농작물의 기상재해 발생위험 판정기준 설정 및 지구 온난화에 따른 기준기상위험의 변화 전망 An Agrometeorological Reference Index for Projecting Weather-Related Crop Risk under Climate Change Scenario원문보기
기준기상위험이란 한 지역의 평년기후조건이 작물재배에 미칠 수 있는 '농업기상학적 피해가능성'으로서, 동일 작물 재배 시 지역에 따른 재해위험을 비교하는 기준이 된다. 지구온난화로 인하여 겨울 온도는 상승할 것으로 예상되지만, 기상이변의 빈도 또한 늘어날 것으로 전망되기 때문에 미래 기후조건에서 과수의 동해, 상해 등 저온에 의한 재해위험이 주목 받고 있다. 그러나 기후의 변화는 과수 생물계절도 변화시키므로 기상조건에 근거한 단순한 재해위험 전망은 기후변화적응의 실용측면에서 별 도움이 되지 못한다. 본 연구에서는 전국 주요 지역의 과거 및 기후변화시나리오를 이용하여 배, 복숭아, 사과의 생물계절을 예측하고 생육단계별 기온과의 상호작용에 근거하여 저온 유래 기준기상위험을 계산함으로써 미래의 재해가능성을 전망하였다. 휴면해제일은 미래로 갈수록 늦어질 것으로 전망되었으며, 발아일과 개화일의 경우 빨라질 것으로 예상되었다. 대구, 전주, 목포의 경우 휴면해제일의 지연 정도가 미래로 갈수록 커졌으며 발아일과 개화일의 경우 서울, 인천 지역이 다른 지역에 비해 늦게 나타났다. 서울과 인천, 대구와 전주, 부산과 목포가 서로 비슷한 양상을 나타내었다. 휴면기 동안에는 전 지역이 동해에 안전하였으나 휴면해제-발아기 동안에는 전 지역이 동해에 취약하였고, 발아기-개화기의 위험은 미래로 갈수록 대체로 낮아졌지만 지역에 따라 위험이 커지는 곳도 있었다.
기준기상위험이란 한 지역의 평년기후조건이 작물재배에 미칠 수 있는 '농업기상학적 피해가능성'으로서, 동일 작물 재배 시 지역에 따른 재해위험을 비교하는 기준이 된다. 지구온난화로 인하여 겨울 온도는 상승할 것으로 예상되지만, 기상이변의 빈도 또한 늘어날 것으로 전망되기 때문에 미래 기후조건에서 과수의 동해, 상해 등 저온에 의한 재해위험이 주목 받고 있다. 그러나 기후의 변화는 과수 생물계절도 변화시키므로 기상조건에 근거한 단순한 재해위험 전망은 기후변화적응의 실용측면에서 별 도움이 되지 못한다. 본 연구에서는 전국 주요 지역의 과거 및 기후변화시나리오를 이용하여 배, 복숭아, 사과의 생물계절을 예측하고 생육단계별 기온과의 상호작용에 근거하여 저온 유래 기준기상위험을 계산함으로써 미래의 재해가능성을 전망하였다. 휴면해제일은 미래로 갈수록 늦어질 것으로 전망되었으며, 발아일과 개화일의 경우 빨라질 것으로 예상되었다. 대구, 전주, 목포의 경우 휴면해제일의 지연 정도가 미래로 갈수록 커졌으며 발아일과 개화일의 경우 서울, 인천 지역이 다른 지역에 비해 늦게 나타났다. 서울과 인천, 대구와 전주, 부산과 목포가 서로 비슷한 양상을 나타내었다. 휴면기 동안에는 전 지역이 동해에 안전하였으나 휴면해제-발아기 동안에는 전 지역이 동해에 취약하였고, 발아기-개화기의 위험은 미래로 갈수록 대체로 낮아졌지만 지역에 따라 위험이 커지는 곳도 있었다.
