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문제 정의
- 5년마다 발표하는 보고서는 세계 환경 정책에 막대한 영향을 미친다. 본 논문은 제5차 평가보고가 발행된 시점에 맞추어 보고서의 핵심적인 사항들을 체계적으로 정리하고자 노력하였다. 따라서 기후변화의 과학적 근거에 관심이 많은 관련 과학자들뿐만 아니라 정책결정자 및 일반 대중에게도 최근 기후변화의 과학적 내용을 제공하는데 큰 역할을 하리라 기대한다.
가설 설정
- 15)해양에 의한 탄소흡수의 증가는 해양산성화를 악화시킬 것이다. RCP 4종 모두에서 2100년까지 인위적으로 배출된 이산화탄소를 해양이 계속 흡수할 것이며 고농도 경로의 경우 흡수량이 더 많아질 것이다.
- RCP 4종 모두에서 2100년까지 인위적으로 배출된 이산화탄소를 해양이 계속 흡수할 것이며 고농도 경로의 경우 흡수량이 더 많아질 것이다.16) 육지 탄소흡수에 대한 미래 변화는 다소 불확실하였다. 모든 RCP에서 대부분의 모델이 미래 육지의 지속적인 탄소흡수를 전망하지만, 일부 모델의 경우 기후변화와 토지이용 변화의 영향이 합쳐져 육지의 탄소흡수 감소를 모의한다.
제안 방법
- 6. Comparison of observed and simulated climate change based on three large-scale indicators in the atmosphere, the cryosphere and the ocean: change in continental land surface air temperatures (yellow panels), Arctic and Antarctic September sea ice extent (white panels), and upper ocean heat content in the major ocean basins (blue panels). Global average changes are also given.
- 2013년 9월 26일 제5차 평가보고서(Fifth Assessment Report, AR5, “Climate Change 2013: Physical Science Basis”)를 스웨덴 스톡홀름에서 개최된 IPCC 36차 총회에서 최종 채택하였다. 기후변화 원인의 강도는 이전 IPCC 평가보고서와 마찬가지로 W m-2 단위를 사용하여 복사강제력(Radiative Forcing, RF)으로 정량화했다. 복사강제력은 각각의 원인에 작용하는 에너지 플럭스의 변화이고, 대류권계면 또는 대기상한에서 산출되었다.
- 본 논문은 기후변화과학의 최근 연구 보고서인 제5차 평가보고서(IPCC, 2013a, b)와 기상청 기후변화 보고서(KMA, 2013)의 내용 자체에 중점을 두고 기후변화의 과거, 현제, 미래를 심층적으로 검토하였다. 따라서 본 논문의 내용은 제5차 평가보고서의 발행된 시점에 맞추어 기후변화의 과학적 내용과 의미를 관련 과학자들에게 객관적으로 전달하는 데 중점을 두었으며, 모든 그림 및 표는 제5차 평가보고서(IPCC, 2013a, b)로 부터 발췌∙인용되었다.
- 본 논문은 기후변화과학의 최근 연구 보고서인 제5차 평가보고서(IPCC, 2013a, b)와 기상청 기후변화 보고서(KMA, 2013)의 내용 자체에 중점을 두고 기후변화의 과거, 현제, 미래를 심층적으로 검토하였다. 따라서 본 논문의 내용은 제5차 평가보고서의 발행된 시점에 맞추어 기후변화의 과학적 내용과 의미를 관련 과학자들에게 객관적으로 전달하는 데 중점을 두었으며, 모든 그림 및 표는 제5차 평가보고서(IPCC, 2013a, b)로 부터 발췌∙인용되었다.
- 1] Wm-2이고,9) 이는 대부분의 에어로졸이 초래하는 음의 강제력과 태양복사를 흡수하는 검댕이 초래하는 양의 효과를 포함한 것이다. 순 복사강제력의 최적 추정치은 검정 다이아몬드로 표시하고, 상응하는 불확실성 구간을 함께 제시하였으며, 그 값은 그림의 오른쪽에 신뢰도 수준(VH-매우 높음, H-높음, M-중간, L-낮음, VL-매우 낮음)과 함께 표시하였다. 가스에 대한 농도기반 복사 강제력은 합산하여 유사한 색의 막대그래프로 표현하였다(그림 5).
