초록 ▼

IV. 과제 수행 결과
가. 미래 대기 환경 전망을 위한 기후 변수들의 특성 분석
○ 주요 기후 변수들의 모델 간 비교를 위하여 CMIP5 프로젝트에서 제공하는 20C 및 RCP8.5 시나리오 실험 결과를 입수하였다. 월 자료의 경우, CCSM4, BCC-CSM1.1, HadGEM2-A0, IPSL-CM5A-MR, MPI-ESM-MR, MRI-CGCM3, GFDL-ESM2M, CanESM2, NorESM1-M 모형의 결과를 입수하였으며 일 자료의 경우, BCC-CSM1.1, CanESM2, MPI-ESM-MR, MRI-C

IV. 과제 수행 결과
가. 미래 대기 환경 전망을 위한 기후 변수들의 특성 분석
○ 주요 기후 변수들의 모델 간 비교를 위하여 CMIP5 프로젝트에서 제공하는 20C 및 RCP8.5 시나리오 실험 결과를 입수하였다. 월 자료의 경우, CCSM4, BCC-CSM1.1, HadGEM2-A0, IPSL-CM5A-MR, MPI-ESM-MR, MRI-CGCM3, GFDL-ESM2M, CanESM2, NorESM1-M 모형의 결과를 입수하였으며 일 자료의 경우, BCC-CSM1.1, CanESM2, MPI-ESM-MR, MRI-CGCM3 모형의 결과를 입수하여 분석하였다. 이에 더하여 본 과제에서 수행한 CESM1 실험 결과의 월 자료 및 일 자료와 기상청에서 수행한 HadGEM2-A0 모형의 월 자료를 이용하여 미래 주요 기후 변수들의 변화를 분석하였다.
○ 미래 대기 환경 전망을 위해 월 자료들을 이용하여 기온과 강수, 해면 기압, 대기 안정도, PBL, 구름, 일사량과 같은 변수들을 분석하였으며 일 자료를 이용하여 블로킹 및 중위도 저기압 빈도의 변화를 분석하였다. 이를 통해 CESM1 모형 및 HadGEM2-A0 모형 결과가 갖는 전구 및 동아시아 모의 특성을 도출하였다.
○ 각각의 모형들에 대해 20세기 후반의 결과를 분석하여 관측 결과와 비교했을 때, 전구 평균 지표 기온은 모델 평균값이 관측 평균값보다 0.95℃ 높게 나타 났으며 동아시아 지역에 대해서는 모델 평균값이 관측 평균값보다 1.01 ℃ 높게 나타났다. 강수량의 경우, 전구 평균값은 관측 평균보다 0.25 mm/day 만큼 높게 모의하였으나 동아시아 지역의 평균값은 모델 평균값과 관측 평균값이 비슷하였다. 그러나 동아시아 지역에서의 강수량 평균은 모형에 따라 1.2 mm/day 만큼 차이가 날 정도로 모델 간 차이가 크다.
○ RCP8.5 시나리오에 따라 21세기 후반의 변화를 분석한 결과 지표 온도는 평균적으로 전구에서 3.51℃, 동아시아에서 4.03℃ 만큼 증가하였으며 강수량은 전구에서 0.17 mm/day, 동아시아에서 0.29 mm/day 만큼 증가하였다. 이로 보아 RCP8.5 시나리오에서도 동아시아 지역의 변화가 전구 평균보다 크게 나타나고 있음을 확인하였다.
○ 20세기 후반의 모의 결과에서 동아시아 지표 기온의 경우, HadGEM2-AO 모형의 평균값은 15.60℃로서 15.04℃인 CESM1 보다 0.56℃
높게 모의하고 있으며 강수량의 평균값은 3.89 mm/day로서 3.18 mm/day인 CESM1 보다 0.71 mm/day 만큼 더 많은 것으로 모의하고 있다. 해면 기압은 CESM1 모형이 약 2 hPa만큼 더 높게 모의하며 대기 안정도를 결정하는 상당온위는 값과 연직 분포 모두 비슷하다. 운량과 일사량은 HadGEM2-AO 모형과 CESM1 모형이 큰 차이 (13%, -8.3 W/m²)를 보이고 있다. 전체적으로 볼 때, HadGEM2-AO 모형은 지표 기온과 강수량, 운량은 높게 모의하고 일사량은 낮게 모의하고 있으며 CESM1 모형은 지표 기온과 일사량은 높게 모의하고 강수량은 평균에 가깝게 모의하며 운량은 낮게 모의하고 있다.
