한반도의 봄철은 산수유, 매화, 목련, 진달래, 개나리, 벚꽃, 철쭉 등 다양한 꽃이 순차적으로 개화하는 동적인 경관을 특징으로 한다. 덕분에 지자체들은 봄꽃축제를 통해 관광수입을 올려왔으며, 봄꽃을 따라 남쪽에서 북쪽으로 이동하는 양봉업자는 장기간에 걸쳐 밀원을 확보할 수 있었다. 하지만 최근 봄꽃 개화일의 지역 간 차이와 화종 간 차이가 동시에 줄어들어 계절경관의 경제적, 공익적 가치가 훼손되고 있다. 대표적인 봄꽃인 개나리와 벚꽃의 개화일을 60년 이상 관측해온 6개 기상관서의 자료에 의하면, 먼저 피는 개나리와 늦게 피는 벚꽃의 개화일 편차가 1951-1980 평년에는 최장 30일, 평균 14일이었지만, 1981-2010 평년에는 최장 21일, 평균 11일로 단축되었다. 특히 2014년에는 7일로 단축되어 같은 장소에서 벚꽃과 개나리를 동시에 볼 수 있게 되었다. 또한 부산에서 서울까지 벚꽃전선이 이동하는 데 1951-1980 평년의 경우 20일이 소요되었으나 1981-2010 평년에는 16일로 줄었으며, 2014년에는 6일로 좁혀졌다. 같은 기간 개나리전선은 20일${\rightarrow}$17일${\rightarrow}$12일로 단축되었다. 두 봄꽃의 개화일이 근접해진 이유는 휴면해제 직후 이른 봄의 완만한 기온상승에 비해 늦은 봄의 급격한 기온상승으로 대표되는 한반도의 최근 기후변화양상이 일찍 피는 개나리보다 늦게 피는 벚꽃의 개화를 더욱 앞당겼기 때문으로 추정된다. 지난 60년간 자료로부터 온도시간을 기반으로 개화에 소요되는 고온요구량을 지점별로 도출하여 2014년의 개나리와 벚꽃 개화일을 추정한 결과 평방근오차 2일 이내의 좋은 성적을 얻었다.
한반도의 봄철은 산수유, 매화, 목련, 진달래, 개나리, 벚꽃, 철쭉 등 다양한 꽃이 순차적으로 개화하는 동적인 경관을 특징으로 한다. 덕분에 지자체들은 봄꽃축제를 통해 관광수입을 올려왔으며, 봄꽃을 따라 남쪽에서 북쪽으로 이동하는 양봉업자는 장기간에 걸쳐 밀원을 확보할 수 있었다. 하지만 최근 봄꽃 개화일의 지역 간 차이와 화종 간 차이가 동시에 줄어들어 계절경관의 경제적, 공익적 가치가 훼손되고 있다. 대표적인 봄꽃인 개나리와 벚꽃의 개화일을 60년 이상 관측해온 6개 기상관서의 자료에 의하면, 먼저 피는 개나리와 늦게 피는 벚꽃의 개화일 편차가 1951-1980 평년에는 최장 30일, 평균 14일이었지만, 1981-2010 평년에는 최장 21일, 평균 11일로 단축되었다. 특히 2014년에는 7일로 단축되어 같은 장소에서 벚꽃과 개나리를 동시에 볼 수 있게 되었다. 또한 부산에서 서울까지 벚꽃전선이 이동하는 데 1951-1980 평년의 경우 20일이 소요되었으나 1981-2010 평년에는 16일로 줄었으며, 2014년에는 6일로 좁혀졌다. 같은 기간 개나리전선은 20일${\rightarrow}$17일${\rightarrow}$12일로 단축되었다. 두 봄꽃의 개화일이 근접해진 이유는 휴면해제 직후 이른 봄의 완만한 기온상승에 비해 늦은 봄의 급격한 기온상승으로 대표되는 한반도의 최근 기후변화양상이 일찍 피는 개나리보다 늦게 피는 벚꽃의 개화를 더욱 앞당겼기 때문으로 추정된다. 지난 60년간 자료로부터 온도시간을 기반으로 개화에 소요되는 고온요구량을 지점별로 도출하여 2014년의 개나리와 벚꽃 개화일을 추정한 결과 평방근오차 2일 이내의 좋은 성적을 얻었다.
