미래 대기환경 전망을 위한 rcp 시나리오 활용 연구 (Ⅱ) -...
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발 간 등 록 번 호 NIER-SP2013-167
11-1480523-001574-01
미래 대기환경 전망을 위한 RCP 시나리오 활용 연구 (Ⅱ)
Application of RCP Scenarios on Future Prediction of
Atmospheric Environment (Ⅱ)
요약보고서
서울대학교
국립환경과학원
- i -
차 례
차 례 ·························································································································· ⅰ
표 차 례·························································································································· ⅱ
그림차례·························································································································· ⅲ
Ⅰ. 서론····························································································································· 1
1. 연구 배경 ··········································································································································· 1
2. 연구 목적 ··········································································································································· 3
3. 연구추진체계 ····································································································································· 4
4. 연구 진행 ··········································································································································· 5
Ⅱ. 연구결과····················································································································· 6
1. RCP 시나리오 및 SRES 시나리오································································································· 6
2. RCP 시나리오에 따른 지표 온도 및 강수량 변화···································································· 7
3. RCP 시나리오에 따른 대기 환경 변수 변화············································································ 12
4. CESM1 실험 수행 ··························································································································· 15
5. 지면 탄소 순환 분석 ······················································································································ 16
Ⅲ. 결론··························································································································· 18
1. 연구 결과 요약································································································································ 18
2. 정책적 시사점 및 활용 방안········································································································ 20
3. 연구 결과의 한계점························································································································ 21
4. 향후 방안 ·········································································································································· 22
- ii -
표 차 례
Table 1. Averaged surface temperature over globe for the period from 1986 to 2005 and
deviations of each RCP scenario relative to 1986-2005. ················································· 8
Table 2. Averaged surface temperature over East Asia for the period from 1986 to 2005 and
deviations of each RCP scenario relative to 1986-2005. ················································· 8
Table 3. Averaged precipitation over globe for the period from 1986 to 2005 and deviations
of each RCP scenario relative to 1986-2005. ···································································· 9
Table 4. Averaged precipitation over East Asia for the period from 1986 to 2005 and
deviations of each RCP scenario relative to 1986-2005. ··············································· 10
Table 5. Anomaly of regional mean surface temperature (℃) for 2081-2100 against
1986-2005 in RCP scenarios. ································································································ 11
Table 6. Anomaly of regional mean precipitation (mm / day) for 2081-2100 against 1986-2005
in RCP scenarios. ···················································································································· 11
Table 7. Experimental design for CESM1 and progress of experiment. ····································· 15
- iii -
그림차례
Figure 1. Annually averaged global mean temperature anomaly of RCP scenarios (left) and
SRES scenarios (right). ········································································································· 6
Figure 2. Annually averaged temperature anomaly of RCP scenarios (left) and SRES
scenarios (right) over East Asia. ························································································ 7
Figure 3. Changes in annual mean static stability (left) and PBLH (right) over East Asia. 12
Figure 4. Changes in annual mean cloud fraction (left) and surface downwelling solar flux
(right) over East Asia. ········································································································ 13
Figure 5. Changes in annual mean extratropical cyclone frequency (left) and blocking
frequency (right). ················································································································· 14
Figure 6. Time series of annual mean gross primary production, net primary production, net
ecosystem production. ······································································································· 16
Figure 7. Spatial distribution net ecosystem production anomalies in 2081-2100 relative to
1986-2005 for RCP scenarios. ·························································································· 17
- 1 -
Ⅰ. 서론
1. 연구 배경
가. RCP 시나리오의 활용의 정당성
○ 기후 변화에 관한 정부 간 협의체 (IPCC)는 새로운 미래 기후 예측을 위해 Representative
Concentration Pathway (RCP) 시나리오를 개발하였음.
- IPCC 5차 보고서는 RCP 시나리오를 바탕으로 출간될 예정임.
- The fifth phase of Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5)를 통해 RCP 시나리
오에 따른 기후 예측 결과가 생산됨.
- 국내에서도 기상청에서 HadGEM2-AO GCM을 이용하여 RCP 시나리오에 따른 미래 기
후를 예측함.