The agrometeorological reference index means 'the agrometeorological damage possibility' or the possibility of the normal year climate condition to damage the crop cultivation in a certain region. It is a reference used to compare the cultivation risk of a crop by region. The global climate warming ...
The agrometeorological reference index means 'the agrometeorological damage possibility' or the possibility of the normal year climate condition to damage the crop cultivation in a certain region. It is a reference used to compare the cultivation risk of a crop by region. The global climate warming is expected to increase the winter temperature. At the same time, the frequency of extreme weather events will also increase. Therefore, people pay attention to the potential of low temperature-induced damages (e.g., frost damage and injury) to fruit trees under the future climate condition. However, simple damage projection based on climate conditions does not help the climate change adaptation in the practical aspect because the climate change affects the phenology of fruit trees as well. This study predicted the phenology of the pear, peach, and apple trees by using the climate change scenarios of major regions. Furthermore, low temperature induced agrometeorological reference indices were calculated based on the effects of temperature on each plant growth stage to predict the damage possibility. It was predicted that the breaking rest would delay more in the future while the bud-burst date and flowering date will be earlier. In Daegu, Jeonju, and Mokpo, the breaking rest delayed more as time passed. The bud-burst date and flowering date of Seoul and Incheon regions were later than other regions. Seoul and Incheon showed a similar pattern, while Daegu and Jeonju revealed a similar pattern. Busan and Mokpo also showed a similar pattern. All regions were safe from the frost damage during the dormancy period. However, plants were vulnerable to frost damage between the breaking rest and the bud-burst period. Regions showed different frost damage patterns between the bud-burst period and the flowering period. During the bud-burst and flowering period, the risk level decreased in general, although the risk of some areas tended to increase.
The agrometeorological reference index means 'the agrometeorological damage possibility' or the possibility of the normal year climate condition to damage the crop cultivation in a certain region. It is a reference used to compare the cultivation risk of a crop by region. The global climate warming is expected to increase the winter temperature. At the same time, the frequency of extreme weather events will also increase. Therefore, people pay attention to the potential of low temperature-induced damages (e.g., frost damage and injury) to fruit trees under the future climate condition. However, simple damage projection based on climate conditions does not help the climate change adaptation in the practical aspect because the climate change affects the phenology of fruit trees as well. This study predicted the phenology of the pear, peach, and apple trees by using the climate change scenarios of major regions. Furthermore, low temperature induced agrometeorological reference indices were calculated based on the effects of temperature on each plant growth stage to predict the damage possibility. It was predicted that the breaking rest would delay more in the future while the bud-burst date and flowering date will be earlier. In Daegu, Jeonju, and Mokpo, the breaking rest delayed more as time passed. The bud-burst date and flowering date of Seoul and Incheon regions were later than other regions. Seoul and Incheon showed a similar pattern, while Daegu and Jeonju revealed a similar pattern. Busan and Mokpo also showed a similar pattern. All regions were safe from the frost damage during the dormancy period. However, plants were vulnerable to frost damage between the breaking rest and the bud-burst period. Regions showed different frost damage patterns between the bud-burst period and the flowering period. During the bud-burst and flowering period, the risk level decreased in general, although the risk of some areas tended to increase.
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문제 정의
본 연구에서는 발육 모델을 이용하여 현재 평년 및 미래의 휴면기-개화기까지의 생육단계를 추정하고, 이에 대해 기준기상위험을 추정해 보았다. 그 결과 현재 평년에는 지역적으로 현재와 미래 간에 생육단계의 종류와 작목 별로 변화에 일정부분 차이가 있음을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 전국 주요 지역의 기후변화시나리오를 이용하여 주요 과수(배, 복숭아, 사과)의 생물 계절의 미래 변화를 예측하고, 각 생육단계별 기온과의 상호작용에 근거하여 저온 유래 기준기상위험을 계산함으로써 미래의 재해가능성을 전망하였다.
가설 설정
가상 작물이 해당 생육단계에서 동해를 입을 수 있는 임계 온도는 -10°C라고 가정한다.
