초록 ▼

□ 연구 목표 및 내용
◎ 최종 목표
본 연구의 최종 목적은 2020년 이례적으로 발생한 오존홀 사례의 발생원인을 파악하고, 해당 오존홀이 어떤 영향을 미쳤는지 파악하는 것에 있다. 더 나아가 오존홀과 관련된 순환장이 현업 모형에서 얼만큼의 예측성능을 보이는지 정량화하고자 하였으며, 마지막으로 미래기후에서 이러한 이례적인 오존홀이 발생가능한지 그리고 발생한다면 어느정도 빈도로 발생하는지 파악하고자 하였다.
연구를 수행하기 위해 전체 과제를 크게 세 부분으로 나누었다. 1) 2020년 오존홀 특성과 성층권 역학의 이해

□ 연구 목표 및 내용
◎ 최종 목표
본 연구의 최종 목적은 2020년 이례적으로 발생한 오존홀 사례의 발생원인을 파악하고, 해당 오존홀이 어떤 영향을 미쳤는지 파악하는 것에 있다. 더 나아가 오존홀과 관련된 순환장이 현업 모형에서 얼만큼의 예측성능을 보이는지 정량화하고자 하였으며, 마지막으로 미래기후에서 이러한 이례적인 오존홀이 발생가능한지 그리고 발생한다면 어느정도 빈도로 발생하는지 파악하고자 하였다.
연구를 수행하기 위해 전체 과제를 크게 세 부분으로 나누었다. 1) 2020년 오존홀 특성과 성층권 역학의 이해, 2) 현업 모형에서 예측성능 검증, 그리고 3) 미래기후에서 오존홀 발생 예측에 해당한다. 먼저, 1)과 2) 세부 연구에서는 전체 연구단계중 1단계에 해당하며, 오존홀 발생 전 역학적인 원인과 관련된 통계적 분석과 발생후 영향과 관련된 통계적 연구를 수행하고자 하였다. 원인 분석 및 예측성능 검증을 위해 기후역학 모델을 활용하고자 하였다. 2단계인 세부연구 3)에서는 미래 기후 시나리오에서 이러한 북극 오존홀이 발생가능한지, 그리고 발생한다면 어느정도 수준으로 발생하는지 등에 대한 통계적 분석을 수행하고자 하였다. 추가적으로 사례가 많은 만큼 통계적 유의성이 확보된 특성 분석을 수행하고자 하였다.
총 2단계에 걸친 연구 과제를 통해, 이례적으로 발생하는 북극 오존홀에 대한 성질을 이해하고, 현재 기후에서 어떠한 의미를 가지는지 파악할 수 있으며, 이러한 분석 결과가 미래에도 유사하게 확인되는지 혹은 차이가 있는지 알아 볼 수 있다.

◎ 전체 내용
○ 2020년 오존홀 특성과 성층권 역학의 이해(1단계)
2020년 발생한 북극 오존홀 발생 원인에 대한 분석을 다룬 연구로 적도와의 관계를 분석하고자 하였다. 연구기간 동안 적도 순환장 변동성인 준2년 주기진동 붕괴를 다루었으며, 준2년주기진동 붕괴를 유도한 2019년 남반구 돌연승온 발생 원인에 대한 분석도 같이 진행되었다. 또한 오존홀 발생 후 지역적으로 어떠한 영향을 미쳤는지에 대한 분석도 같이 진행된 바 있다.
또한, 2020년 오존홀 발생 원인에 대한 검증을 위해 기후역학 모형에서의 모형 실험을 진행하고자 하였다. 기후 역학 모형은 Global/Regional Integrated Model system (GRIMs)에 해당하며, 해당 모형을 바탕으로 원인 분석 및 예측성능 검증, 그리고 미래기후에서의 변화 등까지 함께 보고자 하였다. 이 과정에서 준2년주기진동 모의를 위해 일부 대류모수화 개선, 성층권 넛징기술 개발 등을 수행하였다.

○ 현업 모형에서 예측성능 검증(1단계)
오존홀 사례를 GRIMs 모형에서 어느정도 예측 성능 아래에서 예측이 가능한지 확인하고자 하였다. 앞선 연구 내용 중 원인 분석을 위한 GRIMs 성능 개선이 여기에서도 반드시 필요하였다. 성층권 역학이 어느 정도 모의되지 않는다면, 예측성능 평가에 큰 의미가 없기 때문이다. 이 과정에서 GRIMs의 오존 자료 등을 업데이트 하고, 모형 성능 개선 작업을 진행하였다.
다만, GRIMs 모형이 화학과정을 고려하지 못하고 있다는 한계 때문에, 오존 감소 자체를 예보하는 것보다 오존홀 사례를 유도할 수 있는 순환장 예측을 중점적으로 진행하고자 하였다.