○ RCP 시나리오에 따른 기후 변화 및 대기 환경 변화 예측 결과는 미래 환경 정책을 위한
가장 기초적인 자료임.
- RCP 시나리오에 따른 기후 예측 결과들은 CMIP5 data portal에서 입수 가능함.
- 여러 가지 모형 자료를 이용한 앙상블 분석을 통해 정량적인 분석이 가능하며 예측 결
과에 신뢰성을 부여할 수 있음.
- 연관 과제에서 활용하는 CESM1 및 HadGEM2-AO 모형 결과에 대한 정량적인 분석이
가능함.
나. 동아시아 지역에서의 기후 및 대기 환경 변화 예측 필요성
○ 동아시아 지역의 기후 변화는 대기 환경 변화와 밀접한 관련이 있음.
- 기후 변화 분석에 있어 전구 뿐 아니라 동아시아 지역에도 초점을 맞추어야 함.
- 동아시아 지역에서의 기후 변화는 전구 기후 모형에서 약점으로 지적되는 부분으로서
모형 앙상블 분석이 요구됨.
- 동아시아와 다른 지역을 비교하는 상대적 분석을 통해 기후 변화의 심각성을 파악해야
할 필요성이 있음.
- 동아시아 지역 기후는 엘니뇨, 극 진동, 몬순과 같은 장주기 변동에 큰 영향을 받기 때
문에 이에 대한 분석이 필요함.
○ 동아시아 지역에서 나타나는 CESM1 및 HadGEM2-AO 모형의 실험 결과가 갖는 특징과
불확실성을 분석해야 함.
- 지역 기후 모형 및 전구 대기화학 모형 결과를 이용한 대기 환경 변화 예측의 신뢰성 분
석에 중요할 것임.
- 2 -
다. 지역 기후 모형 및 전구 대기화학 모형 지원
○ CMIP5 자료를 활용한 미래 대기 환경 변화 예측은 전체적인 동아시아 지역에서의 변화
조망 및 불확실성 예측에서 있어 강점을 지님.
○ CMIP5 자료는 대기 환경의 세밀한 예측에 있어서는 전구 기후 모형이 갖는 시간적, 공간
적인 한계가 존재함.
○ 지역 기후 모형 및 대기 화학 모형을 활용하여 동아시아 지역에서의 대기 환경 변화에 대
한 자세한 예측이 가능함
- 6시간 및 3시간 간격의 대기와 지면, 해양 경계 자료가 필요함.
- 경계 자료 생산을 위해 국립환경과학원 내에 전구 기후 모형과 지역 기후 모형을 연계
하는 방안이 필요함.
○ 본 연구팀은 이전에 수행한 ‘미래 대기 환경을 위한 RCP 시나리오 활용 연구 (I)’과업
을 통하여 NCAR CESM1 모형을 설치하고 Historical 및 RCP8.5 실험을 수행하여 지역 기
후 모형 및 전구 대기 화학 모형에 자료를 전달하였음.
○ 추가적으로 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 시나리오에 대한 실험 수행 및 배경 대기장 자료의
생산이 필요함.
라. 지면 탄소 순환 전망
○ 탄소 순환 예측 및 그에 따른 영향은 IPCC 5차 보고서의 초점 중 하나임.
- RCP 시나리오 도입은 탄소 순환의 영향을 고려하기 위한 실험 설계임.
○ 지면 탄소 순환에 있어 가장 불확실성이 큰 부분은 지면의 탄소 순환임.
- 지면 탄소 순환의 불확실성은 IPCC 4차 보고서에서 이미 지적되었으며 5차 보고서에서
매우 중요하게 다루어질 것임.
○ 동아시아 지역은 이산화탄소 배출량이 매우 큰 지역으로서 최근의 배출량은 계속 증가하
는 경향성을 보이고 있음.
○ 동아시아 지역의 지면 탄소 순환 변화는 지역 기후에 큰 영향을 끼칠 것으로 예상됨.