- 제5차 평가보고서는 실무그룹 1 (Working Group I, WG I)에 의해 준비되었으며, 전체보고서(The underlying report), 정책결정자 요약서(Summary for Policy makers), 기술요약서(Technical Summary)로 구성된다. 실무그룹 1은 제5차 평가보고서(AR5)에서 기후시스템의 관측 값, 고기후 기록, 기후과정의 이론연구 및 기후모델을 이용한 모의 등을 총망라하는 다양한 과학적 분석 결과를 근거로 기후변화에 대한 새로운 증거들을 조사하였다. 이 보고서는 실무그룹 1의 제4차 평가보고서(Fourth Assessment Report, AR4)를 바탕으로 작성하였으며, 이후 새로운 연구결과를 추가하였다.
- 연구결과의 타당성에 대한 신뢰도는 증거자료의 유형, 양, 질 및 일관성(자료, 메커니즘의 이해, 이론, 모델, 전문가의 판단)과 동의 정도를 근거로 하였다. 연구결과의 불확실성을 정량적으로 산출한 확률추정치는 관측, 모델결과, 혹은 관측과 모델 결과 모두에 대한 통계적 분석과 전문가의 판단을 기반으로 하였다. 일부 가능한 경우에는 불확실성의 정도를 제시하지 않고 사실에 대한 진술로 연구결과를 정리하기도 하였다.
- 실무그룹 1은 제5차 평가보고서(AR5)에서 기후시스템의 관측 값, 고기후 기록, 기후과정의 이론연구 및 기후모델을 이용한 모의 등을 총망라하는 다양한 과학적 분석 결과를 근거로 기후변화에 대한 새로운 증거들을 조사하였다. 이 보고서는 실무그룹 1의 제4차 평가보고서(Fourth Assessment Report, AR4)를 바탕으로 작성하였으며, 이후 새로운 연구결과를 추가하였다. 제5차 평가보고서의 일환으로 발표된 IPCC 기후변화 적응을 위한 극한현상 및 재해 위험관리를 위한 특별보고서(IPCC Special Report on Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation)는 극한기상과 극한기후 현상의 변화에 대한 정보의 근간이 되고 있다.
대상 데이터
- 2013년 9월 26일 제5차 평가보고서(Fifth Assessment Report, AR5, “Climate Change 2013: Physical Science Basis”)를 스웨덴 스톡홀름에서 개최된 IPCC 36차 총회에서 최종 채택하였다.
- 그러나 기후변화협약(UNFCCC)의 협상에 필요한 기초자료로 제공되었다. 이후 IPCC는 65만 년 전으로 거슬러 올라가 대기를 분석하였고, 관측망을 재정비하고 조사하여 제4차 보고서를 2007년 스페인 발렌시아에서 채택하였다. “인간의 활동에 의해 기후변화가 일어났다고 확신했고, 이 사실은 90% 확실”하다고 4차 보고서에 명시했다
이론/모형
- 이러한 모델들은 일련의 인위적 강제력 시나리오를 기반으로 변화를 모의한다. 새로운 기후모델을 모의하기 위해서 세계기후연구프로그램 (World Climate Research Programme, WCRP) CMIP5 (Coupled Model Intercomparision Project Phase 5)의 기반 하에서 새로운 시나리오인 대표농도경로 (Representative Concentration Pathways, RCPs)가 사용되었다. IPCC 제5차 과학평가보고서를 위해서 과학계는 4종의 RCP 시나리오를 정의했다.
성능/효과
- 1) 해양 상층부(0~700 m)가 1971~2010년에 온난해진 것은 사실상 확실하며, 1870년대와 1971년에도 온난화되었을 가능성이 높았다(그림 3).
- 남빙양에서는 온난화가 심해에서 가장 뚜렷하게 나타날 것이다.10) 21세기 말까지 상층부 100 m에서 해양온난화의 최적 추정치가 약 0.6℃ (RCP2.6)~2.0℃ (RCP8.5) 정도이고, 약 1,000 m 깊이에서는 0.3℃ (RCP2.6)~0.6℃ (RCP8.5) 정도이였다.
