초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
극한 기후에 영향을 주는 요소로, 많은 선행 연구들은 대기-해양 상호 작용과 같은 적도 태평양에서의 해수면 온도 변화에 관심을 기울였지만, 최근 유라시아 지역의 전례 없는 폭염과 건조화로 인한 지면-대기 기후 되먹임의 역할이 강조되고 있다. 기후 변화에 따른 토지 피복의 변화가 지구온난화를 악화시키거나 반대로 회복력을 증가시키는 원인이 될 수 있다는 점에 착안하여, 지구온난화 시나리오에 따른 토지 피복 변화가 대기와의 상호작용을 통해 지역적 강수 및 온도에 미치는 영향에 대해 알아보고

□ 연구 목표 및 내용
◼ 최종 목표
극한 기후에 영향을 주는 요소로, 많은 선행 연구들은 대기-해양 상호 작용과 같은 적도 태평양에서의 해수면 온도 변화에 관심을 기울였지만, 최근 유라시아 지역의 전례 없는 폭염과 건조화로 인한 지면-대기 기후 되먹임의 역할이 강조되고 있다. 기후 변화에 따른 토지 피복의 변화가 지구온난화를 악화시키거나 반대로 회복력을 증가시키는 원인이 될 수 있다는 점에 착안하여, 지구온난화 시나리오에 따른 토지 피복 변화가 대기와의 상호작용을 통해 지역적 강수 및 온도에 미치는 영향에 대해 알아보고자 한다. 특히, 유라시아 지역은 지면-대기 결합이 큰 지역으로, 대기 원격 상관을 통해 아시아 몬순 지역 수문 순환 및 극한 기후에 영향을 줄 것으로 기대된다. 최종적으로 기후 내부 변동성 및 지구온난화에서 극한 기후 발생의 물리적 과정을 파악하고, 시베리아 영구동토층의 융해, 식생 증발산량 및 극빙하 변화에 따른 지면-대기 결합의 변화가 극한 강수 및 가뭄, 열파 발생 과정에 미치는 영향에 대해 파악하는 것이다.

◼ 전체 내용
대부분의 기후 모형에서 지구온난화가 진행됨에 따라 토양 수분을 포함한 육지 표면이 변화하며 이 때문에 기상재해가 일어날 가능성을 신뢰도 높게 모의하는바, ‘어느 정도의 극한 기후가 지속해서 발생할 것인가’, ‘어떤 지역에서 가장 민감하게 반응하는 가’에 대한 이해는 사회경제적 피해를 최소화하는 데 필수적이다.
먼저, 극한 기후의 강도에 한정하지 않고 발생 시기 및 지속성에 대한 종합적인 특징이 지면-대기 상호작용과 어떠한 관계가 있는지 관측 자료를 이용한 분석할 예정이며, 지역별 특징 및 민감도에 대한 정량적인 분석을 할 예정이다. 그 예로, 2020년 여름철 장마 기간이 길어진 원인 중 하나로, 지구온난화와 관련된 시베리아 지역의 열파와 영구동토층의 변화가 있다. 두번째로, 지속성이 짧은 대기 내부 변동성이 다른 계절의 물 순환에 미치는 영향을 미칠 가능성을 지면-대기 결합 여부로 나눠 관측 결과로 원인을 분석할 예정이다. 미래 극한 강수 빈도가 증가할 것이란 우려와 함께, 영구 동토층의 변화와 같은 토지 피복의 변화가 국부적, 원격으로 미치는 영향에 관해 규명하는 연구는 홍수, 산사태 등의 자연재해의 위험성이 커지고 있는 지금 가장 시급한 연구 과제라 생각된다. 세 번째로, 유라시아 지역에서 최근 지면-대기 결합 강도가 변화하고 있다는 논문을 기반으로, 앞선 변화가 미래 극한 강수 강도 및 지속성에 대해 미치는 영향을 살펴보고자 한다. 또한, 미래 극한 기후 발생 원인에 대해, 자연적 기후 변동성과 인위적인 강제력으로 나눠 상대적인 기여도를 조사할 것이다. 네 번째로, 유라시아를 포함한 중-고위도 지면 강제력의 변화가 지표 건조화의 가속 및 물 순환변화와 극한 기후 발생을 얼마나 설명할 수 있는지를 기후 모델링 결과를 통하여 이해하고, 새로운 지표 예측 인자를 발굴해 예측 불확실성을 감소하는 데 이바지할 것이다. 마지막으로는 육지 모델의 영향 평가가 가능한 다양한 앙상블 실험의 실험 간의 비교를 통해 지면-대기 상호작용에 민감한 지역 및 극한 기후 발생 빈도에 미치는 물리적 과정을 연구할 것이다.