○ 미래기후에서 오존홀 발생 예측(2단계)
2단계에 해당하는 미래기후에서의 오존홀 발생 여부를 파악하고자 하였다. 장기적으로 오존홀 빈도수가 어떻게 되는지 혹은 이번 이례적인 오존홀을 유도한 적도-극 상호작용 과정이 어떻게 변했는지 등을 파악하고자 하였다. 장기적인 빈도수 외에도 역학적인 과정이 2020년 이례적인 오존홀과 유사한지 혹은 다르다면 왜 다른지 등을 파악하고자 하였다.

◎ 1단계
● 연구 목표
1단계 연구에서는 2020년 발생한 북극 오존홀의 특성과 역학적인 원인 분석을 수행하고, 이에 따르는 대류권 영향을 분석하고자 하였다. 또한 역학적인 원인 분석과 현업모형에서의 예측성능을 검증해보고자 기후역학 모형 실험을 설계하였으며, 이를 통해 오존홀 발생 가능성에 대해서 논의하고자 하였다.

○ 2020년 오존홀 특성과 성층권 역학의 이해
구체적으로 첫 세부연구 주제에서는 2020년 이례적으로 발생한 북극 오존홀의 특성과 발생 원인, 그리고 대류권에 대한 영향 등을 살펴보고자 하였다. 분석에는 주로 관측 및 재분석자료가 사용되었으며, 이 과정을 통해 이번 북극 오존홀이 이례적으로 발생한 원인이 무엇이며, 한 사례에서만 확인되는 특이 현상인지 앞으로도 발생 가능한 현상인지 확인하고자 하였다. 더 나아가 중위도 지역에 대한 피해가능성을 시사함으로써 추후 북극 오존홀 모니터링에 대한 시사점을 남기고자 하였다.

○ 현업 모형에서 예측성능 검증
기후역학 모형에서 북극 오존홀 모의 성능에 대해서 평가하고자 하였다. 정확히 북극 오존홀 발생 가능 조건에 대한 예측성능 검증을 수행하고자 하였으며, 이 과정을 통해 모니터링 가능성에 대한 현황과 앞으로 기대할 수 있는 전망에 대해서 살펴보고자 하였다.

● 연구 내용
○ 2020년 오존홀 특성과 성층권 역학의 이해
2020년 발생한 북극 오존홀 발생 원인에 대한 분석을 다룬 연구로 적도와의 관계를 분석하고자 하였다. 연구기간 동안 적도 순환장 변동성인 준2년 주기진동 붕괴를 다루었으며, 준2년주기진동 붕괴를 유도한 2019년 남반구 돌연승온 발생 원인에 대한 분석도 같이 진행되었다. 또한 오존홀 발생 후 지역적으로 어떠한 영향을 미쳤는지에 대한 분석도 같이 진행된 바 있다.
또한, 2020년 오존홀 발생 원인에 대한 검증을 위해 기후역학 모형에서의 모형 실험을 진행하고자 하였다. 기후 역학 모형은 Global/Regional Integrated Model system (GRIMs)에 해당하며, 해당 모형을 바탕으로 원인 분석 및 예측성능 검증, 그리고 미래기후에서의 변화 등까지 함께 보고자 하였다. 이 과정에서 준2년주기진동 모의를 위해 일부 대류모수화 개선, 성층권 넛징기술 개발 등을 수행하였다.

○ 현업 모형에서 예측성능 검증
오존홀 사례를 GRIMs 모형에서 어느정도 예측 성능 아래에서 예측이 가능한지 확인하고자 하였다. 앞선 연구 내용 중 원인 분석을 위한 GRIMs 성능 개선이 여기에서도 반드시 필요하였다. 성층권 역학이 어느 정도 모의되지 않는다면, 예측성능 평가에 큰 의미가 없기 떄문이다. 이 과정에서 GRIMs의 오존 자료 등을 업데이트 하고, 모형 성능 개선 작업을 진행하였다.
다만, GRIMs 모형이 화학과정을 고려하지 못하고 있다는 한계 때문에, 오존 감소 자체를 예보하는 것보다 오존홀 사례를 유도할 수 있는 순환장 예측을 중점적으로 진행하고자 하였다.

◎ 2단계
● 연구 목표
2단계 연구에서는 2020년 이례적으로 발생한 북극 오존홀과 유사한 형태의 오존홀이 미래에도 발생하는지에 대한 것을 논의하고자 한다. 특히, 기후역학 모형 실험과 CMIP6(coupled-model intercomparison project phase 6)에 속한 전세계 기후역학 모형의 미래기후 시나리오에서 결과가 어떻게 나타나는지 확인하여 결과의 일관성을 확보하고자 하였다.

○ 미래기후에서 오존홀 발생 진단
마지막 세부연구이자 2단계 연구인 “미래기후에서 오존홀 발생 진단”에서는 1단계에서 확인한 북극 오존홀이 미래기후에서도 확인이 되는지 파악하고자 한다. 오존홀 발생 빈도수 분석을 기반으로 특성에 대한 분석 그리고 역학과정에 대한 간단한 분석을 통해, 2020년에 발생한 오존홀이 단발성 사례인지 혹은 앞으로도 발생 가능한 사례인지, 더나아가 발생한다면 그 빈도수는 어떻게 변할 것인지에 대해 파악할 수 있다.

