초록 ▼

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
본 과제에서는 IPCC AR6 대응 전지구 시나리오 산출 국제프로젝트(CMIP6)와 연계, 지구시스템모델과 후처리과정 및 모니터링체계를 포괄하는 기후변화 시나리오 산출 시스템을 보완하고 새로운 국제표준에 의거한 기후규준실험(CMIP6 DECK)을 수행하였다.
• 지구시스템모델(KMA’s Advanced Climate Earth System Model; K-ACE) 개선을 위해 영국기상청 UM(Unified Model)의 에어로졸의 유효 복사강제력(effective radiative forcing)

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
본 과제에서는 IPCC AR6 대응 전지구 시나리오 산출 국제프로젝트(CMIP6)와 연계, 지구시스템모델과 후처리과정 및 모니터링체계를 포괄하는 기후변화 시나리오 산출 시스템을 보완하고 새로운 국제표준에 의거한 기후규준실험(CMIP6 DECK)을 수행하였다.
• 지구시스템모델(KMA’s Advanced Climate Earth System Model; K-ACE) 개선을 위해 영국기상청 UM(Unified Model)의 에어로졸의 유효 복사강제력(effective radiative forcing) 및 해빙모의 개선 결과를 반영, GLOMAP 과정과 CICE 모델을 추가하는 등 대기모델 성분을 업그레이드하였다.
• 개선된 지구시스템모델을 기반으로 산업혁명 이전(Pre-industrial) 규준실험과 AMIP 실험을 수행하고 기후모의성능을 평가하였다.
• 기후변화 시나리오 다원화를 위해 영국기상청 지구시스템모델(UKESM)의 장기 기후모의를 위한 수행환경을 구축하였으며, 기후변화 시나리오의 관리ㆍ활용 효율화를 위해 대용량 스토리지 구축, 후처리과정과 DB 개선을 수행하였다.

기후변화 시나리오 산출과 분석에서는 기후변화에 대한 과학적 이해를 높이고자 동아시아 여름몬순, 해수면 상승 변화를 전망하였다. 또한 모델 진단체계를 개선하고 시나리오 표출시스템을 개발하였다.
• 기후변화 시나리오 활용 편이 확대를 위해 웹기반의 표출시스템 Viz-ESM을 개발하였으며, 또한 지구시스템모델의 모의 성능 진단을 위하여 RMSE기반의 진단 tool을 개선하고 CMIP5모델 결과를 활용, 성능평가에 적용하였다.
• 동아시아 여름 몬순변화 전망에서는 미래 강수량증가에 있어 강한 강수의 증가가 주요하게 기여하며 특히 고위도에서는 강수일수까지 증가하는 지역적 특성을 분석하였다. 또한 모델 모의성능에 따라 강수량과 운량 등의 미래 전망에 있어 위도별 특성이 다름을 확인하였다.
• 한반도 근해의 해수면 고도 미래 전망에서는 전지구 전망결과보다 수cm차이로 높고 불확실성이 컸다. 해역별 차이는 근소하며 남해 앞바다가 상대적으로 높게 전망되었다. 더불어 인위적 영향이 자연변동성을 넘어서는 온난화가 RCP85에서 여름은 2030년대, 겨울은 2040년대에발현함을 분석하였다.
• HadGEM3-RA 기반 CORDEX-EA 동아시아지역 지역기후모의 경우, 관측강제력에 의한 모의는 대체로 한랭ㆍ건조오차를 보였으며 HadGEM2-AO 강제력 실험은 SST 편차․분산 보정으로 강수모의결과가 개선되었다.

탄소추적시스템 버전 업그레이드(2013B→2016) 및 항공관측자료 적용 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였으며, 탄소 관측 자료 검증연구를 위해 TCCON과 위성 관측 자료를 비교·분석하였다.
• 탄소추적시스템 2013B 버전에서 2016 버전으로 업그레이드 하여 초기 추측 모델 값의 개선 및 산출 자료의 기간을 확장하였다. 탄소추적시스템의 자료동화에서 항공자료를 추가하여 그 영향을 분석하였다
• TCCON과 위성 (GOSAT, OCO₂) 관측 자료의 비교 및 탄소추적시스템 분석 결과와 타워 관측 결과 비교 분석을 수행하였고, 그 결과 자료 간의 일치성을 확인하였다.
• 광량조절장치(OASIS) 개발을 통하여 온실기체 관측 정확도를 개선하였으며, 탄소 관측자료(위성, 항공, 지상 FTS) 통합 표출체계를 개발하였다.

