우리나라 기후변화 시나리오를 산출하기 위해 먼저 전지구의 저해상도 시나리오를 생산합니다. 그 중에서 동아시아와 한반도 영역을 추출하여 고해상도로 만들고, 최종적으로 한반도에서 남한으로 더 상세한 고해상도로 산출합니다(그림 1, 그림 2).
<그림 1. 기후변화 시나리오 산출과정 >
<그림 2. 기후변화 시나리오(SSP) 산출과정>
전지구 기후변화 시나리오 산출 방법(RCP) 기상청은 CMIP5* 국제사업의 표준 실험체계를 통해 전지구 기후변화 시나리오 산출을 위해서 영국 기상청 해들리센터의 전지구기후모델(HadGEM2-AO)을 도입하여 135km 공간해상도의 전지구 기후변화 전망정보를 산출하였습니다. 미래 기후변화 전망정보 산출을 위해서 기본적으로 1860년의 온실가스 농도로 고정하여 200년과 400년 적분하는 제어적분 실험을 수행하였으며, 1860년부터 2005년까지 관측된 자연과 인위적인 강제력에 대한 과거기후 모의실험 후 RCP 시나리오에 따라 2100년까지 미래 기후변화를 전망하였습니다.
* CMIP(Coupled Model Intercomparison Project): 기후변화 시나리오 개발 관련 국제사업이며, 세계기상기구(WMO) 세계기후연구프로그램(WCRP)의 결합모델실무그룹이 주도하는 프로젝트임. 기후변화 시나리오 산출 및 IPCC 평가보고서 작성에 기여함
(SSP) 전지구 기후변화 시나리오 산출에 사용된 모델은 K-ACE와 UKESM1입니다. K-ACE는 HadGEM2-AO를 기반으로 국립기상과학원에서 개발한 모델이며, UKESM1은 한-영 기상청 간 과학협력의 일환으로 공동 활용 중인 영국기상청의 예측모델입니다. 예측모델이 가지는 불확실성을 줄이기 위하여 2종 모델에서 6개 앙상블 자료를 산출하여 1850년부터 2014년 기간에 대해 과거기후 재현 실험을 마친 후 SSP 시나리오에 따라 2015년부터 2100년까지 미래 기후변화를 전망합니다. 해상도는 RCP와 마찬가지로 135km(해양요소는 100km)입니다.
동아시아 및 한반도 기후변화 시나리오 산출 방법
(RCP) 기상청은 CORDEX* 국제사업과 연계하여 아시아 지역 기후변화 시나리오 개발을 진행하고 있으며, 국내 기후변화 대응 지원을 위하여 한반도 지역 기후변화 시나리오를 개발하였습니다. 지역 기후변화 시나리오 산출에는 영국 기상청 해들리센터 지역기후모델(HadGEM3-RA)을 사용하였으며 아시아 영역은 50km 해상도, 한반도 영역은 12.5km 공간해상도입니다. 한반도 영역에서는 과거기후 재현실험(1979-2005년) 후, RCP 시나리오에 따라 2006년부터 2100년까지 미래 기후변화 전망자료를 산출하였으며 입력자료로 135km 격자 전지구 기후변화 시나리오가 사용되었습니다. 지역기후모델에서는 대기대순환과 지면 과정의 상호작용만을 고려하며, 해양 과정은 전지구기후모델의 결과를 이용합니다. 상세화된 지역 기후변화 시나리오는 전지구 기후모델에서 표현할 수 없는 복잡한 지형의 효과가 잘 반영됩니다.