본 연구에서는 약 30년에 한번 정도 발생할 수 있는 빈도인 –2σ를 위험수준으로 설정하였으며, 그 이상을 위험지역이라 가정하였다.
실험을 통해 찾은 동해 위험온도 기준이 이 정규분포 상 -2σ에 해당되는 위치라 가정하였을 때, 다른 지역의 다른 온도 분포에서도 -2σ에 해당되는 온도가 있을 것인데, 각각의 온도 분포 상 –2σ에 해당되는 각각의 온도가 해당 지역의 위험 기준이 될 수 있다는 가정이 된다.
제안 방법
(2004)이 제시한 휴면시계모형을 바탕으로 사과(후지), 배(신고), 복숭아(장호원황도)에 대해 각각 도출된 모수를 이용하였다(Table 2). 수집한 과거 평년(1981-2010)과 미래 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)의 기온자료를 토대로 생육단계 도달일자를 추정하고, 해당되는 생육단계 내 최저기온을 이용하여, 기준기상위험 정도를 산출하였다. 각 생육단계별 피해 임계온도는 농촌진흥청 농사로(http://www.
대상 데이터
수집한 과거 평년(1981-2010)과 미래 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)의 기온자료를 토대로 생육단계 도달일자를 추정하고, 해당되는 생육단계 내 최저기온을 이용하여, 기준기상위험 정도를 산출하였다. 각 생육단계별 피해 임계온도는 농촌진흥청 농사로(http://www.nongsaro.go.kr/) 내 작목별 생육정보를 참고하였다.
, 2012; 2013). 본 연구에서는 이 1km 격자해상도의 남한 상세 RCP8.5 시나리오 일별 Raster 자료 중 2011-2100년에 해당하는 일 최고기온, 일 최저기온의 자료를 기상청으로부터 수집하고, 여기에 서울, 인천, 대구, 전주, 부산, 목포의 종관 기상관측 지점의 위치에 해당되는 격자의 값을 추출하였다(Fig. 2). 수집된 데이터는 6개 지점 90년 × 365일 × 최고, 최저기온 = 394,200 개의 값이다.
수집된 데이터는 6개 지점 90년 × 365일 × 최고, 최저기온 = 394,200 개의 값이다. 비교를 위한 과거 평년자료(1981-2010)의 경우 6개 기상관측소 최고, 최저 기온을 수집하여 이용하였다.
수집된 데이터는 6개 지점 90년 × 365일 × 최고, 최저기온 = 394,200 개의 값이다.
이론/모형
본 연구에서는 Cesaraccio et al.(2004)이 제시한 휴면시계모형을 바탕으로 사과(후지), 배(신고), 복숭아(장호원황도)에 대해 각각 도출된 모수를 이용하였다(Table 2). 수집한 과거 평년(1981-2010)과 미래 평년(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)의 기온자료를 토대로 생육단계 도달일자를 추정하고, 해당되는 생육단계 내 최저기온을 이용하여, 기준기상위험 정도를 산출하였다.
성능/효과
발아기의 경우 부산과 목포 지점이 상대적으로 적게 단축된 반면, 전주와 인천이 큰 폭으로 단축되었다. 개화기의 경우 후지는 서울, 인천이 큰 폭의 변화를, 장호원황도의 경우 대구와 전주 지점이 큰 폭의 변화가 있을 것으로 예측되었다.
본 연구에서는 발육 모델을 이용하여 현재 평년 및 미래의 휴면기-개화기까지의 생육단계를 추정하고, 이에 대해 기준기상위험을 추정해 보았다. 그 결과 현재 평년에는 지역적으로 현재와 미래 간에 생육단계의 종류와 작목 별로 변화에 일정부분 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 예로, 누적된 저온의 정도가 영향을 미칠 수 있는 휴면 타파일의 경우 미래로 갈수록 늦어질 것으로 예상되었다.