● 연구 내용
○ 미래기후에서 오존홀 발생 진단
2단계에 해당하는 미래기후에서의 오존홀 발생 여부를 파악하고자 하였다. 미래기후 시나리오 분석이 필수적이므로, 기후역학 모형(GRIMs) 기후 실험을 통해 오존홀 발생 호조건을 파악하고, 앞으로 유사한 적도-극 상호작용이 확인되는지 파악하고자 한다. 통계적 유의성 확보를 위해 CMIP6에 속하는 전세계 기후역학 모형들에서도 유사한 결과가 확인되는지 파악하고자 하였다.
앞서 사용한 모형들은 화학과정에 대한 모의가 다소 부족하기 때문에, 실제 오존홀 사례 자체의 빈도수를 파악하기 위해서는 CCMI(chemistry-climate model initiative)에 속한 모형들을 기반으로 미래 기후 시나리오에서의 오존홀 발생 가능성을 파악하고자 한다. CMIP6와 달리 속한 모형의 숫자가 상대적으로 적기 때문에, CMIP6 분석보다는 통계적 유의성이 떨어질 수 있지만 화학모델이 장착된 모형이기 때문에 전체적인 오존홀 발생기작을 파악하기엔 효율적인 모델 결과 분석이라 판단한다.

□ 연구성과
본 연구는 크게 세 가지 세부 연구로 구성되어 있으며, 이는 1) 2020년 오존홀 특성과 성층권 역학의 이해, 2) 현업 모형에서 예측성능 검증, 그리고 3) 미래기후에서 오존홀 발생 예측에 해당한다. 연구 단계는 2단계로 구성되어 있으며, 1단계(1~3년차)에서는 세부 연구주제 1)과 2)의 일부를 다루고, 2단계(4~5년차)에서는 2)의 일부 및 마지막 3) 세부 연구주제를 다루고자 하였다.
연구가 3년차 중간에 중단되게 되어, 5년차까지의 모든 세부 연구 주제를 다루지 못했으나, 1)과 2) 세부 연구주제에 대한 일부 연구성과를 확인할 수 있었다. 구체적으로 2020년 북극 성층권 오존홀 발생에 간접적으로 남극 성층권도 관여되어 있다는 선행연구를 바탕으로, 2019년 남반구 돌연승온의 발생원인을 파악하였다. 추가적으로 극 성층권 변동성이 준2년주기진동 외에도 엘니뇨/남방진동 변동성과 어떠한 장기적 관계를 가지는지 파악하였다.
오존층 파괴가 발생하게 되면서, 물리적/역학적 접합으로 인해 성층권 순환이 대류권에 영향을 미쳤으며 추가적으로 극소용돌이 움직임을 따라 북동아시아 지역까지 오존층 감소가 확인되었다. 이는 북극 오존층 파괴가 상황에 따라 동아시아에도 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.
마지막으로 GRIMs 기후 모형을 통해 적도 성층권의 역학적 원인을 파악하고자 하였으며, 그 과정에서 성층권 모의 성능 개선을 위한 너징 기술 개발등을 수행할 수 있었다.

□ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과
연구개발 성과는 크게 두 가지 관점에서 시사점이 있다. 하나는 북극 오존홀이 이례적으로 어떻게 발생할 수 있는지에 대한 실마리를 제공할 수 있다는 점이며, 다른 하나는 북극 오존홀이 발생했을 때 동아시아 지역까지 물리적/역학적 영향을 미칠 수 있다는 점이다. 특히 후자를 통해, 향후 한반도를 포함한 동아시아 지역에서 북극 오존홀 발생에 대한 지속적인 모니터링이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 또한 향후 미래기후에서 오존홀 변화에 대한 연구가 필수적임을 시사한다. 아직까지 남반구에 비해 북반구는 오존홀에 대한 경각심이 부족하다는 점을 고려한다면, 더욱 의미있는 결과가 될 것이라 판단한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 6
• 1. 연구과제의 개요 ... 7
• 1) 연구개발의 목적 ... 7
• 2) 연구개발의 필요성 ... 7
• 3) 가설 및 최종목표 ... 7
• 4) 연구 범위 ... 7
• 2. 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 1) 2020년 오존홀 특성 분석 ... 8
• 2) 극소용돌이의 경년변동 특성 ... 8
• 3) 2019년 남반구 성층권 돌연승온 분석 ... 9
• 4) GRIMs 기후모형 개발 ... 11
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 13
• 1) 연구수행 결과 ... 13
• 2) 목표 달성 수준 ... 13
• 3) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4) 중요 연구변경 사항 ... 15
• 4. 연구성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 15
• 5. 연구성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 다음 단계 연구계획 ... 16
• 끝페이지 ... 21