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기상청 기후변화 시나리오 산출과정

기상청 기후변화 시나리오 산출과정

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 II-1).

그림 II-1. 기후변화 시나리오 산출과정 <그림 II-1. 기후변화 시나리오 산출과정 >

전지구 기후변화 시나리오 산출 방법

  1. 1 산업화 이전 기후조건을 적용한 규준실험(제어적분)을 수행합니다. 규준실험이란 예측모델을 안정화시키고 인위적 영향이 배제된 모델의 내부변동성을 이해하기 위해 산업화 이전 온실가스 농도로 고정하여 모델을 수백년 간 계산하는 실험입니다.
  2. 2 규준실험 결과를 사용하여, 과거기후 기간에 대해 1850년부터 현재까지의 관측된 기후강제력에 의한 과거기후를 모의(Historical run)합니다.
  3. 3 과거기후 모의 자료 마지막 값을 초기조건으로 하여 RCP/SSP 강제력에 따른 2100년까지의 미래 전망(Future run)을 모의합니다.

(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 135km입니다.

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.

  1. 1 기상관측자료(2000~2010/ASOS, AWS)를 PRIDE* 모델에 적용하여 1km 격자기후자료(2001-2010년 평균) 생산합니다(MK-PRISM**).
  2. 2 12.5km 한반도 기후변화 시나리오 자료를 1km로 객관분석한 후 각 격자별로 계절 변동을 제거한 편차를 추출합니다.
  3. 3 1km 관측 기후값(①)과 미래 전망 편차(②)를 더하여 1km 남한상세 기후변화 시나리오 생산합니다.
  4. 4 산출된 1km 격자 자료는 다시 GIS 기법을 이용하여 시군구 및 읍면동 단위의 행정구역 단위 자료로 변환합니다.
  5. * PRIDE 모델: PRISM based Downscaling Estimation Model의 약자
    ** MK-PRISM: 기후를 결정하는데 중요한 역할을 하는 고도, 거리, 지향면(topographic facet), 해양도(coastal proximity)의 영향을 고려하여 고해상도 격자 자료를 산출하는 PRISM(Parameter-elevation Regression on Independent Slopes Model)을 남한 1km 격자에 적합하게 수정한 한국형 PRISM

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 시나리오 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 앙상블 수행합니다.

남한 상세 기후변화 앙상블 시나리오 자료산출

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.

· 담당: 기후변화감시과 · 문의: 02-2181-0406 / cl.ccmd@korea.kr