◼ 1단계
❏ 연구 목표
1차년도는 극한 호우, 해양열파, 한파와 같은 극한 기후에 대한 시공간적 특징을 밝히는 것을 목표로 연구했다. 특히 이러한 극한 기후 현상에 대한 발생 메커니즘을 이해하고, 지역별 기후 시스템이 극한 기후에 기여하는 메커니즘 분석을 통해서 지역적 혹은 원거리 영향에 대한 정량적인 분석을 수행했다. 유라시아를 포함한 중-고위도 지면 강제력의 영향이 한반도 순환장과의 관련성을 확인하는 등, 관련 기후 시스템에 대한 이해를 통해 극한 기후 현상에 대한 예측성 향상에 기여하는 것이 목표이다. 마지막으로 전지구 기후 모델 자료를 활용해 이산화탄소 농도 변화에 따른 몬순 지역의 평균 강수와 극한 호우 현상을 지역적으로 나눠 이해하고, 다양한 기후 시나리오에서의 극한 기후의 특성에 대한 분석을 통해 기후 변화에 대한 취약성 평가 및 적응 전략에 활용하는 것을 최종적인 목표로 연구를 수행했다.
❏ 연구 내용
1차년도는 극한 기후에 대한 정의와 이해를 목표로 했으며, 다양한 시공간 규모에서의 극한 기후 메커니즘을 이해하고자 했다. 지구 시스템 모형(Community Earth System Model, CESM) 실험을 통해 미래 이산화탄소를 증가했다가 현재 수준으로 돌아오면 수문학적 관점에서 지구온난화로 유발된 문제가 해결될 것인지 혹은 비가역적인 반응을 보일 것인지 연구했다. 몬순 지역의 평균 강수량은 이산화탄소 증감실험에 대해 비가역적으로 작용했지만, 극한 강수 강도의 경우 이산화탄소 증가 및 감소와 함께 변화하는 것을 발견해 직접적인 탄소 감소 정책이 극한 호우 현상을 감소시킬 수 있음을 확인했다. 2차년도에서는 극한 기후에 발생 메커니즘과 기후 시스템 관계를 이해했다. 특히 한반도 주변 해역의 해양 열파를 자료 중심적인 방법으로 군집화해 빈도, 강도 그리고 지속일에 대한 정보를 계절 내 시간 규모에서 해역별 분석했다. 혼합층 수지 방정식을 통해 정량적으로 해양과 대기의 역할을 살펴봤으며, 일부 해양열파의 경우 대기 원격 상관과 밀접한 관계를 보였다. 특히 2022년 동중국해 해양열파는 총 62일로 최장기간 발생한 유례없는 현상이 오랫동안 지속됐다. 이러한 최장기간 발생 원인은 파키스탄 폭우와 같은 아열대 지역에서의 강제력과 서유라시아 지역에서의 지면-대기 상호작용으로 유발한 고기압성 순환장이 중위도의 대기 원격 상관을 변화해 한반도에 영향을 줬기 때문임을 밝혔다. 2차년도는 해양열파뿐만 아니라 티베트 지역의 눈 덮임(지면-대기 상호작용)의 변화로 1990년대 전후로 동아시아 몬순 강수량과의 관계 변화 등을 연구했다. 3차년도는 기후 시나리오에서 모의한 극한 기후 특징을 분석하고, 동아시아에서 빈번하게 발생하는 극한 기후 현상 중 강력했던 해에 대한 사례연구를 통해 발생 메커니즘을 연구했다. 또한 2022년 한반도 중부지방 극한 호우 현상에 대한 수증기 수지 방정식을 통해 정량적인 분석을 수행했으며, 원격 강제력에 대한 이해 및 강제력의 기원을 구분함으로써 발생 메커니즘을 분류하고, 최종적으로 지구온난화로 얼마나 이런 극한 기후 현상이 빈번하게 발생하는 지를 통해, 미래 사회경제적 대비를 가능하게 하는 것을 목표로 연구를 수행했다.