국립기상과학원은 장기예측시스템을 현업 운영 중에 있으며 장기예보의 정확도 향상을 위해 모델 초기장 개선 및 민감도 실험을 수행하였다. 또한 계절내(2주∼2개월) 규모에서 동아시아 여름몬순 및 태풍에 관한 장기예측 기법 개발하고 예측성능을 검증하였으며 온도와 강수 확률예보의 신뢰도를 평가하였다.
• 자체 생산된 해양·해빙 초기자료의 결과 현재 현업 초기자료와 계절별로 모의하는 결과는 뚜렷한 차이를 보이지 않았다. 또한 현업 장기예측시스템의 하천유출정보를 개선한 결과 양쯔강 하구지역과 한반도 남서쪽지역(제주 서쪽) 하구, 일본 남서쪽 하구의 위치와 담수가 개선되었다.
• 토양수분 초기화 과정에 따른 2016년 8월 동아시아 폭염 예측 민감도 실험을 수행한 결과,초기화 과정은 폭염의 발생에 기여하였으나 GloSea5의 강수 오차와 강한 변동성으로 인해 토양수분의 메모리가 충분히 유지되지 못하는 한계가 있었다.
• S2S DB를 이용하여 동아시아 여름몬순 지역 준 실시간 강수와 시종 예측체계를 구축하였다.계절별 확률예보 검증에서는 지상기온의 경우 신뢰할 수 있는 수준이었으나 강수는 일부지역에서만 유의한 수준으로 나타났다. GloSea5 열대 저기압 예측 검증 경우, 동아시아 지역 2017년 예측 발생 수는 28개로 모델 기후와 유사하고 관측 기후 보다 2개 많았다.

( 출처: 요약문 17p )

Abstract ▼

Ⅳ. Research Contents and Results
In this study, a CMIP6 scenario production framework have been improved through integrating ESM (Earth System Model), postprocessing, and monitoring and evaluation processes. The framework has been used for integrating CMIP6 DECK simulations.
• UM (Unified Mode

Ⅳ. Research Contents and Results
In this study, a CMIP6 scenario production framework have been improved through integrating ESM (Earth System Model), postprocessing, and monitoring and evaluation processes. The framework has been used for integrating CMIP6 DECK simulations.
• UM (Unified Model), atmospheric model of ESM (KMA’s Advanced Climate Earth System Model; K-ACE) has been upgraded to improve the simulations of effective radiative forcing for aerosol and sea ice. Additionally, GLOMAP (aerosol scheme) and CICE (sea ice model) have been added to the ESM.
• The CMIP6 prerequisite experiments (pre-industrial controal and AMIP) have been performed and evaluated for climatology.
• The latest version of UKESM had been ported on KMA’s HPC and verified to check the numerical consistency. Also, a new storage with over than 40PB was procured and postprocessing and DB system have been improved for managing and utilze efficiency.

In order to enhance scientific understanding of climate change, future East Asia summer monsoon and sea level rise was projected and analyzed using the climate change scenarios. The model performance evaluation tool was improved and a visualization tool for climate change scenarios was developed.
• The Viz-ESM, a web-based visualization tool, has constructed to expand use of NIMS’ Climate change scenarios. CMIP5 models were evaluated by the improved model performance evaluation tool based on Normalized RMSE.
• Analysis of extreme rainfall of RCP8.5 over the East Asia region shows that increasement of future precipitation was mainly influenced by waxing of extreme rainfall. There are differences in future precipitation depending on latitude according to model performance.
• Future sea level rise in Korean peninsular is several centimeters higher than global mean and has higher uncertainty. Regional difference is slight and sea level in the south sea offshore is highest. According to RCP8.5, timing of anthropogenic warming on land of Korea is the 2030s, in summer and is 2040s, in winter.
• NIMS participates in CORDEX-East Asia Ⅱ experiment and prepares IPCC AR6 using HadGEM3-RA. For ERA-Interim experiment, this result was involved cold and dry bias. For HadGEM2-AO experiment, we confirmed Bias- and Variacecorrected SST improves the precipitation result.

We’ve updated the Carbon Tracker (CT) 2013B to 2016. Hence the prior values become more accurate and the period of the retrieved data is expanded. Then, we’ve verified the satellite observation data using TCCON data. Both results are well agreed.
• we updated the CT 2013B to 2016. Hence the prior values become more accurate and the period of the retrieved data is expanded. Flight observation data are added to the CT Asia for assimilation, Then, the results are compared to the data without flight observation.
• Both TCCON and Satellite (GOSAT and OCO₂) are well agreed in capturing large amplitude of seasonal variability of XCO₂, while over southern hemisphere, they showed an increasing trend with low amplitude of seasonal signals. It was observed that CT Asia revealed a good agreement almost all stations during the afternoon time. Annual and seasonal cycles of the CO₂ are well reproduced.
• It is the uncertainty improvement of greenhouse gas information through OASIS development. Development of integrated observation system for carbon observation(Satellite, G-b FTS, Aircraft). The system provides observation information.