○ 21세기 후반의 결과를 분석하면 동아시아에서 HadGEM2-AO 모형의 지표 온도 증가량은 다른 모형에 비해 다소 높고 CESM1 의 지표 온도 증가량은 다소 낮다. 강수량의 경우, HadGEM2-AO 모형은 증가량이 0.16 mm/day로 매우 낮은 값이며 CESM1은 0.43 mm/day 로서 상당히 큰 값을 보여주고 있다. 해면 기압은 두 모형 모두 유의한 차이가 없으며 상당온위는 HadGEM2-AO 모형의 증가량이 더 크다. 운량의 경우 HadGEM2-AO 모형은 대폭 감소하는 경향을 보이는데 반해 (-4.14%) CESM1의 변화량은 매우 작고 (-0.32%) 이러한 운량 변화에 따라 일사량의 변화는 반대로 나타나고 있다.
○ 일 자료를 이용한 블로킹 분석의 경우, 사용한 5가지 모형 모두 현재의 블로킹 빈도 및 위치를 잘 모의하고 있지 못하고 있을 뿐 아니 21세기 후반의 변화 역시 모형마다의 차이가 매우 크게 나타나고 있다. 또한 중위도 저기압 빈도의 경우, 20세기 후반의 결과는 관측 자료와 비슷한 공간 분포를 보이고 있으나 모형에서 나타나는 저기압 빈도가 관측보다 낮으며 21세기 후반의 경우 모델 앙상블 결과는 저기압 빈도가 다소 감소하고 있으나 모형간의 차이가 크기 때문에 크게 신뢰할 수 없을 것으로 생각된다. 그러므로 모형의 일 자료를 이용한 분석 결과는 어디까지나 참고 자료로만 활용해야 할 것이다.
○ 지역별 기후 변화의 강도를 알아보기 위하여 동아시아와 아프리카, 북미, 유럽, 오스트레일리아 지역에 대해 평균값을 구하고 분석하였다. 그 결과 동아시아 지역에서의 지표 온도 증가량은 다른 지역에 비해 높지 않으나 강수량 및 운량과 일사량의 변화 및 모델 간 차이가 다른 지역보다 더 크게 나타나고 있다. 특히 강수량의 경우, 동아시아에서의 모델 간 차이가 가장 크게 나타나고 있어 강수량의 활용에 주의해야 할 것으로 생각된다. HadGEM2-AO 모형과 CESM1 모형의 경우, 동아시아 뿐 아니라 다른 지역에서도 운량 및 일사량의 변화가 크게 차이나는 것으로 나타났다.

나. 기후 및 대기오염물질 간 상호작용 규명을 위한 전 지구 기후 모델링 수행
○ 20C 및 RCP8.5 시나리오에 따른 장기 실험 모의를 하기 위하여 미 국립 대기과학 연구소 (NCAR)의 모형인 CESM1 을 환경과학원 기후변화모델링 시스템 내에 구축하고 이전에 최적화 방안을 통해 산출한 수평 해상도 (f09_g16: 1.25° x 0.9°) 와 연산 자원 (128CPU)을 이용하여 각 실험을 수행하였다.
○ CESM1 모형의 기후 모의 능력을 검증하기 위해 관측 자료와 이전의 과제에서 생산한 CCSM3 결과 및 CCSM4의 AMIP 실험 결과를 이용하여 비교·분석 하였다. 분석에 이용한 기간은 1980년부터 1999년까지 20년이며 분석 변수 는 지표 온도, 강수량, 해면 기압, 200hPa 동서류, 850hPa 동서류, 850hPa 남북류, 850hPa 비습, 500hPa 지위장의 8가지 변수이다. 분석 결과 관측과의 공가나 상관계수 평균값은 CESM1, CCSM3, CCSM4_AMIP에 대하여 0.938, 0.924, 0.945이며 표준편차의 비는 1.043, 1.098, 1.045 이다. 이 결과는 CESM1 모형이 이전 모형인 CCSM3 보다 더 나은 모의 능력을 갖고 있음을 보여주고 있다.