- 3 -
2. 연구 목적
○ 미래 대기 환경 전망을 위한 기후 인자들의 전 지구 및 동아시아 특성 분석
- RCP6.0, RCP4.5, RCP2.6 시나리오에 대한 CMIP5 미래 기후 예측 결과 입수
- CMIP5에서 제공하는 전구 기후 모형 자료 및 기상청 HadGEM2-AO 결과와 CESM1 실험
결과를 이용하여 전구 및 동아시아 지역 기후 변수의 특성 도출 및 대기 환경 변수 분
석을 통한 DB 구축
- 몬순, 극진동, 남방 진동 등의 장주기 변동이 동아시아 지역의 기후에 끼치는 영향을 분
석하고 이에 따른 동아시아 기후 변화 특성 도출
○ 기후 및 대기오염물질 간 상호작용 규명을 위한 전 지구 기후 모델링 수행
- 국립환경과학원 기후모델링 시스템에 구축한 CESM1 모형을 활용하여 RCP6.0, RCP45,
RCP2.6 시나리오 실험 수행 및 다양한 시간 해상도에 대한 미래 기후 예측 결과 구축
- 지역 기후 모형 및 전구 대기 화학 모형의 입력장 제공
- 탄소 순환의 고려를 통한 미래 대기 중 온실가스 변화 경향 도출
- 지역규모 모델링 지원을 위한 RCP 시나리오별 2020, 2050, 2100년대 지표면 입력 자료
산정
- 4 -
3. 연구추진체계
○ 본 연구는 ‘미래 대기 환경 전망을 위한 기후 인자들의 전 지구 및 동아시아 특성 분
석’ 및 ‘기후 및 대기오염물질 간 상호작용 규명을 위한 전 지구 기후 모델링 수행’
에 대한 과업을 수행할 것으로 구체적인 연구 추진체계는 다음 그림과 같음.
- 5 -
4. 연구 진행
가. 미래 대기환경 전망을 위한 기후 변수들의 특성 분석
○ PCMDI-9 gateway (http://pcmdi9.llnl.gov/esgf-web-fe/) 를 통해 CMIP5에 참여한 모형들의
월 자료 및 일 자료를 입수 및 정리.
○ 현재 기후 시나리오인 Historical 시나리오와 미래 기후 시나리오인 RCP2.6, RCP4.5,
RCP6.0, RCP8.5 시나리오에 대해 HadGEM2-AO, GISS-E2-R, CSIRO-Mk3-6-0,
BCC-CSM1.1, IPSL-CM5A-MR, CCSM4, NorESM1-M의 7가지 모형 결과를 입수함.
○ 입수한 실험 결과는 본 연구팀이 직접 국립환경과학원 내의 기후모델링 시스템에서 실험
을 수행한 CESM1 실험 결과와 함께 대기 환경 변화를 예측하기 위해 분석되었으며 이는
전구 및 동아시아 지역 ((20-50°N, 105-145°E)에 대해 이루어짐.
○ 미래 대기환경 전망을 위해 RCP 시나리오에 따른 기후 변화를 분석하였음.
- 기후 변화를 보여주는 대표적인 변수인 온도 및 강수량을 분석함.
- 20세기 후반 (1986-2005)과 21세기 초반 (2016-2025), 중반 (2046-2055), 후반
(2081-2100)의 각 기간에 대한 분석을 수행함.
- 지역별 변화를 알아보기 위해 동아시아 지역과 함께 아프리카 (12-22°N, 18-52°E)와
유럽 (30-48°N, 0-40°E), 북미 (30-60°N, 50-130°W) 및 오스트레일리아 (11-45°S,
110-155°E) 지역으로 나누어 분석 결과를 비교하였음.
○ 대기 환경 변화를 보여줄 수 있는 변수들을 선정하여 분석을 수행함.
- RCP 시나리오에 따른 운량, 일사량, 행성 경계층 높이, 대기 안정도, 블로킹, 중위도 저
기압 빈도의 변화를 파악함.
나. 기후 및 대기오염물질 간 상호작용 규명을 위한 전 지구 기후 모델링 수행
○ CESM1 모형을 이용하여 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 시나리오 실험을 수행하였음.
