찰하여 매년 개화시기를 기록한 계절기상 관측값과 시나리오 기후자료에 근거한 예상개화일의 지리공간변이를 기반으로 하였다. 먼저 1971년부터 2000년까지 지속적으로 관측해온 대표 기상관서 45개를 선정하여 30년 동안 개나리, 진달래, 벚꽃 개화일 평균값을 계산하였다.
(2013)이 제시한 지역별 보정값을 적용하여 최종 개화일 분포 주제도(theme layer)를 완성하였다. 이들 주제도를 10년치씩 공간연산에 의해 평균하여 각 시기별 평균 개화일로 삼아 기준평년과의 차이를 평가하였다.
기준기후조건에서 나타날 수 있는 지역별 개화일의 지리공간변이는 시나리오 기온자료 가운데 현재와 가장 가까운 2011-2020 기간의 예상개화일 분포 변이와 같을 것으로 간주하였다. 즉 남한영역의 관측된 실측 개화일 평균값 대비 편차를 12.5km 격자 단위로 계산하여 이것을 기준평년의 봄꽃 개화일 공간변이 분포도로 삼았다.
이론/모형
(2013)이 제시한 Cesaraccio et al.(2004)의 생물계절 모델을 기반으로 하였다. 이 방법은 겨울을 겪어야 하는 온대수목에 있어서 화아분화-휴면-발아-개화에 이르는 전 과정을 시간에 온도의 개념을 접목시킨 복합물리량 ‘온도시간’으로 정량화 한 것으로써, 생물계절 이론에 따라 겨울철 휴면에 돌입 후 해제되는데 필요한 저온요구량과 내생휴면이 해제된 후 개화에 이르기까지 필요한 고온요구량 등 식물마다 가지고 있는 고유모수(parameters)만 알고 있으면, 기온자료로부터 지역에 무관하게 개화일을 추정할 수 있다.
미래 기온기후도 제작에는 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 5차보고서에 채택된 RCP(Representative Concentration Pathway) 시나리오 기반의 미래 기후전망을 이용하였다. 국립기상연구소는 영국 기상청 해들리센터 지역기후모델인 HadGEM3-RA (Atmospheric Regional climate model of Hadley Centre Global Environment Model version 3)로부터 우리나라 지역에 대하여 복잡한 지리적 특성을 반영한 12.
성능/효과
12.5km 해상도의 한반도 개화분포도는 1,889개의 격자로 구성되는데, 이들 격자점의 값을 근거로 공간분포 상의 최고, 최저, 평균값은 물론 표준편차까지 산출할 수 있다. 개나리의 경우 기준평년에 가장 개화가 빠른 격자점은 3월 7일, 가장 늦게 꽃이 피는 격자점은 5월 11일로서 개화시기의 변동폭은 2개월 이상이다.
기준평년의 평균 개화일이 4월 14일이었던 벚꽃의 경우 기후변화에 의한 개화일 단축속도가 개나리나 진달래보다 더 빨라서 가까운 미래, 중간 미래, 먼 미래에 각각 8일, 7일, 11일씩 단축되어 먼 미래에는 기준평년보다 총 26일이 앞당겨질 것으로 예측되었다. 이에 따라 먼 미래에는 평균적으로 3월 21일 경 전국적으로 개화하며, 백두산 정상부근을 제외하고는 한반도 전 지역에서 벚꽃이 피는 것을 볼 수 있을지 모른다.
(2012)은 평년의 월별 기후자료를 Fourier 급수 등으로 평활화 시킨 일자료를 이용하여 응용기후정보를 제작할 경우 문제가 심각할 수 있음을 보고한 바 있는데, 농림생태계의 기후변화 반응을 평가할 때 기후의 평균값보다는 극한값(extremes)이나 임의성(randomness)에 근거한 확률추정 복원자료를 사용하는 것이 더 합리적일 수 있다. 또한 지역기후모델 HadGEM3-RA로부터 과거 기준평년에 대해 모의된 겨울철 기온값은 같은 기간 서울, 충주, 대구, 제주 관측소를 대상으로 한 실제 관측값과 비교했을 때 평균적으로 -2.3oC 낮으며, 대구의 경우 평균 -3.4oC 낮은 경향을 보임으로써 시나리오 기준값 자체에 대한 재해석작업이 필요하다(Fig. 1).
5 기반의 출력물을 제공하고 있다(NIMR, 2011). 본 연구에 사용된 시나리오는 현재 추세로 2100년까지 온실가스가 배출된다고 간주하는 RCP8.5로서, 기후변화를 완화하기 위해 온실가스 저감 노력을 시행하지 않을 경우에 대한 결과로, 2100년까지 한반도 평균기온은 6.0oC 이상 높아지고, 강수량은 20.4% 증가할 것으로 전망하고 있다. 한편 12.
5km 해상도 일별 기온전망자료를 이용하여 미래 3개 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)의 개화일을 예측하고 이를 기준평년(1971-2000)의 실측 분포와 비교하였다. 봄꽃 3종 모두 지속적으로 개화시기가 앞당겨지고 기준평년에는 개화 불가능지역으로 분류되는 양강도와 개마고원까지 미래에는 개화가 가능해질 것으로 전망된다. 가까운 미래인 2011-2040 평년에는 봄꽃 3종 모두 지역에 따라 최소 3~5일에서 최대 10~11일까지 개화시기가 단축될 것으로 예상된다.
후속연구
기후변화시나리오 중 매일의 기온변화를 추출하여 생물계절 모형을 구동하면 향후 100년간 봄꽃의 개화일을 예상해볼 수도 있다. 이를 통해 21세기 한반도 기온변화가 생태계 봄철 생물계절에 얼마만큼 영향을 미칠 것인지, 특히 시민생활과 밀접한 관련이 있는 봄꽃의 개화일이 어떻게 변할 것인지 기후변화의 영향을 체감할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기상청의 기준평년 기온자료의 단점은 무엇인가?
, 2013). 그러나 기상청에서 제공받은 기준평년 기온자료는 30년 동안 일별 평균이므로 이 자료에 의해 개화일을 추정할 경우 실제 존재하는 개화일의 연차변이를 고려하지 못하는 단점이 있다. 1971-2000기간 일 기온자료로부터 매년 예상 개화일을 산출하여 30년치를 평균한 개화일 결과는 이미 30년 평균된 일 기온자료에 의해 추정한 예측개화일의 결과와는 다를 수 밖에 없다.
생물계절 모형을 통해 봄꽃의 개화일을 예상할 경우 어떤 결과를 얻을 수 있는가?
기후변화시나리오 중 매일의 기온변화를 추출하여 생물계절 모형을 구동하면 향후 100년간 봄꽃의 개화일을 예상해볼 수도 있다. 이를 통해 21세기 한반도 기온변화가 생태계 봄철 생물계절에 얼마만큼 영향을 미칠 것인지, 특히 시민생활과 밀접한 관련이 있는 봄꽃의 개화일이 어떻게 변할 것인지 기후변화의 영향을 체감할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다.
본 연구에 사용된 시나리오인 RCP8.5의 특징은 무엇인가?
5 기반의 출력물을 제공하고 있다(NIMR, 2011). 본 연구에 사용된 시나리오는 현재 추세로 2100년까지 온실가스가 배출된다고 간주하는 RCP8.5로서, 기후변화를 완화하기 위해 온실가스 저감 노력을 시행하지 않을 경우에 대한 결과로, 2100년까지 한반도 평균기온은 6.0oC 이상 높아지고, 강수량은 20.4% 증가할 것으로 전망하고 있다. 한편 12.
참고문헌 (11)
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