The spring season in Korea features a dynamic landscape with a variety of flowers such as magnolias, azaleas, forsythias, cherry blossoms and royal azaleas flowering sequentially one after another. However, the narrowing of south-north differences in flowering dates and those among the flower specie...
The spring season in Korea features a dynamic landscape with a variety of flowers such as magnolias, azaleas, forsythias, cherry blossoms and royal azaleas flowering sequentially one after another. However, the narrowing of south-north differences in flowering dates and those among the flower species was observed in 2014, taking a toll on economic and shared communal values of seasonal landscape. This study was carried out to determine whether the 2014 incidence is an outlier or a mega trend in spring phenology. Data on flowering dates of forsythias and cherry blossoms, two typical spring flower species, as observed for the recent 60 years in 6 weather stations of Korea Meteorological Administration (KMA) indicate that the difference spanning the flowering date of forsythias, the flower blooming earlier in spring, and that of cherry blossoms that flower later than forsythias was 30 days at the longest and 14 days on an average in the climatological normal year for the period 1951-1980, comparing with the period 1981-2010 when the difference narrowed to 21 days at the longest and 11 days on an average. The year 2014 in particular saw the gap further narrowing down to 7 days, making it possible to see forsythias and cherry blossoms blooming at the same time in the same location. 'Cherry blossom front' took 20 days in traveling from Busan, the earliest flowering station, to Incheon, the latest flowering station, in the case of the 1951-1980 normal year, while 16 days for the 1981-2010 and 6 days for 2014 were observed. The delay in flowering date of forsythias for each time period was 20, 17, and 12 days, respectively. It is presumed that the recent climate change pattern in the Korean Peninsula as indicated by rapid temperature hikes in late spring contrastive to slow temperature rise in early spring immediately after dormancy release brought forward the flowering date of cherry blossoms which comes later than forsythias which flowers early in spring. Thermal time based heating requirements for flowering of 2 species were estimated by analyzing the 60 year data at the 6 locations and used to predict flowering date in 2014. The root mean square error for the prediction was within 2 days from the observed flowering dates in both species at all 6 locations, showing a feasibility of thermal time as a prognostic tool.
The spring season in Korea features a dynamic landscape with a variety of flowers such as magnolias, azaleas, forsythias, cherry blossoms and royal azaleas flowering sequentially one after another. However, the narrowing of south-north differences in flowering dates and those among the flower species was observed in 2014, taking a toll on economic and shared communal values of seasonal landscape. This study was carried out to determine whether the 2014 incidence is an outlier or a mega trend in spring phenology. Data on flowering dates of forsythias and cherry blossoms, two typical spring flower species, as observed for the recent 60 years in 6 weather stations of Korea Meteorological Administration (KMA) indicate that the difference spanning the flowering date of forsythias, the flower blooming earlier in spring, and that of cherry blossoms that flower later than forsythias was 30 days at the longest and 14 days on an average in the climatological normal year for the period 1951-1980, comparing with the period 1981-2010 when the difference narrowed to 21 days at the longest and 11 days on an average. The year 2014 in particular saw the gap further narrowing down to 7 days, making it possible to see forsythias and cherry blossoms blooming at the same time in the same location. 'Cherry blossom front' took 20 days in traveling from Busan, the earliest flowering station, to Incheon, the latest flowering station, in the case of the 1951-1980 normal year, while 16 days for the 1981-2010 and 6 days for 2014 were observed. The delay in flowering date of forsythias for each time period was 20, 17, and 12 days, respectively. It is presumed that the recent climate change pattern in the Korean Peninsula as indicated by rapid temperature hikes in late spring contrastive to slow temperature rise in early spring immediately after dormancy release brought forward the flowering date of cherry blossoms which comes later than forsythias which flowers early in spring. Thermal time based heating requirements for flowering of 2 species were estimated by analyzing the 60 year data at the 6 locations and used to predict flowering date in 2014. The root mean square error for the prediction was within 2 days from the observed flowering dates in both species at all 6 locations, showing a feasibility of thermal time as a prognostic tool.
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문제 정의
본 연구에서는 2014년의 봄꽃 개화양상이 과거 60년간 기록된 자료와 비교하여 어떤 특성을 갖는지 살펴보고, 향후 봄꽃 개화일의 예측가능성을 검토하였다.