○ 미래 기후 자료를 산출하기 위해 RCP8.5 시나리오에 따라 CESM1 모형을 이용한 실험을 수행하여 CMIP5에 참여한 다른 모형 결과들과 함께 비교·분석하 였다. 이 실험 결과는 20세기 실험 결과와 함께 지역기후모형 및 대기화학모델의 입력 자료로 제공되었다.
○ 미래 기후 변화에 따른 식생의 변화를 모의하기 위해 산출한 CESM1 미래 실험 결과를 이용하여 CLM4를 이용한 오프라인 실험을 수행하여 미래 기후에서의 식생 변화 및 탄소 순환의 변화를 모의하였다.

( 출처: 요약문 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 5
• 목차 ... 10
• 그림목차 ... 13
• 표목차 ... 23
• I. 서론 ... 25
• 가. 과제 요약 ... 25
• 나. 사업의 배경 및 목적 ... 26
• 1. 사업의 범위 ... 26
• 2. 사업의 배경 ... 26
• 3. 사업의 목적 ... 27
• 다. 연구추진체계 ... 29
• 라. 진행사항 ... 30
• II. 과업 수행계획 및 수행결과 ... 31
• 가. 세부 수행계획 및 일정 총괄 ... 31
• 나. 세부과제 수행결과 ... 32
• 1. 미래 대기 환경 전망을 위한 기후 변수들의 특성 분석 ... 32
• I) 목표 및 수행계획 ... 32
• II) 수행결과 ... 34
• 가) CMIP5 자료 입수 ... 34
• 나) CMIP5 자료를 이용한 미래 대기 환경 변화 분석 ... 36
• 1) 평균값 분석 ... 37
• 2) HadGEM2-AO, CESM1 모형 평균값 비교 ... 44
• 3) 시계열 분석 ... 53
• 4) 지표 온도 ... 55
• 5) 강수량 ... 61
• 6) 해면 기압 ... 73
• 7) 대기 안정도 ... 79
• 8) 행성 경계층 높이 ... 87
• 9) 운량 ... 93
• 10) 일사량 ... 105
• 11) 블로킹 ... 111
• 12) 중위도 저기압 빈도 ... 118
• 13) 지역별 변동성 분석 ... 129
• 14) 복사 강제력 분석 ... 136
• III) 요약 및 결론 ... 148
• 2. 기후 및 대기오염물질 간 상호작용규명을 위한 전 지구 기후 모델링 수행 ... 149
• I) 목표 및 수행계획 ... 149
• II) 수행결과 ... 151
• 가) NCAR CESM1 모형 개요 ... 152
• 나) CESM1 실험 계획 및 진척도 ... 153
• 다) 결과 변수 및 용량 ... 154
• 라) 테스트 실험 ... 155
• 마) CESM1_Hist 실험 ... 156
• 1) 실험 개요 ... 156
• 2) 시계열 분석 ... 157
• 3) 공간 평균장 분석 ... 161
• 4) 동아시아 몬순 ... 171
• 5) 엘니뇨 분석 ... 177
• 6) 극진동 분석 ... 180
• 7) 20세기 결과의 관측과의 비교 검증 ... 185
• 바) CESM1_RCP85 실험 ... 195
• 1) 실험 개요 ... 195
• 2) RCP8.5 시나리오에 따른 기본 대기장의 변화 ... 195
• 사) CLM_Offline 실험 ... 212
• 1) 실험 개요 ... 213
• 2) 대기 경계 자료 제작 및 스핀 업 실험 ... 213
• 3) CLM4?20C 실험 ... 215
• 4) CLM4?21C 실험 ... 221
• III) 요약 및 결론 ... 231
• III. 결론 ... 232
• IV. 참고문헌 ... 234
• Appendix ... 238
• Appendix A. ... 238
• Appendix B. ... 256
• Appendix C. ... 290
• Appendix D. ... 322
• 끝페이지 ... 326