◼ 2단계
❏ 연구 목표
최근 기후 변화로 인해 일어날 수 있는 다양한 형태의 극한 기상현상이 동시다발적으로 발생하고 있다. 또한 많은 연구에서는 복합 기후 현상 간의 상호작용의 증가로 극한 기후를 더욱 예측할 수 없게 만들고 있음을 시사했다. 1단계에서 일부 제시한 극한 호우-해양열파 간의 상호작용에 대한 연구 내용에 착안해, 4차년도는 복합 해양 기상 재해에 대한 메커니즘을 분석하는 것을 목표로 한다. 또한, 복합 극한 기후 현상의 시간에 따른 빈도나 강도에 대한 이해를 통해 최종적으로는 미래 기후에서의 복합 극한 기후 현상에 대한 기후위기에 대한 경각심을 일깨워 주는 것을 목표로 한다. 5차년도에서는 기후 시스템 모형을 통한 미래 극한 기후 변화에 관한 특성 분석에 집중해 연구할 예정이다. 하지만, 수평 해상도가 수백km에 이르는 전지구 모형은 지역적인 극한 기후 현상에 대한 상세한 정보를 얻는 데 한계가 있다. 따라서 고해상도 모형과의 비교를 통해 모의 능력을 비교 분석해 기후변화로 인한 극한 기후 현상이 재해에 미치는 영향에 대한 평가를 수행하는 것을 목표로 한다.
❏ 연구 내용
3차년도에서 제시한 복합 기후 현상에 대한 이해의 필요성을 전적으로 공감해 추가적인 연구를 4차년도에서 이어나가려고 한다. 2022년 동중국해 최장기 해양열파 사례연구의 경우, 해양열파 시작 시기에 동아시아 몬순 강수로 인한 해양 성층강화가, 중기에는 파키스탄 폭우로 인한 대기 원격 순환이, 종료에는 태풍 힌남노 북상으로 인한 대기와의 상호작용으로 해양열파의 생애가 결정됐다. 해당 연구는 최초로 동아시아 몬순-해양열파-태풍 간의 상호작용을 강조했으며, 미래 동아시아 몬순의 강수량이 증가함과 동시에 해수면 온도 상승으로 인해 빈번하게 발생할 것으로 예상된다. 또한, 동중국해 해양열파가 기후 변화에 따라 빈번하고 강하게 발생하는 데, 해양열파 환경에서 강한 남풍이 유발되면, 따뜻한 남풍으로 인해 발생한 2022년 한반도 중부지방 폭우와 같은 사례가 자주 발생할 가능성을 보인다. 따라서, 최종적으로는 복합 기후 재해 현상에 대한 미래 변화까지 고려하는 것이 목표이다. 즉 1단계 연구 내용에 이어서, 유라시아 지역의 중-고위도에서의 지면-대기 상호작용과 관련한 대기 순환장이 대서양에서의 열 강제력을 동아시아까지 이동하는 데 중요한 역할을한 연구 결과를 바탕으로, 전지구 예측 인자를 구성해 미래 복합 극한 현상의 예측성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대한다. 5차년도에는 전지구 기후 시스템 모형을 통한 미래 극한 기후 변화에 관한 연구에 집종하는 것을 목표로 한다. 기존의 전지구 기후 모델은 상세한 지형이나 토지 피복으로 국부적 강제력의 현실적 영향을 반영한다는 점에서 해상도가 취약하다. 특히, 기후 시스템 간의 상호작용을 반영을 위해서는 고해상도 모델이 필수적이며 미래 극한 기후 변동성의 이해 및 예측 능력을 향상하고, 기후 변화에 대한 취약성 평가 및 적응 전략을 수립할 수 있을 것이다.