- 실험 결과는 f09_g16 (약 1.25°×0.9°) 수평 해상도를 갖고 있으며 월, 일, 6시간, 3시
간의 다양한 시간 해상도에 대해 생산되었음.
- CMIP5 자료들과 함께 미래 대기환경 변화를 예측하는데 이용되었으며 지역 기후 모형
및 전구 화학 모형의 입력 자료로 전달되었음.
○ 지면 모형 실험 결과를 이용하여 RCP 시나리오에 따른 탄소-질소 순환 변화를 분석함.
○ RCP 시나리오 실험에 이용한 지면 피복 자료를 지역규모 모델링 지원을 위한 2020년대,
2050년대, 2100년대 입력 자료로 변환하였음.
- 6 -
Ⅱ. 연구결과
1. RCP 시나리오 및 SRES 시나리오
○ RCP 시나리오는 복사강제력에 따라 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5의 네 가지 시나리오
로 구분됨.
○ SRES 시나리오는 온실 기체 배출량에 따라 B1, B2, A1B, A1T, A1FI, A2의 여섯 가지 시나
리오가 존재함.
○ RCP 및 SRES 시나리오에 따른 기후 변화는 5개 과업에 걸쳐 각각 CESM1과 CCSM3 모형
을 이용하여 모의하였음.
○ 그림 1과 그림 2는 RCP 및 SRES 시나리오에 따른 전 지구 및 동아시아 지역 평균 온도의
변화를 나타내고 있음.
- 시나리오에 따른 온도 증가량 차이는 RCP 시나리오가 SRES 시나리오보다 더 큰 것으로
나타남.
- RCP8.5 시나리오의 온도 증가량이 A2 시나리오보다 높음.
- RCP2.6 시나리오의 온도 증가량이 B1 시나리오보다 낮음. 특히 RCP2.6 시나리오는 21
세기 후반에는 온도가 감소하는 경향을 보이고 있음.
○ 지표 온도 변화는 RCP 시나리오가 예측하는 미래 대기 환경의 변화가 SRES 시나리오보
다 더 클 것을 뜻함.
Figure 1. Annually averaged global mean temperature anomaly of RCP scenarios (left)
and SRES scenarios (right).
- 7 -
Figure 2. Annually averaged temperature anomaly of RCP scenarios (left) and SRES
scenarios (right) over East Asia.
2. RCP 시나리오에 따른 지표 온도 및 강수량 변화
○ 표 1과 2는 21세기 초반 및 중반, 후반의 전구 및 동아시아 지역 평균 지표 온도의 변화를
보여주고 있음.
- CESM1 및 HadGEM2-AO 모형을 포함한 8개 모형으로 분석함.
- 전구 평균 온도 변화는 시나리오에 따라 다른 모습을 보임.
·RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 시나리오는 지표 온도가 시간에 따라 증가하고 있음.
·RCP2.6 시나리오는 21세기 중반에 지표 온도 증가량이 가장 크며 이후 감소함.
·21세기 후반 전구 평균 온도는 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 시나리오에서 각각
0.96, 1.86, 2.17, 3.55℃만큼 증가함.
·CESM1 결과는 모형 앙상블 평균값과 비슷한 경향성을 보임.
·HadGEM2-AO 결과는 RCP4.5 시나리오에서 모형 앙상블 평균값보다 훨씬 큰 변화를
보여주고 있음.
- 동아시아 지역의 온도 변화는 전구 평균 온도 변화와 비슷한 경향성을 보이고 있으나
변화의 절댓값은 더 높음.
·21세기 후반 지표 온도 증가량은 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 시나리오에서 각각
1.16, 2.23, 2.60, 4.31℃로 나타남.
·CESM1 결과는 모형 앙상블 평균값보다 다소 낮게 모의됨.
·HadGEM2-AO 결과는 모형 앙상블 평균값에 비해 RCP2.6, RCP4.5 시나리오에서는 높
게, RCP6.0, RCP8.5 시나리오에서는 낮게 나타나고 있음.
