[국내논문]RCP시나리오 기반 CMIP5 GCMs을 이용한 동북아시아 미래 기후변화 불확실성 평가 Assessing uncertainty in future climate change in Northeast Asia using multiple CMIP5 GCMs with four RCP scenarios원문보기
전 지구와 남한, 북한, 일본 지역을 중심으로 한 동북아시아 지역에 대한 기온, 강수량, 일사량의 미래 변화를 정량적으로 평가하기 위해 총 34개 GCM에 의해 작성된 CMIP5기후변화 시나리오를 분석하였다. 그 결과 동북아시아 지역에서 전 지구 평균보다 기온과 강수량이 증가하는 것으로 예측되었다. 특히 RCP 8.5 시나리오의 2080년대 북한 지역에서는 비록 GCM 간 예측의 불확실성이 크지만 과거 30년(1971-2000년)에 비해 기온은 $5.1^{\circ}C$, 강수량은 18% 증가하는 것으로 예측되었다. 일사량의 경우 전 지구 평균 일사량은 RCP 2.6 시나리오를 제외한 모든 RCP 시나리오에서 대체로 시간이 경과할수록 감소하는 것으로 예측되었으나 동북아시아 지역에서는 대체로 시간이 경과할수록 운량 감소의 영향으로 일사량이 증가하는 것으로 예측되었다.
전 지구와 남한, 북한, 일본 지역을 중심으로 한 동북아시아 지역에 대한 기온, 강수량, 일사량의 미래 변화를 정량적으로 평가하기 위해 총 34개 GCM에 의해 작성된 CMIP5 기후변화 시나리오를 분석하였다. 그 결과 동북아시아 지역에서 전 지구 평균보다 기온과 강수량이 증가하는 것으로 예측되었다. 특히 RCP 8.5 시나리오의 2080년대 북한 지역에서는 비록 GCM 간 예측의 불확실성이 크지만 과거 30년(1971-2000년)에 비해 기온은 $5.1^{\circ}C$, 강수량은 18% 증가하는 것으로 예측되었다. 일사량의 경우 전 지구 평균 일사량은 RCP 2.6 시나리오를 제외한 모든 RCP 시나리오에서 대체로 시간이 경과할수록 감소하는 것으로 예측되었으나 동북아시아 지역에서는 대체로 시간이 경과할수록 운량 감소의 영향으로 일사량이 증가하는 것으로 예측되었다.
The CMIP5 climate change scenarios from 34 GCMs were analyzed to quantitatively assess future changes in temperature, precipitation, and solar radiation against the global region and the Northeast Asia region with a focus on South Korea, North Korea, or Japan. The resulting projection revealed that ...
The CMIP5 climate change scenarios from 34 GCMs were analyzed to quantitatively assess future changes in temperature, precipitation, and solar radiation against the global region and the Northeast Asia region with a focus on South Korea, North Korea, or Japan. The resulting projection revealed that the Northeast Asia region is subjected to more increase in temperature and precipitation than the global means for both. In particular, temperature and precipitation in North Korea were projected to increase about $5.1^{\circ}C$ and 18%, respectively under the RCP 8.5 scenario, as compared to the historical means for 30 years (1971-2000), although a large uncertainty still exists among GCMs. For solar radiation, global mean solar radiation was predicted to decrease with time in all RCP scenarios except for the RCP 2.6 scenario. On the contrary, it was predicted that the amount of solar radiation in the Northeast Asia increases in the future period.
The CMIP5 climate change scenarios from 34 GCMs were analyzed to quantitatively assess future changes in temperature, precipitation, and solar radiation against the global region and the Northeast Asia region with a focus on South Korea, North Korea, or Japan. The resulting projection revealed that the Northeast Asia region is subjected to more increase in temperature and precipitation than the global means for both. In particular, temperature and precipitation in North Korea were projected to increase about $5.1^{\circ}C$ and 18%, respectively under the RCP 8.5 scenario, as compared to the historical means for 30 years (1971-2000), although a large uncertainty still exists among GCMs. For solar radiation, global mean solar radiation was predicted to decrease with time in all RCP scenarios except for the RCP 2.6 scenario. On the contrary, it was predicted that the amount of solar radiation in the Northeast Asia increases in the future period.
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문제 정의
본 연구에서는 대상지역을 전 지구와 남한, 북한, 일본 지역으로 나누어 RCP 시나리오에 따른 기온, 강수량, 일사량의 미래 변화를 정량적으로 분석하고 각 RCP 시나리오를 기반으로 한 전지구 기후모델(General Circulation Model, GCM)의 기후예측 결과를 서로 비교하고자 한다. 나아가 전 지구 평균 기후변화와 우리나라를 포함한 주변지역의 평균 기후 변화 특징을 파악해 분야별 기후변화 영향 및 취약성 평가 연구를 수행하는데 있어 적절한 기후변화 시나리오의 선택과 다양한 기후변화 시나리오 안에 포함되어 있는 대상지역별 기후변화에 대한 정량적인 정보 제공을 목적으로 한다.