* CORDEX(COordinated Regional Downscaling EXperiment): 세계기후연구프로그램(WCRP)의 일환으로 지역 기후변화 시나리오를 생산하는 국제공동 프로젝트임. 동아시아 지역기후상세화 프로젝트(CORDEX-EA)에 의해 생산된 동아시아(50km) 시나리오 자료는 국제 상세지역기후시나리오 자료뱅크(http://cordex-ea.climate.go.kr/cordex)에서 제공
(SSP) 동아시아 지역 시나리오는 전지구에서 표현하기 힘든 작은 규모의 대기현상과 상세한 지형 효과 등이 반영되며 영국 UKESM1 기반의 전지구 시나리오를 입력 자료로 사용하여 역학적 상세화를 통해 산출하였습니다. IPCC 제6차 평가보고서의 최신 온실가스 경로에 따라 산출된 신규 동아시아 시나리오는 CORDEX-동아시아 2단계 프로젝트에 참여한 5종 모델(국립기상과학원 HadGEM3-RA, 부산대학교 WRF, 포항공과대학교 CCLM, 공주대학교 GRIMs, 울산과학기술원 RegCM4)의 앙상블 평균을 사용하였으며 모델의 수평해상도는 25km입니다. 과거기후 재현실험(1979~2014년) 후 SSP 시나리오에 따라 2015년부터 2100년까지 미래 기후변화 전망자료를 산출하였습니다.
남한상세 기후변화 시나리오 산출방법
(RCP) 지역기후모델에서 생산된 12.5km 공간해상도의 한반도 시나리오를 바탕으로 통계적 상세화 기법을 적용하여 1km 격자 자료를 생산합니다.
(SSP) 지역기후모델에서 생산된 25km 공간해상도의 동아시아 시나리오를 바탕으로 통계적 상세화 기법을 적용하여 1km 격자 자료를 생산합니다.
남한상세 기후변화 앙상블 시나리오 산출방법
하나의 모델에서 산출된 기후변화 전망정보가 가지는 불확실성을 낮추고 신뢰수준을 높이기 위해 세계적으로 활용하는 방법으로 여러 가지 지역기후 모델을 이용하여 앙상블 시나리오를 생산하였습니다.
(RCP) 400년 제어적분 RCP 4종을 이용한 한반도 시나리오 4종(RegCM4, SNURCM, GRIMs, WRF)을 각각 통계적으로 상세화 한 후, 기 생산된 기상청 시나리오(HadGEM3-RA)를 포함한 총 5종에 대해 앙상블을 수행합니다.
(SSP) 동아시아 시나리오 5종(HadGEM3-RA, WRF, CCLM, GRIMs, RegCM4)을 각각 통계적으로 상세화한 후 5종에 대한 앙상블을 수행합니다.
사용된 지역기후모델 4종(RCP)
RegCM4(연구기관: 공주대)
참고문헌: Giorgi, F., E. and Coauthors, 2012: RegCM4: model description and preliminary tests over multiple CORDEX domains. Clim. Res., 52, 7-29, doi:10.3354/cr01018.
SNURCM(연구기관: 서울대/UNIST)
참고문헌: Kang, H. S., D. H. Cha, and D. K. Lee. 2005: Evaluation of the mesoscale model/land surface model (MM5=LSM) coupled model for East Asian summer monsoon simulations. J. Geophys. Res., 110, D10105;10. 1029=2004JD005266.
GRIMs(연구기관: 연세대/포항공대)
참고문헌: Juang, H. M. H., S. Y. Hong, and M. Kanamitsu, 1997: The NCEP Regional Spectral Model: An update. Bull. Amer. Meteor. Soc., 78, 2125-2143.
WRF(연구기관: 부산대)
참고문헌: Skamarock, W. C., J. B. Klemp, J. Dudhia, D. O. Gill, D. M. Barker, W. Wang, and J. G. Powers, 2005: A description of the Advanced Research WRF version 2. NCAR Tech. Note. NCAR/TN 468+STR, National Center for Atmospheric Research, Boulder, CO, 100pp.
사용된 지역기후모델 4종(SSP)
WRF(연구기관: 부산대), CCLM(포항공대), GRIMs(공주대), RegCM4(울산과기대)
전지구기후모델은 지구 전체를 대상으로 기후를 예측하는데 활용되며, 지역기후모델은 수평규모 수십 km 이하의 어느 지역에 대한 상세한 기후를 예측하고자 할 때 사용합니다. 이때 전지구기후모델이 가지고 있는 공간규모의 한계, 복잡한 지형 및 물리 과정들에 대한 불완전성 을 통계적 또는 역학적 상세화를 통해 보다 자세하고 현실적인 예측정보를 생산해낼 수 있습니다.