- 82 m 상승할 가능성이 높았다.13) RCP8.5의 경우 2100년 해수면은 0.52~0.98 m 상승하고, 2081~2100년 동안 해수면 상승률은 8~16 mm yr-1이였다.14) 이러한 범위는 모델과 빙하 및 빙상 기여도에 대한 문헌 평가를 결합하여 CMIP5 기후전망으로부터 산출한 것이다(그림 8, 표 2).
- 백년에서 천년 시간규모에서 기후와 탄소순환 간의 양의 피드백은 이산화탄소 자료와 모델링을 통해 그 근거를 찾을 수 있었다. 15개 지구시스템모델에서 산출된 결과처럼 RCP의 대기이산화탄소 농도와 비교할 수 있는 2012~2100년의 이산화탄소 누적배출량은 RCP2.6에서 140~410 GtC, RCP4.5에서 595~1005 GtC, RCP6.0에서 840~1250 GtC, RCP8.5에서는 1415~1910 GtC의 범위에 있었다(표 3).
- 모든 RCP 시나리오에서 해수면 상승률은 해양온난화의 강화와 빙하 및 빙상의 질량감소로 인해서 1971~2010년에 관측된 상승률을 초과할 가능성이 매우 높았다. 2081~2100년 기간의전 지구 평균해수면은 1986~2005년보다 RCP2.6에서 0.26~0.55 m, RCP4.5에서 0.32~0.63 m, RCP6.0에서 0.33~0.63 m, RCP8.5에서 0.45~0.82 m 상승할 가능성이 높았다.13) RCP8.
- 북극해에서 10년 평균 해빙면적의 평균 감소율은 여름에 가장 빨랐다.3) 해빙면적은 모든 계절에서 면적이 줄었으며, 1979년 이후 매 10년 단위로 보아도 연속적으로 감소했다.4) 적어도 지난 1,450년을 기준으로 볼 때 지난 30년 동안 북극 여름 해빙면적의 감소는 전례가 없었다.
- 3) 해빙면적은 모든 계절에서 면적이 줄었으며, 1979년 이후 매 10년 단위로 보아도 연속적으로 감소했다.4) 적어도 지난 1,450년을 기준으로 볼 때 지난 30년 동안 북극 여름 해빙면적의 감소는 전례가 없었다. 남극의 연평균 해빙면적은 1979~2012년에 1.
- 4℃, 18~59 cm로 예측했었다. 5차 평가보고서에서는 6년 전 전망을 지구 온도는 최소 0.2℃, 최대 4.8℃까지 하향 전망하였고, 해수면은 상향 조정해 최소 29 cm, 최대 92 cm까지 오를 수 있는 것으로 결론 내렸다. 최대 상승 가능치가 33 cm나 높아진 것이다.
- 1970년대 초반 이후 온난화로 인한 빙하의 질량손실과 함께 해양 열팽창은 관측된 전 지구 평균해수면 상승의 75%를 설명하고 있다.6) 1993~2010년의 전 지구 평균해수면 상승은 높은 신뢰도를 가지고, 온난화로 인한 해양 열팽창(1.1 [0.8~1.4] mm yr-1), 빙하(0.76 [0.39~1.13] mm yr-1), 그린란드 빙상(0.33 [0.25~0.41 mm yr-1) 및 남극 빙상(0.27 [0.16~0.38] mm yr-1)의 변화, 육지에서 물 유입(0.38 [0.26~0.49] mm yr-1)이 각각기여한 부분의 총합과 일치하였다. 기여도의 합은 2.
- 7] GtC yr-1이었다.8) 1750~2011년에 화산연료의 연소와 시멘트 생산으로 375 [345~405] GtC의 이산화탄소를 배출하였고, 벌채와 토지이용의 변화로 180 [100~260] GtC의 이산화탄소를 배출한 것으로 추정되었다. 이런 결과로 인위적 누적 배출량은 555 [470~640] GtC이였다.
- 5℃를 초과할 가능성이 높았다. RCP 6.0과 RCP8.5에서 전 지구 지표온도는 2℃를 초과할 가능성이 높으며 RCP4.5에서도 2℃를 초과하지 않을 가능성보다 초과할 가능성이 높았다. RCP2.
- 열은 해수면에서 심해까지 전달되어 해양순환에 영향을 미칠 것이다. 가장 강력한 해양온난화는 열대와 북반구 아열대의 해양표층에서 나타날 것으로 전망되었다. 남빙양에서는 온난화가 심해에서 가장 뚜렷하게 나타날 것이다.