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Period CaseDeviation of surface temperature (℃)
RCP2.6 RCP4.5 RCP6.0 RCP8.5
2016-2025
Ensemble 0.58 0.62 0.53 0.65
CESM1 0.63 0.66 0.60 0.71
HadGEM2-AO 0.44 0.72 0.34 0.51
2046-2055
Ensemble 0.95 1.31 1.13 1.72
CESM1 0.91 1.28 1.20 1.77
HadGEM2-AO 1.02 1.57 1.06 1.69
2081-2100
Ensemble 0.96 1.86 2.17 3.55
CESM1 0.89 1.63 2.08 3.43
HadGEM2-AO 1.10 2.37 2.47 3.87
Table 1. Averaged surface temperature over globe for the period from
1986 to 2005 and deviations of each RCP scenario relative to 1986-2005.
Period CaseDeviation of surface temperature (℃)
RCP2.6 RCP4.5 RCP6.0 RCP8.5
2016-2025
Ensemble 0.71 0.76 0.68 0.76
CESM1 0.66 0.79 0.82 0.76
HadGEM2-AO 0.45 0.80 0.35 0.37
2046-2055
Ensemble 1.26 1.62 1.25 2.09
CESM1 1.09 1.53 1.09 1.78
HadGEM2-AO 1.47 1.73 0.97 1.89
2081-2100
Ensemble 1.16 2.23 2.60 4.31
CESM1 1.03 1.84 2.28 3.88
HadGEM2-AO 1.39 2.63 2.26 4.58
Table 2. Averaged surface temperature over East Asia for the period
from 1986 to 2005 and deviations of each RCP scenario relative to
1986-2005.
- 9 -
○ 표 3과 4는 21세기 초반 및 중반, 후반의 전구 및 동아시아 지역에서 평균한 강수량의 변
화를 보여주고 있음.
- CESM1 및 HadGEM2-AO 모형을 포함한 8개 모형을 분석함.
- 전구 평균 강수량의 변화는 온도 변화와 비슷한 경향성을 보임.
·RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 시나리오는 강수량이 시간에 따라 증가하고 있음.
·RCP2.6 시나리오는 21세기 중반과 21세기 후반의 강수량 변화가 비슷함.
·21세기 후반 전구 평균 강수량은 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 시나리오에서 각각
0.07, 0.11, 0.11, 0.18 mm/day 만큼 증가함.
·CESM1과 HadGEM2-AO 결과 모두 모형 앙상블 평균값과 비슷한 경향성을 보임.
- 동아시아 지역 평균 강수량 역시 증가하고 있으며 변화의 폭은 전구 평균보다 훨씬 크
게 나타나고 있음.
·21세기 후반 평균 강수량은 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5 시나리오에서 각각 0.13,
0.23, 0.20, 0.32 mm/day 만큼 증가함.
·CESM1 결과는 RCP6.0, RCP8.5 시나리오에서 강수량이 크게 증가함.
·HadGEM2-AO 결과는 RCP4.5 시나리오에서 강수량이 크게 증가함.
○ 지역 기후 모델링 및 전구 화학 모델링 결과 분석에 있어 CESM1, HadGEM2-AO 모형의
지표 온도 및 강수량 변화의 특징을 반드시 고려해야 할 것으로 생각됨.
Period CaseDeviation of precipitation (mm day-1)
RCP2.6 RCP4.5 RCP6.0 RCP8.5
2016-2025
Ensemble 0.03 0.04 0.03 0.03
CESM1 0.04 0.04 0.04 0.04
HadGEM2-AO 0.01 0.03 0.01 0.01
2046-2055
Ensemble 0.06 0.07 0.06 0.09
CESM1 0.06 0.07 0.06 0.09
HadGEM2-AO 0.05 0.07 0.03 0.06
2081-2100
Ensemble 0.07 0.11 0.11 0.18
CESM1 0.06 0.10 0.11 0.18
HadGEM2-AO 0.06 0.12 0.10 0.14
Table 3. Averaged precipitation over globe for the period from 1986 to
2005 and deviations of each RCP scenario relative to 1986-2005.