기준기상위험에 따르면, 생육단계별로는 휴면기가 동해에 가장 강하며, 휴면이 타파되고 발아되는 시기가 동해에 가장 취약한 것으로 나타났다. 발아기에서 개화기까지는 동해의 위험수준이 지역과 시기에 따라 달라질 것으로 보인다.
기준기상위험의 변화 양상은 대표적으로 휴면기-휴면타파일의 경우 전 지역이 동해에 비교적 안전 하였으며, 휴면 타파-발아기는 동해에 매우 취약하였고, 발아기-개화기는 지역에 따라 차이가 있었다. 대체로 미래로 갈수록 위험수준은 낮아졌으며, 발아기-개화기는 지역에 따라 일부 위험 정도가 상승하는 경향 또한 보였다.
기준기상위험의 변화 양상은 대표적으로 휴면기-휴면타파일의 경우 전 지역이 동해에 비교적 안전 하였으며, 휴면 타파-발아기는 동해에 매우 취약하였고, 발아기-개화기는 지역에 따라 차이가 있었다. 대체로 미래로 갈수록 위험수준은 낮아졌으며, 발아기-개화기는 지역에 따라 일부 위험 정도가 상승하는 경향 또한 보였다.
반대로, 발아일과 개화일의 경우 서울, 인천 지역이 다른 지역에 비해 늦게 나타났다. 대체로, 생육단계 도달일자의 미래변화는 서울과 인천, 대구와 전주, 부산과 목포가 각각 비슷한 양상을 나타냄을 확인 할 수 있었다.
평균기온 및 생육단계가 부산, 목포와 비슷한 것을 감안하면, 내륙 지역인 두 지역의 경우 초봄에 일교차가 매우 커, 상대적으로 낮은 최저기온이 반영되었음을 예상할 수 있다. 또한 상대적으로 동해위험성이 큰 휴면타파-발아기 시기의 경우, 부산과 목포 지점은 미래에 위험수준의 정도가 크게 감소하는 것으로 나타났다.
8일로 열흘 정도 빠르다. 마지막으로 개화일은 신고(103.0일)가 장호원황도(105.9일)와 후지(106.0일)에 비해 빠른 것으로 나타났다.
본 연구에서 확인한 기준기상위험의 경우 단순히 위험발생확률을 나타낼 뿐만 아니라, 생태형(ecotype)의 범주에서 봤을 때 지역별로 다른 위험 기준을 설정할 수 있다는 장점이 있다. 서론에서 언급한 바와 같이, 한 지역에서 오랜 기간 동안 재배되어 해당 지역의 기후조건에 적응을 한 작목의 위험기준 설정에 이용할 수 있다.
지점별로 대구가 휴면타파부터 개화까지 다른 지역에 비해 대부분 빨리 도달하는 것으로 나타났으며, 인천의 경우 반대로 가장 늦게 도달하는 것으로 나타났다. 부산의 경우 휴면타파일은 다른 지점에 비해 늦게 나타나는 편인 반면, 개화일의 경우 반대로 빨리 도달하는 것으로 나타났다. 휴면기가 지속되고, 이 휴면이 타파(breaking) 되기 위해서는 일정량의 누적된 저온 값(저온요구도; chill requirement)이 필요하게 되는데, 부산의 경우 겨울철의 높은 온도로 인하여 휴면 타파가 늦어지며, 발아 후 개화 까지는 높은 온도로 인하여 고온요구온도(heat requirement)에 빨리 도달하게 되는 것으로 추측된다.
발아기에서 개화기까지는 동해의 위험수준이 지역과 시기에 따라 달라질 것으로 보인다. 작목 별로는 휴면기에는 후지 사과가 동해에 가장 안전하였으며, 신고 배와 장호원 황도의 경우 위험수준은 비슷하였다. 그 외 휴면타파-발아-개화시기 역시 대체로 위험수준은 비슷한 양상을 나타내었다.