- 대기 중 메탄(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O)의 농도는 최소한 지난 800,000년간 전례 없는 수준을 나타냈다. 이산화탄소 농도는 산업화 이후 일차적으로는 화석연료 사용으로 인한 배출과 2차적으로는 순 토지이용변화로 인한 배출로 40% 정도 증가하였다(그림 4).
- 대기와 해양은 따뜻해지고, 눈과 빙하의 양은 줄어들고 해수면은 상승하였으며 온실가스의 농도는 증가하였다. 대기 중 이산화탄소, 메탄, 아산화질소의 농도는 최소한 지난 800,000년간 전례 없는 수준을 나타냈다. 이산화탄소 농도는 산업화 이후 일차적으로는 화석연료 사용으로 인한 배출과 2차적으로는 순 토지이용 변화로 인한 배출로 40% 정도 증가하였다.
- 기후시스템의 온난화는 명백하며, 1950년 이후 관측된 많은 변화들은 지난 수십 년에서 수천 년간 전례가 없었다. 대기와 해양은 따뜻해지고, 눈과 빙하의 양은 줄어들고 해수면은 상승하였으며 온실가스의 농도는 증가하였다.
- 21세기에 전 지구적으로 평균해수면은 지속적으로 상승할 것이다(그림 8). 모든 RCP 시나리오에서 해수면 상승률은 해양온난화의 강화와 빙하 및 빙상의 질량감소로 인해서 1971~2010년에 관측된 상승률을 초과할 가능성이 매우 높았다. 2081~2100년 기간의전 지구 평균해수면은 1986~2005년보다 RCP2.
- 온도변화, 기후피드백, 지구에너지 수지의 변화에 대한 관측 및 모델 연구 모두가 과거 및 미래 강제력에 따라 반응하는 지구온난화 규모에 대한 신뢰성을 제공하고 있었다. 인위적 영향이 대기와 해양의 온난화, 전 지구 물 순환의 변화, 적설면적과 빙하의 감소, 전 지구 평균 해수면의 상승, 일부 기후극한현상에서 탐지되었다. 제4차 보고서 이후 인간의 영향을 증명하는 증거는 점점 더 확대되고 있었다.
- 대략 1950년 이후에 다양한 극한기상과 극한 기후현상의 변화가 관측되고 있었다. 전 지구적으로 낮과 밤이 추운 날의 발생 빈도는 감소하고, 더운 낮과 밤의 수가 증가한다는 사실은 가능성이 매우 높았다. 유럽, 아시아, 오스트레일리아의 대부분 지역에서 열파의 발생빈도가 증가했을 가능성이 높았다.
- 제5차 평가보고서에 수록된 주요 연구결과의 신뢰도는 과학적 이해도에 대한 본 보고서에 참여한 저자들의 평가에 근거하여 정성적 신뢰도(매우 낮음에서 매우 높음)로 표현하고, 가능한 경우에는 정량화된 가능성을 확률적으로 표현하였다(사실상 발생 가능성 없음에서 사실상 확실). 연구결과의 타당성에 대한 신뢰도는 증거자료의 유형, 양, 질 및 일관성(자료, 메커니즘의 이해, 이론, 모델, 전문가의 판단)과 동의 정도를 근거로 하였다.
후속연구
- 따라서 기후변화의 과학적 근거에 관심이 많은 관련 과학자들뿐만 아니라 정책결정자 및 일반 대중에게도 최근 기후변화의 과학적 내용을 제공하는데 큰 역할을 하리라 기대한다. 또한 환경부에서 추진하고 있는 “2014년도 기후변화 대응 환경기술개발사업”의 온실가스 감축 및 기후변화 적응 통합관리 분야 연구에서도 훌륭한 참고 자료로 인용되길 기대한다.
- 지구시스템 모델에 근거하면 21세기에는 기후와 탄소순환이 양의 되먹임이 될 것이라는 사실은 높은 신뢰도를 갖는다. 즉, 기후변화가 대기 중 이산화탄소의 증가로 초래된 육지와 해양의 탄소 흡수원의 일부를 상쇄할 것이다. 그 결과 인위적으로 배출된 많은 이산화탄소가 대기에 남아 있게 될 것이다.
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