기상모델, 기후모델, 지구시스템모델의 차이점을 알려주세요.
대기현상은 기후시스템의 각 구성(대기권, 수권, 지권, 빙권, 생물권) 간의 복잡한 상호작용으로 발생합니다. 대기현상의 발생과정을 물리, 역학적인 방정식으로 풀어놓은 것을 수치예보모델이라고 하며 컴퓨터를 활용하여 현재의 대기상태를 분석하고 나아가 미래의 대기상태를 정량적으로 예측하는 일련의 과정을 수치예보라고 정의합니다. 수치예보모델이 표현하는 가상의 지구에서는 바람이 불고, 구름이 형성되어 비가 내리며, 북극 지역에 빙하가 만들어지고, 화산 폭발이 일어나며, 심지어 최근 이슈가 되는 미세먼지의 이동까지도 구현할 수 있습니다.
수치예보는 기상예보와 기후예보로 구분되며 기상예보는 매일의 날씨를 예보하는 것이고, 기후예보은 장기간에 걸친(월, 계절 및 연) 기후를 예측합니다(표 1).
지구시스템모델은 장기간의 기후변화를 분석하고 예측할 수 있는 모델로 대기-지면-해양-해빙 결합모델을 기반으로 에어로졸, 생지화학 등 기후시스템을 변화시키는 과정이 포함되어 있습니다(표 1).
<표 1. 기상모델, 기후모델, 지구시스템모델의 차이 >
| 종류 | 내용 |
|---|---|
| 기상모델 |
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| 기후모델 |
|
| 지구시스템모델 |
|
전지구기후모델 자료로부터 지역 규모의 상세 기후자료를 생산하는 방법에는 역학적 상세화와 통계적 상세화가 있습니다.
역학적 상세화는 전지구기후모델과 지역기후모델을 역학적으로 내삽하여 추정하는 방법입니다. 전지구기후모델의 출력 자료를 이용하여 특정 지역대에 대한 지형성 강수, 극한기후 사례 등의 지역기후 특성(강수 및 기온) 뿐만 아니라 대기순환과 같은 역학적 변수와 복사량 등의 물리적 변수 등을 생산합니다.
통계적 상세화는 전지구기후모델에서 비교적 정확히 모의한 변수를 이용하여 지역적 상세 특성을 통계적으로 추정하는 방법입니다.
기후강제력(Climate Forcing)은 기후변화를 일으키는 자연적·인위적 요인을 보여주는 자료로서, 기후예측모델 입력자료로 사용됩니다(표 1).
<표 1. 기후강제력의 종류와 구성>
| 종류 | 구성 |
|---|---|
| 자연강제력 |
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| 인위적 강제력 |
|
규준실험, 제어적분, 스핀업(Spin-up) 시간은 무엇인가요?
규준실험은 산업화 이전의 온실가스 농도값을 고정하여, 수백 년 적분하는 실험으로 전지구기후모델을 준평형상태로 안정화시키고 인위적 강제력이 배제된 상태에서 모델의 내부 변동성을 이해하기 위한 실험입니다. 준평형상태의 대기를 만드는 과정이 모델의 스핀업 시간이라고 합니다.
행정구역 자료 산출 방법
남한상세 시나리오 1km 격자자료를 활용하여 17개 광역시·도 자료로 변환함.
<그림 1. 격자자료를 행정구역 자료로 변환하는 매커니즘 모식도 >
<그림 2. 일/월/계절/연별 행정구역 자료 산출 체계>
기후변화 시나리오 자료에서 사용되는 지도 투영법은 위경도직각좌표계, 회전적도위경도격자(Rotated equatorial latitude-longitude Grid), 램버트정각원추도법(Lambert conformal conic projection) 등 크게 세 가지입니다(표 1).