본 연구에서는 대상지역을 전 지구와 남한, 북한, 일본 지역으로 나누어 RCP 시나리오에 따른 기온, 강수량, 일사량의 미래 변화를 정량적으로 분석하고 각 RCP 시나리오를 기반으로 한 전지구 기후모델(General Circulation Model, GCM)의 기후예측 결과를 서로 비교하고자 한다. 나아가 전 지구 평균 기후변화와 우리나라를 포함한 주변지역의 평균 기후 변화 특징을 파악해 분야별 기후변화 영향 및 취약성 평가 연구를 수행하는데 있어 적절한 기후변화 시나리오의 선택과 다양한 기후변화 시나리오 안에 포함되어 있는 대상지역별 기후변화에 대한 정량적인 정보 제공을 목적으로 한다.
본 연구에서는 전 지구 및 우리나라를 중심으로 북한, 일본 등 주변지역의 미래 기후변화에 대한 정량적 평가를 위해 총 34개 GCM에 의해 작성된 CMIP5 기후변화 시나리오를 분석하였으며 기후변화 영향평가 및 적응 대책 수립을 위한 기초 연구 자료로 제공 하고자 한다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
CMIP5 기후변화 시나리오에 대한 GCM 예측 결과의 불확실성을 평가하기 위해 전 지구, 남한, 북한그리고 일본 지역을 대상으로 각 GCM별 연평균 기온과 강수량의 변화를 분석했다. Figure3은 과거 30년(1971-2000년) 간의 평균기온을 기준으로 미래 기간(2020s, 2050s, 2080s)에 대한 RCP 시나리오별 각 GCM의 기온 변화를 대상지역별로 나타내고 있다.
CMIP5 기후변화 시나리오의 특징을 분석하기 위해 전 지구, 남한 육역, 북한 육역 및 일본 육역에 대한 CMIP5 기후변화 시나리오의 연평균 기온, 연평균 일강수량, 연평균 일사량의 변화를 비교했다. 취득된 CMIP5 기후변화 시나리오는 Table 1에서와 같이 GCM에 따라 그 공간 수평 해상도가 서로 다르기 때문에 기후변화의 정량적인 상호 비교를 위해서는 각 GCM의 수평 해상도를 통일시켜줄 필요가 있다.
대상 데이터
CMIP5 기후변화 시나리오는 IPCC 제 5차 평가 보고서를 위해 개발된 RCP 복사강제력 시나리오를 기반으로 한 다양한 GCM에 의한 기후예측 시뮬레이션 결과로 현재 Earth System Grid (http://earthsystemgrid. org/home.
5 시나리오에 기반 한 2006년부터 2100년까지의 미래 기후변화 시나리오 자료를 바탕으로 기온, 강수 량, 일사량의 변화를 분석했다. 기후변화 분석에 이용된 34개 GCM 중에서 RCP 2.6 시나리오를 기반으로 기후 시뮬레이션을 실시한 GCM이 27개, RCP 6.0 시나리오를 기반으로 한 GCM이 20개, 그리고 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오를 기반으로 한 각각 34개 GCM이 이용되었다. Table 1은 분석에 이용된 CMIP5의 GCM 종류와 각 GCM에 대한 RCP 시나리 오의 적용유무 그리고 각 GCM의 공간해상도 정보를 나타낸다.
5km 격자)의 GPW(Gridded Population of the World) 데이터를 이용해 육지 지역에 대해서 기온, 강수량, 일사량을 추출한 다음 국가별 연 평균을 계산했다(CIESIN, 2005). 또한 RCP 시나리오 간 CO2농도 차이에 따른 기후변화를 정량적으로 분석하기 위해 Historical 데이터인 1971년부터 2000년까지의 30년 평균 기후자료를 기준으로 2020년 대(2021년 -2030년 ), 2050년 대 (2051년 -2060년), 2080년대(2081년-2090년)에 대한 30년 간격의 기후변화를 대상 국가별로 분석했다.
htm)를 통해 공개되고 있으며 기후변화에 따른 분야별 영향 및 적응 평가 연구 등에 이용되고 있다. 본 연구에서는 APEC 기후센터와 일본 국립 환경연구소에 의해 수집된 다양한 CMIP5 기후변화 시나리오 중에서 기온, 강수량, 일사량에 대한 과거 기후 재현실험(Historical) 결과와 미래기후 전망실험 결과를 포함하는 총 34개 GCM의 기후변화 시나리오 자료를 분석에 이용했다. 재현실험 자료는 1971년부터 2000년까지의 30년간의 데이터를 이용했으며 미래 예측기후에 대해서는 RCP 2.