NIMS/KMA operates the Global Seasonal forecast System version 5 (GloSea5) and performs sensitivity experiments to improve the seasonal prediction skill. It has investigated predictabilities for East Asian Summer Monsoon (EASM) and Typhoon in Subseasonal to Seasonal (S2S) time scale, and reliability of probability forecast.
• The result of ocean and sea-ice initial condition sensitivity assessment showed that there were no distinct differences between the result using current operational initial conditions and that of using modified ones in seasonal simulations. The ocean and sea-ice initial conditions of the modified version were produced from NIMS/KMA. As a result of modified river discharge information, prediction skill on outflow was improved in the following regions: river mouth of the Yangtze river, southwest of Korea(west of Jeju) and southwest of Japan.
• The sensitivity experiment on initial condition of soil moisture showed that it contributed to extreme heat in east Asia, August 2016. However, there was a limitation that GloSea5 doesn’t have sufficient memory of soil moisture due to wet bias and high variability for precipitation.
• A near-real time prediction system on precipitation and onset-withdrawal in EASM was established by using S2S models. Probability forecast for temperature can be reliable, while that for precipitation is reliable only in a few regions. GloSea5 predicted 28 tropical storms which were comparable with climatology from observation, which is 2 cases more than the observed climatology in 2017.

( 출처 : SUMMARY 22p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구 보고서 ... 3
• 목차 ... 5
• 표목차 ... 8
• 그림목차 ... 10
• 요 약 문 ... 17
• Summary ... 21
• 제1장 서론 ... 27
• 제2장 지구시스템 모델 개발 및 활용연구 ... 29
• 제1절 지구시스템모델(K-ACE) 기반 CMIP6 규준실험 수행 ... 29
• 1. 수행체계 개선 ... 29
• 2. 산업혁명 이전(PI-Control) 규준실험 수행 및 기후 모의성능 평가 ... 31
• 3. AMIP 실험 환경 구축 및 기후 모의성능 평가 ... 36
• 제2절 시나리오 다원화 위한 지구시스템모델(UKESM) 수행환경 구축 ... 38
• 1. UKESM 소스코드 입수 및 기상청 슈퍼컴퓨터 장착 ... 38
• 2. 장기기후모의를 위한 계산 정합성 및 수행환경 구축 ... 39
• 제3절 기후모델자료DB 연계시스템 구축 ... 42
• 1. 스토리지-기후모델자료DB 연계 ... 42
• 2. 후처리과정의 기후모델자료DB 사용자 인터페이스 연계 ... 44
• 제3장 기후변화 시나리오 산출과 분석 ... 51
• 제1절 기후변화 시나리오 웹 표출시스템 개발 ... 51
• 1. 개발 배경 ... 51
• 2. 시스템 개요 및 구동방법 ... 52
• 제2절 동아시아 극한강수의 CMIP5모델 모의성능 검증 및 미래변화 ... 55
• 1. 분석방법 및 성능 검증 ... 56
• 2. 동아시아 미래 극한강수 전망 ... 59
• 제3절 RMSE를 이용한 CMIP5모델 전지구 모의성능평가 ... 60
• 제4절 미래 한반도 기후변화 전망 ... 65
• 1. 우리나라 미래 해수면 상승 ... 65
• 2. 한반도 미래 인위적 온난화 발현시점의 분석 ... 68
• 제5절 CORDEX-EA 및 IPCC AR6 대응을 위한 지역기후자료 산출 ... 70
• 1. 편차·분산 보정된 SST를 이용한 HadGEM3-RA 과거모의 실험 및 분석 ... 70
• 2. 재분석자료 강제력기반 HadGEM3-RA지역기후모델의 모의실험 및 분석 ... 73
• 제4장 탄소추적시스템 개발 및 온실가스 위성 활용 기술 개발 ... 77
• 제1절 탄소추적시스템 기반 탄소의 흡수․배출․순환 특성 ... 77
• 1. 탄소추적시스템 기반 탄소의 흡수·배출·순환 특성 ... 77
• 2. CT-Asia 항공관측 자료동화 체계 구축 및 결과 ... 83
• 제2절 온실가스 위성 지상 FTS 활용 기술개발 ... 85
• 1. 다양한 관측 장비들을 활용한 CO2농도 비교 분석 ... 85
• 2. 전지구 지상 온실가스 관측망(TCCON) 자료와 지상 타워관측 자료를 활용한 탄소 트래커 모델 시뮬레이션 검증 ... 92
• 3. 탄소감시를 위한 기상기기 개발 및 검증 ... 97
• 4. 탄소순환감시 표출시스템 구축 ... 100
• 제5장 장기예측시스템 개발 ... 103
• 제1절 장기예측시스템 운영, 개선 및 민감도 분석 ... 103
• 1. 초기장 해상도 변경에 따른 장기예측시스템 초기자료 민감도 평가 ... 103
• 2. 지면초기화 과정 개선과 해양/해빙/지면 강제력에 따른 민감도 평가 ... 106
• 3. 하천유출 위치 조정에 따른 장기예측시스템 민감도 평가 ... 110
• 제2절 장기예측 기법 개발 및 예측성능 검증 ... 115
• 1. S2S DB를 활용한 동아시아 여름몬순 진단체계 고도화 ... 115
• 2. 장기예측시스템 지상기온 및 강수 확률예보 검증 및 신뢰도 평가 ... 119
• 3. 장기예측시스템 동아시아 열대성 저기압 진단체계 고도화 ... 124
• 제6장 결론 ... 127
• 참고 문헌 ... 129
• 끝페이지 ... 136