□ 연구성과
[정성적 성과]
극한 폭우, 한파, 해양열파와 같은 극한 기후 현상 이해 및 메커니즘 분석과 관련한 논문은 5편(SCI) 출판 및 게재 완료해 정량적 성과에 포함됐다. 따라서, 현재 진행 중인 두 연구에 대한 정성적 결과를 간단하게 제시하고자 한다. 첫 번째는 티베트 지역의 눈 덮임 정도가 동아시아 여름 강수에 미치는 영향에 대한 연구이다. 티베트 눈 덮임과 동아시아 여름 몬순 강수와의 관계가 1990년 전후로 크게 변화하는 것을 발견했으며, 이는 지면-대기 상호작용의 변화임을 밝혔다. 해당 연구는 동아시아 여름 몬순 강수의 강도를 예측하는 데 티벳 지역의 눈 덮임의 중요성을 재평가해, 한반도 여름철 장마 강수 변동성에 대한 이해를 도우며, 추후 예측성 향상에 중요한 역할을 할 것으로 기대한다. 두 번째 연구는 미래 기후 시나리오를 활용한 극한 기후 현상의 특징을 밝히고자 했다. 기후변화에 따른 해수면 온도 상승으로, 해양열파와 같은 이상 해양기상현상의 빈도가 증가한다고 보고됐으며, 신기후평년에서의 해양열파의 발생 빈도, 지속성 및 강도 변화를 세분화해 이와 관련된 물리적 과정을 이해하는 연구이다.
[정량적 성과]
과학기술/학술적 연구성과는 SCI논문 5편과 학술대회 논문 발표 총 11건 (국내 5건, 국제 6건)을 수행했다.

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과
극한 기후에 대한 정의는 다양하게 존재한다. 예로 '얼마나 지속하는지',' 어느 정도 강력한지', 혹은 '언제 어느 지역에서 발생하는지'가 이에 속한다. 따라서 극한 기후 특징을 지역적으로 살펴보는 학문적 성과는 인류의 생존과 직접적으로 연관돼 있고, 정확한 예측은 사회, 경제적 피해를 경감시키는 데 기여할 것이다. 또한, 기존의 선행 연구들이 간과했던 지면-대기 상호작용에 대한 이해는 새로운 연구 방향을 선도하는 기반이 되어 많은 후속 연구를 도출할 것으로 기대되며, 기후 모델링 분야 혹은 전 지구 기후 순환 모델 개발에 이바지할 수 있는 근간을 마련할 수 있을 것이다. 마지막으로, 기존에 해양의 변동성에만 초점을 맞췄던 미래 기후 변화 연구에 새로운 지표 예측 인자를 제시해, 극한 기후 발생에 대한 예측 가능성을 높일 것이며, 추후 국가적 차원에서의 수문 관리 시스템 발전과 농업을 포함한 다양한 분야에서의 정책 및 의사 결정을 하는 데 도움을 줄 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 6
• 1. 연구과제의 개요 ... 7
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 8
• 1) 연구수행 결과 ... 8
• 2) 목표 달성 수준 ... 12
• 3) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4) 중요 연구변경 사항 ... 13
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 14
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 15
• 1) 연구 목표 및 내용 ... 15
• 2) 연구 추진전략 ... 15
• 3) 연구 추진일정 및 기대성과 ... 16
• 4) 다음 단계 연구비 사용계획 ... 16
• 5) 연구 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 16
• 끝페이지 ... 36