본 연구에서는 APEC 기후센터와 일본 국립 환경연구소에 의해 수집된 다양한 CMIP5 기후변화 시나리오 중에서 기온, 강수량, 일사량에 대한 과거 기후 재현실험(Historical) 결과와 미래기후 전망실험 결과를 포함하는 총 34개 GCM의 기후변화 시나리오 자료를 분석에 이용했다. 재현실험 자료는 1971년부터 2000년까지의 30년간의 데이터를 이용했으며 미래 예측기후에 대해서는 RCP 2.6, 4.5, 6.0 및 8.5 시나리오에 기반 한 2006년부터 2100년까지의 미래 기후변화 시나리오 자료를 바탕으로 기온, 강수 량, 일사량의 변화를 분석했다. 기후변화 분석에 이용된 34개 GCM 중에서 RCP 2.
데이터처리
RCP 시나리오에 따른 미래 기후의 변화를 정량적으로 평가하기 위해 각각의 RCP 시나리오가 적용된 GCM 기후예측 시뮬레이션 결과에 대해 다중모델 앙상블 (MME, Multi Model Ensemble)를 실시했다.
공간 수평 해상도 1°×1°로 재 작성된 기후변화 시나리오 자료는 같은 격자 크기라 할지라도 위경도 별 실제 면적이 다르기 때문에 각각의 격자 넓이에 맞는 면적 가중치를 주어전 지구 및 국가별 평균 기후값을 구했다. 국가별 미래 기후변화의 정량적인 분석을 위해 수평 해상도 2.5′×2.5′(적도기준 약 5.5km 격자)의 GPW(Gridded Population of the World) 데이터를 이용해 육지 지역에 대해서 기온, 강수량, 일사량을 추출한 다음 국가별 연 평균을 계산했다(CIESIN, 2005). 또한 RCP 시나리오 간 CO2농도 차이에 따른 기후변화를 정량적으로 분석하기 위해 Historical 데이터인 1971년부터 2000년까지의 30년 평균 기후자료를 기준으로 2020년 대(2021년 -2030년 ), 2050년 대 (2051년 -2060년), 2080년대(2081년-2090년)에 대한 30년 간격의 기후변화를 대상 국가별로 분석했다.
여기서는 CDO(Climate Data Operators)를 활용한 기하학적 내삽 방법으로 전체 GCM에 대한 수평 해상도를 위경도 360×180(1°×1°)의 격자로 재 표본(Resample)하여 기후변화 시나리오를 작성했다. 또한 취득된 CMIP5 기후변화 시나리오는 월 단위 자료로 작성되어 있기 때문에 기후요소에 대한 연 변동 분석을 위해 연 평균을 실시했다. 공간 수평 해상도 1°×1°로 재 작성된 기후변화 시나리오 자료는 같은 격자 크기라 할지라도 위경도 별 실제 면적이 다르기 때문에 각각의 격자 넓이에 맞는 면적 가중치를 주어전 지구 및 국가별 평균 기후값을 구했다.
성능/효과
1) 전 지구 대기 중 CO2 농도의 증가는 전 지구 평균기온 상승과 밀접한 관계를 보이는 것으로 확인 되었다. 특히 21세기 말에 RCP 8.
2) RCP 4.5, RCP 6.0, RCP 8.5 시나리오에서 전지구 평균기온은 시간이 경과할수록 상승할 것으로 예측되고 있으며 각 GCM에 의한 예측의 불확실성 역시 점점 확대되는 것으로 나타났다. 우리나라 기상청에서 이용하고 있는 HadGEM2-AO 모형의 경우 우리나라에서 RCP 4.
3) RCP 시나리오에 따른 기온, 강수량, 일사량의 변화를 분석한 결과 기온과 강수량은 RCP 시나리오에 따라 변화에 차이는 있지만 시간이 경과할수록 증가하는 것으로 예측되었고 전 지구 평균보다 남한, 북한, 일본 지역에서 대체로 크게 증가하는 것으로 나타났다. 일사량의 경우 전 지구 평균 일사량은 RCP 2.
5℃ 증가하는 것으로 나타났다. RCP 시나리오별 미래 대기 중 CO2 농도 변화와 CMIP5의 GCM 평균 전 지구 평균기온 변화를 분석한 결과 전 지구 평균기온은 대기 중 CO2 농도가 증가할수록 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다.
5 시나리오에서 전지구 평균기온은 시간이 경과할수록 상승할 것으로 예측되고 있으며 각 GCM에 의한 예측의 불확실성 역시 점점 확대되는 것으로 나타났다. 우리나라 기상청에서 이용하고 있는 HadGEM2-AO 모형의 경우 우리나라에서 RCP 4.5와 RCP 8.5 시나리오의 2050 년대와 2080년대에 다른 GCM에 비해 상대적으로 높은 기온 상승을 예측하고 있는 것으로 나타났다.