이 가설에 따라 개나리와 벚꽃의 지점별 개화에 필요한 고온요구량을 추정해보았다. 1951-2010 기간 중 매년 2월 15일부터 당해년도 개화일까지 적산 GDD를 지점별로 계산하고 60년 평균을 얻어 개나리와 벚꽃 개화에 필요한 지점별 고온요구량으로 간주하였다.
하지만 명확한 인과관계 설정과 구체적인 영향평가를 위해서는 추가 자료를 이용한 정량적인 연구가 더 필요할 것으로 보인다. 이 논문에서는 다만 6개 지점 가용자료에 근거하여 온도시간의 연차변이가 같은 기간의 개화일 변동을 설명할 수 있는지 검토하였다.
가설 설정
꽃눈이 적당기간의 저온상태를 경과해야만 발아 및 개화가 가능한 온대영년식물에서는 휴면이 끝난 후 매일 온도시간을 계산하여 그 적산값(생장량)이 일정 규모에 도달하면 출엽, 개화 등 특정 발육단계에 이른다고 가정한다(Jung et al., 2005). Kim et al.
식물의 생장량은 온도의존적이므로 발육단계 추정에는 매일의 달력날짜보다도 생장기준온도 이상의 온도 시간(thermal time)을 누적시킨 적산온도 혹은 생장도일(GDD, growing degree day)이 사용된다. 온대영년 식물인 경우 휴면기간 중 꽃눈이 적당기간의 저온상태를 경과해야 하므로 휴면이 끝난 후 온도시간을 계산하여 생장량이 일정 규모에 도달하면 출엽, 개화 등발육단계에 이른다고 가정한다. GDD 계산과정에서 기준온도는 해당 식물의 생장개시온도를 사용하는데, 개나리와 벚꽃의 경우 정확한 값이 보고되지 않았으며 실제 휴면해제일도 알 수 없다.
제안 방법
이 가설에 따라 개나리와 벚꽃의 지점별 개화에 필요한 고온요구량을 추정해보았다. 1951-2010 기간 중 매년 2월 15일부터 당해년도 개화일까지 적산 GDD를 지점별로 계산하고 60년 평균을 얻어 개나리와 벚꽃 개화에 필요한 지점별 고온요구량으로 간주하였다. 두 평년(1951-1980, 1981-2010)의 고온요구량을 각각 계산하여 비교한 결과 어떤 경우에도 60년 평균과 편차 범위를 벗어나지는 않았다(Table 1).
본 연구에서는 연도와무관하게 매년 2월 15일을 휴면해제일로, 기준온도는 5℃로 상정하였다. 1951년부터 2010년 기간 중 매년 2월 15일 이후 생장개시온도 5℃를 기준으로 일별 GDD를 다음 식에 의해 추정하여 4월 30일까지 적산 하였다.
수집된 60년간(1951-2010) 개화일 관측자료를 두개의 기후학적 평년(1951-1980, 1981-2010)으로 분류하고, 각 지점 평년 개화일의 사분위수(25%, 중앙값, 75%, 극값)를 개나리와 벚꽃에 대해 계산하였다. 2014년 관측개화일을 계산된 평년 개화일의 사분위수와 비교하여 상대적인 위치를 판정하였다.
달력날짜 대신 온도시간을 이용하면 2014년 개화특성인 동기화(synchronization, 한 지점에서 개나리와 벚꽃의 동시 개화, 한 화종에서 남부와 북부 동시 개화)도 일정 부분 설명이 가능해진다. 2014년의 개화일을 기준 시점으로 두고 6개 지점의 개나리 개화시기인 3월 11일부터 20일까지, 벚꽃의 개화시기인 3월 21일부터 30일까지 일 평균 GDD를 계산해 보았다. 그 결과 2014년 개나리 개화시기의 GDD 축적속도는 과거 60년 동안 평균에 비해 겨우 0.
다음에는 온도시간을 독립변수로 둔 개화일 예측모형의 도출 가능성을 타진하기 위해 매일 기온자료에 의해 두 평년과 2014년 고온요구량 도달일을 6개 지점별로 산출하여 실측 개화일과 비교하였다. 그 결과 실측 개화일과 예측 개화일 사이의 상관계수는 개나리에서 0.
GDD 계산과정에서 기준온도는 해당 식물의 생장개시온도를 사용하는데, 개나리와 벚꽃의 경우 정확한 값이 보고되지 않았으며 실제 휴면해제일도 알 수 없다. 본 연구에서는 연도와무관하게 매년 2월 15일을 휴면해제일로, 기준온도는 5℃로 상정하였다. 1951년부터 2010년 기간 중 매년 2월 15일 이후 생장개시온도 5℃를 기준으로 일별 GDD를 다음 식에 의해 추정하여 4월 30일까지 적산 하였다.