<표 1. RCP 기후변화 시나리오 자료에서 사용된 지도 투영법>
| 시나리오(공간 해상도) | 투영법 |
|---|---|
| 전지구(대기 : 135km, 해양 100km) | 위경도직각좌표계 |
| 한반도(12.5km) |
|
| 남한상세(1km) |
|
위경도직각좌표계는 일정한 크기의 격자에 동일한 간격의 위경도를 부여한 것입니다(그림 1). 위경도좌표계는 3차원의 지구상의 위치를 위, 경도로 표현한 것으로 위도에 따라 경도간의 거리가 달라지나(경도간의 간격이 적도에서 가장 크고, 극에서는 0), 위경도직각좌표계는 위도와 경도 간격을 일정하게(경도간의 간격이 적도에서, 극에서 모두 동일) 유지하는 직각격자에 경위도를 부여한 것입니다.
<그림 1. 위경도좌표계(왼쪽)와 위경도직각좌표계(오른쪽)>
회전적도위경도격자는 지리좌표계인 위경도좌표계가 갖는 위도에 따른 경도 간격의 차를 줄이기 위해 사용합니다(그림 2). 극점(북극, 남극)의 위치를 회전하여 저위도 지역으로 옮겨 표현하고자 하는 영역이 적도 부근에 위치하도록 함으로써 위경도 격자가 상대적으로 균일해지도록 합니다.
<그림 2. 회전적도위경도격자 모식도>
램버트정각원추도법은 원뿔 표면에 지구를 투영하는 도법입니다(그림 3). 지구의 두 개 표준위선(0, 40 또는 30, 60)에서 원뿔표면과 지구표면이 교차하여, 두 개의 표준위선 위에 위치한 지역은 축척의 왜곡이 없습니다. 두 표준위선 사이에 위치한 지역은 축척의 왜곡이 최소화됩니다.
<그림 3. 램버트정각원추도법(왼쪽)과 좌표계(오른쪽) >
과거 모의자료(재현자료)는 규준실험을 통해 설정된 산업화 이전 기후값을 초기값으로 과거기후 재현실험(historical run)을 통해 생산된 자료입니다. 관측자료는 관측기기 등을 통해 실제로 관측하여 기록된 자료입니다.
따라서 과거 모의자료는 기후 모델링에 의해 산출(계산)된 자료이며, 관측자료는 실제 기록이라는 것에서 다른 자료라고 할 수 있습니다.
남한상세 기후변화 시나리오 자료는 편이 보정한 값인가요?
편이 보정은 모델의 계통 오차를 제거하는 과정을 말합니다.
RCP 남한상세(1km) 시나리오는 지역기후모델을 통해 생산된 한반도(12.5km) 시나리오를 바탕으로 통계적 상세화 과정을 통해 생산됩니다. 관측자료(2000~2010년)를 PRIDE 모델에 적용하여 1km 해상도의 관측격자자료를 생산하고 이 자료를 기후값으로 사용합니다. 그리고 12.5km 한반도 시나리오 자료에서 격자점별로 계절 변동(Seasonal cycle)을 제거한 편차(Anomaly) 자료를 추출합니다. 이후 관측에서 얻은 기후값에 지역기후모델의 편차를 더해, 모델 계통오차를 제거합니다. 즉 남한상세 기후변화 시나리오 자료는 편이 보정된 자료입니다.
격자기후자료는 남한 지역의 고해상도(1km) 격자형 관측자료를 의미합니다. 종관기상관측소(ASOS) 97개소, 자동기상관측소(AWS) 508개소, 총 605개소의 관측자료를 사용하여 만든 자료입니다.
관측지점별 거리, 고도, 지향면, 해양도 등을 고려한 관측자료를 내삽하여 1km 해상도의 격자형 관측자료를 산출합니다.
기후정보포털에서 제공되는 격자기후자료는 v.1.1, v.1.2, v.2.1 버전이 있으며 v.1.1은 RCP 남한상세 시나리오, v.2.1은 SSP 남한상세 시나리오 산출시 활용된 자료입니다.