작목 별로는 후지와 장호원황도가 신고에 비해 생육단계 도달이 비교적 늦게 왔다. 지역적인 차이로는 대구, 전주, 목포지역의 경우 다른 지역에 비해 휴면 타파일의 지연 정도가 미래로 갈수록 컸으며, 서울, 인천의 경우 상대적으로 적었다. 반대로, 발아일과 개화일의 경우 서울, 인천 지역이 다른 지역에 비해 늦게 나타났다.
8일의 분포를 각각 나타내었다. 지점별로 대구가 휴면타파부터 개화까지 다른 지역에 비해 대부분 빨리 도달하는 것으로 나타났으며, 인천의 경우 반대로 가장 늦게 도달하는 것으로 나타났다. 부산의 경우 휴면타파일은 다른 지점에 비해 늦게 나타나는 편인 반면, 개화일의 경우 반대로 빨리 도달하는 것으로 나타났다.
후속연구
기후가 달라지면 휴면, 발아, 개화 등 생물계절도 변하기 때문에 기후시나리오 조건에서 과종별 생육단계를 정확하게 추정해야 할 필요가 있다. 앞서 언급된 대로 같은 과종 내에서도 생육단계별로 피해 임계온도가 달라지므로(Table 1), 생육단계 추정의 신뢰도는 기준기상위험 계산결과의 신뢰도를 좌우할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기후란 무엇인가?
기후는 어떤 장소에서 장기간의 대기 현상을 종합적으로 표현하는 것으로, 시간에 따라 반복되어 뚜렷하게 표현되는 해당 장소 특유의 환경조건이라 할 수 있다. 이 지역에서 오랜 기간 동안 재배된 작물은 해당 지역의 기후에 잘 적응해서 다른 지역과 차별화 되는 기후생태형 혹은 특산물이 되기도 한다.
기준기상위험이란?
기준기상위험이란 한 지역의 평년기후조건이 작물재배에 미칠 수 있는 '농업기상학적 피해가능성'으로서, 동일 작물 재배 시 지역에 따른 재해위험을 비교하는 기준이 된다. 지구온난화로 인하여 겨울 온도는 상승할 것으로 예상되지만, 기상이변의 빈도 또한 늘어날 것으로 전망되기 때문에 미래 기후조건에서 과수의 동해, 상해 등 저온에 의한 재해위험이 주목 받고 있다.
겨울철 포도의 휴면병을 비롯하여, 작물의 이상개화 등이 생기는 이유는?
하지만, 최근의 기후변화는 흔히 온난화와 함께, 지역기후의 정상 범위로부터 벗어나는 기상이변의 발생 빈도가 증가하면서(Min et al., 2006; Moon et al., 2008; NIMS, 2011; 2012; Lee et al., 2012), 한 지역에서 오랜 기간 적응해온 작물들은 그에 따른 기상재해를 입을 확률이 점차 늘어나고 있다. 온난화에도 불구하고, 미래의 기후조건 하에서 과수의 동해, 상해 등 저온에 유래한 재해의 위험성 또한 증가할 것으로 예상된다. 겨울철 포도의 휴면병을 비롯하여, 작물의 이상개화 등 기후의 변화는 생물계절(phenology) 또한 변화 시킬 수 있다.
참고문헌 (14)
Cesaraccio, C., D. Spano, R. L. Snyder, and P. Duce, 2004: Chilling and forcing model to predict bud-burst of crop and forest species. Agricultural and Forest Meteorology 126, 1-13.
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Lee, K., H. J. Baek, S. Park, H. S. Kang, and C. H. Cho, 2012: Future projection of changes in extreme temperatures using high resolution regional climate change scenario in the Republic of Korea. Journal of the Korean Geographical Society 47(2), 208-225. (in Korean with English abstract)
McKee, T. B., N. J. Doesken, and J. Kleist, 1993: The relationship of drought frequency and duration to time scale. Preprints, 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim, CA, January 17-22, pp. 179-184.
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