수집된 60년간(1951-2010) 개화일 관측자료를 두개의 기후학적 평년(1951-1980, 1981-2010)으로 분류하고, 각 지점 평년 개화일의 사분위수(25%, 중앙값, 75%, 극값)를 개나리와 벚꽃에 대해 계산하였다. 2014년 관측개화일을 계산된 평년 개화일의 사분위수와 비교하여 상대적인 위치를 판정하였다.
대상 데이터
다양한 우리나라 봄꽃 중 개나리와 벚꽃 개화는 기상청 계절관측요소의 하나로 관측기간이 오래 되었으며, 매년 예상 개화일을 발표하는 등 활발한 관측과 예보가 이루어져 시민들에게 친숙하며 자료수집이 용이한 이점이 있다. 연구에 사용된 자료는 봄꽃의 개화 시기 조만과 자료축적기간을 감안하여 서울, 인천, 대구, 전주, 부산, 목포 등 총 6지점으로부터 수집하였다(Fig. 1).
지점별 계절관측자료 중 개나리, 벚꽃 개화일에 대하여 1951년부터 2010년까지 60년 기간과 특이연도인 2014년 개화일 자료를 이용하였다. 이들 지점에 대해서는 같은 기간 중 일별 최고, 최저기온자료도 수집하여 분석에 함께 이용하였다.
성능/효과
2014년의 개화일을 기준 시점으로 두고 6개 지점의 개나리 개화시기인 3월 11일부터 20일까지, 벚꽃의 개화시기인 3월 21일부터 30일까지 일 평균 GDD를 계산해 보았다. 그 결과 2014년 개나리 개화시기의 GDD 축적속도는 과거 60년 동안 평균에 비해 겨우 0.99℃/day 증가에 불과한 반면, 벚꽃 개화시기에는 2.84℃/day나 더 빨라져 이해 봄의 기온변동양상이 벚꽃 개화일 단축에 훨씬 유리하게 작용하였다. 이에 따라 개화한 개나리가 미처 지기도 전에 벚꽃의 만개가 가능한 지점이 생겼을 것이다.
다음에는 온도시간을 독립변수로 둔 개화일 예측모형의 도출 가능성을 타진하기 위해 매일 기온자료에 의해 두 평년과 2014년 고온요구량 도달일을 6개 지점별로 산출하여 실측 개화일과 비교하였다. 그 결과 실측 개화일과 예측 개화일 사이의 상관계수는 개나리에서 0.95, 벚꽃에서 0.99를 보였으며, 평방근오차(RMSE)는 각각 2.43일과 1.46일이었다(Fig. 5). 특이 연도인 2014년 자료만 추출하면 개나리의 경우 오히려 RMSE가 1.
이 연구에서 사용한 개화일 관측자료는 기상관서에서 동일한 계절관측요령에 따라 얻어지긴 하지만, 관측목 자체의 비균질성은 물론, 관측환경의 지역특이성, 부적절한 생육환경, 관측자의 숙련도 차이 등에 의해 불가피한 오차가 내재된 것임을 감안하다면 이 정도 예측능력은 상당히 우수한 결과이다. 또한 개화일 예측모형의 전국적인 적용을 위해 Kim et al.
두 봄꽃의 개화일이 근접해진 이유는 휴면해제 직후 이른 봄의 완만한 기온상승에 비해 늦은 봄의 급격한 기온상승으로 대표되는 한반도의 최근 기후변화양상이 일찍 피는 개나리 보다 늦게 피는 벚꽃의 개화를 더욱 앞당겼기 때문으로 추정된다. 지난 60년간 자료로부터 온도시간을 기반으로 개화에 소요되는 고온요구량을 지점별로 도출하여 2014년의 개나리와 벚꽃 개화일을 추정한 결과 평방근오차 2일 이내의 좋은 성적을 얻었다.