3) RCP 시나리오에 따른 기온, 강수량, 일사량의 변화를 분석한 결과 기온과 강수량은 RCP 시나리오에 따라 변화에 차이는 있지만 시간이 경과할수록 증가하는 것으로 예측되었고 전 지구 평균보다 남한, 북한, 일본 지역에서 대체로 크게 증가하는 것으로 나타났다. 일사량의 경우 전 지구 평균 일사량은 RCP 2.6 시나리오를 제외하고 대체로 시간이 경과 할수록 감소하는 것으로 예측되고 있으나 남한, 북한, 일본 지역에서는 RCP 6.0 시나리오를 제외하고 대체로 시간이 경과할수록 일사량이 증가하는 것으로 예측되었다.
농도의 증가는 전 지구 평균기온 상승과 밀접한 관계를 보이는 것으로 확인 되었다. 특히 21세기 말에 RCP 8.5 시나리오에서 대기중 CO2 농도가 과거 30년(1971-2000년) 평균보다 약 123% 증가하는 동안 전 지구 평균기온은 약 3.5℃ 증가하는 것으로 나타났다. RCP 시나리오별 미래 대기 중 CO2 농도 변화와 CMIP5의 GCM 평균 전 지구 평균기온 변화를 분석한 결과 전 지구 평균기온은 대기 중 CO2 농도가 증가할수록 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구는 향후 기후변화 적응정책 수립 시 한반도 지역에 대한 다양한 기후변화 시나리오의 정량적인 평가를 바탕으로 적합한 기후시나리오의 선택을 위한 기초자료로서 활용가치가 있을 것으로 사료된다. 다만 기온, 강수량, 일사량에 대해서만 분석이 이루진 점은 아쉬움으로 남으며 분야별 영향평가 및 적응 정책 수립에 있어 민감한 기후요소에 대한 추가적인 특징 파악이 필요할 것이다.
본 연구는 향후 기후변화 적응정책 수립 시 한반도 지역에 대한 다양한 기후변화 시나리오의 정량적인 평가를 바탕으로 적합한 기후시나리오의 선택을 위한 기초자료로서 활용가치가 있을 것으로 사료된다. 다만 기온, 강수량, 일사량에 대해서만 분석이 이루진 점은 아쉬움으로 남으며 분야별 영향평가 및 적응 정책 수립에 있어 민감한 기후요소에 대한 추가적인 특징 파악이 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 지구 온난화에 따른 다양한 형태의 기후변화 영향으로 어떠한 변화가 일어나고 있는가?
산업화에 따른 대기 중 온실가스 배출 증가의 원인으로 지구 전체 평균기온이 상승하는 지구 온난화 문제가 국제사회에 커다란 이슈로 떠올라 사회적 공감대를 형성하고 있다. 최근 지구 온난화에 따른 다양한 형태의 기후변화 영향으로 세계 각지에서 홍수, 가뭄, 폭염 등의 이상기후 현상이 빈번하게 발생하고 있으며 그 강도 또한 세지고 있다(Disaster Risk Reduction, 2007). 기후변화로 인한 인명, 재산 및자연환경의 피해를 최소화 하고 지속가능한 인류사회를 만들기 위한 기후변화 적응 정책은 온실가스 완화 정책과 더불어 피할 수 없는 선택이 되고 있다.
CMIP5 기후변화 시나리오란?
CMIP5 기후변화 시나리오는 IPCC 제 5차 평가 보고서를 위해 개발된 RCP 복사강제력 시나리오를 기반으로 한 다양한 GCM에 의한 기후예측 시뮬레이션 결과로 현재 Earth System Grid (http://earthsystemgrid. org/home.htm)를 통해 공개되고 있으며 기후변화에 따른 분야별 영향 및 적응 평가 연구 등에 이용되고 있다. 본 연구에서는 APEC 기후센터와 일본 국립 환경연구소에 의해 수집된 다양한 CMIP5 기후변화 시나리오 중에서 기온, 강수량, 일사량에 대한 과거 기후 재현실험(Historical) 결과와 미래기후 전망실험 결과를 포함하는 총 34개 GCM의 기후변화 시나 리오 자료를 분석에 이용했다.
CMIP5 기후변화 시나리오를 분석한 결과가 동북아시아 지역에서는 어떻게 나타났는가?
전 지구와 남한, 북한, 일본 지역을 중심으로 한 동북아시아 지역에 대한 기온, 강수량, 일사량의 미래 변화를 정량적으로 평가하기 위해 총 34개 GCM에 의해 작성된 CMIP5 기후변화 시나리오를 분석하였다. 그 결과 동북아시아 지역에서 전 지구 평균보다 기온과 강수량이 증가하는 것으로 예측되었다. 특히 RCP 8.
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