3), 확률분포 범위를 벗어나는 이상치(outlier)가 많았던 과거에 비해 지금은 화종 간 편차의 연차변이가 특히 목포, 전주, 인천에서 줄어들었다. 화종간 개화일 편차의 평균값 역시 목포, 전주, 인천을 중심으로 상당히 줄어들어 한 지역에서 개나리 개화 후 벚꽃 개화까지의 대기시간이 과거에 비해 단축되었고, 지점간의 변이도 크게 줄었다. 개나리가 핀 이후 벚꽃이 개화할 때 까지의 지연일수는 과거평년(1951-1980)에는 최장 30일, 평균 14일이었지만, 현재평년(1981-2010)에는 최장 21일, 평균 11일로 단축되었다.
후속연구
지난 60년 동안 6개 지점에서 관찰된 봄꽃 개화일 변화를 가져온 근본 원인으로서 지구규모의 온난화는 물론 도시화에 의한 국지적 기온상승이 지목되고 있다. 하지만 명확한 인과관계 설정과 구체적인 영향평가를 위해서는 추가 자료를 이용한 정량적인 연구가 더 필요할 것으로 보인다. 이 논문에서는 다만 6개 지점 가용자료에 근거하여 온도시간의 연차변이가 같은 기간의 개화일 변동을 설명할 수 있는지 검토하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
봄꽃의 개화는 어떤 면에서 중요한 요소인가?
봄꽃의 개화는 온대지방에서는 겨울에서 봄으로의 계절변화를 나타내고, 늦고 이름에 따라 기후변화를 파악할 수 있게 해주는 중요한 요소이다(Chmielewski et al., 2004).
최근 봄꽃 개화일의 지역 간 차이와 화종 간 차이는 어떻게 줄어들었는가?
하지만 최근 봄꽃 개화일의 지역 간 차이와 화종 간 차이가 동시에 줄어들어 계절경관의 경제적, 공익적 가치가 훼손되고 있다. 대표적인 봄꽃인 개나리와 벚꽃의 개화일을 60년 이상 관측해온 6개 기상관서의 자료에 의하면, 먼저 피는 개나리와 늦게 피는 벚꽃의 개화일 편차가 1951-1980 평년에는 최장 30일, 평균 14일이었지만, 1981-2010 평년에는 최장 21일, 평균 11일로 단축되었다. 특히 2014년에는 7일로 단축되어 같은 장소에서 벚꽃과 개나리를 동시에 볼 수 있게 되었다. 또한 부산에서 서울까지 벚꽃전선이 이동하는 데 1951-1980 평년의 경우 20일이 소요되었으나 1981-2010 평년에는 16일로 줄었으며, 2014년에는 6일로 좁혀졌다. 같은 기간 개나리전선은 20일→17일→12일로 단축되었다. 두 봄꽃의 개화일이 근접해진 이유는 휴면해제 직후 이른 봄의 완만한 기온상승에 비해 늦은 봄의 급격한 기온상승으로 대표되는 한반도의 최근 기후변화양상이 일찍 피는 개나리 보다 늦게 피는 벚꽃의 개화를 더욱 앞당겼기 때문으로 추정된다.
한반도의 봄철 특징은?
한반도의 봄철은 산수유, 매화, 목련, 진달래, 개나리, 벚꽃, 철쭉 등 다양한 꽃이 순차적으로 개화하는 동적인 경관을 특징으로 한다. 덕분에 지자체들은 봄꽃축제를 통해 관광수입을 올려왔으며, 봄꽃을 따라 남쪽에서 북쪽으로 이동하는 양봉업자는 장기간에 걸쳐 밀원을 확보할 수 있었다.
참고문헌 (11)
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Chmielewski, F.-M., A. Muller, and E. Bruns, 2004: Climate changes and trends in phenology of fruit trees and field crops in Germany, 1961-2000. Agricultural and Forest Meteorology 121, 69-78.
Jung, J. E., E. Y. Kwon, U. Chung, and J. I. Yun, 2005: Predicting cherry flowering date using a plant phenology model. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 7, 148-155. (In Korean with English abstract).
Kim, J. H., E. J. Lee, and J. I. Yun, 2013: Prediction of blooming dates of spring flowers by using digital temperature forecasts and phenology models. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 15, 40-49. (In Korean with English abstract).
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Yun, J. I., 2006: Climate change impact on the flowering season of Japanese cherry (Prunus serrulata var. spontanea) in Korea during 1941-2100. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 8, 68-76. (In Korean with English abstract).
기상청, 1994: 계절관측요령, 기상청, 131pp.
조선일보, [한반도 이상기후의 공습] 따뜻했던 겨울 탓에 ... 양파 農家 가격하락 울상, 2014년 7월 28일자 기사.
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