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Period CaseDeviation of precipitation (mm day-1)
RCP2.6 RCP4.5 RCP6.0 RCP8.5
2016-2025
Ensemble 0.00 0.06 0.06 0.03
CESM1 0.00 0.08 0.15 0.05
HadGEM2-AO -0.08 0.07 0.01 0.00
2046-2055
Ensemble 0.13 0.16 0.05 0.18
CESM1 0.11 0.13 0.14 0.21
HadGEM2-AO 0.15 0.15 0.01 0.07
2081-2100
Ensemble 0.13 0.23 0.20 0.32
CESM1 0.14 0.18 0.24 0.40
HadGEM2-AO 0.13 0.25 0.08 0.16
Table 4. Averaged precipitation over East Asia for the period from 1986
to 2005 and deviations of each RCP scenario relative to 1986-2005.
○ 표 5와 6은 동아시아, 아프리카 (12-22°N, 18-52°E), 유럽 (30-48°N, 0-40°E), 북미
(30-60°N, 50-130°W) 및 오스트레일리아 (11-45, 110-155°E) 지역에서의 평균한 21세
기 후반의 지표 온도 및 강수량 변화를 보여주고 있음.
- 아프리카를 제외하면 모두 중위도 지역이 되도록 선정함.
- RCP 시나리오에 따라 동아시아 지역의 기온 변동이 다른 지역에 비해 어느 정도인지
파악 가능함.
- 21세기 후반 지표 온도 증가량은 북미 지역에서 가장 높음.
- 동아시아, 유럽, 아프리카의 지표 온도 증가량은 비슷하게 나타남.
- 21세기 후반 강수량은 동아시아와 아프리카에서 증가하고 유럽 및 오스트레일리아에서
감소하고 있음.
- 강수량 변화의 폭은 동아시아에서 가장 크게 나타남.
○ 동아시아 지역의 온도 증가량은 다른 지역과 비슷함.
○ 동아시아 지역의 강수량 변화는 다른 지역에 비해 매우 크게 나타남.
○ 미래 대기 환경 변화 예측은 강수량 변화를 중심으로 파악해야 할 것으로 예상됨.
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Scenario Case Africa EuropeNorth
AmericaAustralia East Asia
RCP2.6
Ensemble 1.00 1.09 1.24 0.78 1.10
CESM1 0.72 0.95 1.12 0.82 0.99
HadGEM2-AO 1.10 1.56 1.91 0.68 1.39
RCP4.5
Ensemble 2.08 2.18 2.44 1.62 2.14
CESM1 1.47 1.82 2.19 1.42 1.77
HadGEM2-AO 2.77 2.88 3.73 2.08 2.58
RCP6.0
Ensemble 2.45 2.65 2.88 1.97 2.52
CESM1 1.97 2.50 2.89 1.86 2.23
HadGEM2-AO 2.84 3.11 3.75 2.12 2.63
RCP8.5
Ensemble 4.09 4.26 4.72 3.26 4.26
CESM1 3.40 3.95 4.36 3.10 3.86
HadGEM2-AO 4.55 4.95 6.06 3.50 4.61
Table 5. Anomaly of regional mean surface temperature (℃) for 2081-2100 against
1986-2005 in RCP scenarios.
Scenario Case Africa EuropeNorth
AmericaAustralia East Asia
RCP2.6
Ensemble 0.00 0.02 0.08 -0.09 0.12
CESM1 0.05 0.01 0.05 0.00 0.15
HadGEM2-AO 0.05 0.10 0.12 -0.18 0.11
RCP4.5
Ensemble 0.06 -0.04 0.11 -0.07 0.24
CESM1 0.22 -0.02 0.05 0.10 0.15
HadGEM2-AO 0.00 0.02 0.08 -0.17 0.27
RCP6.0
Ensemble 0.12 -0.08 0.13 -0.06 0.21
CESM1 0.29 -0.10 0.06 0.09 0.28
HadGEM2-AO 0.14 0.05 0.11 -0.18 0.06
RCP8.5
Ensemble 0.19 -0.16 0.15 -0.02 0.31
CESM1 0.37 -0.18 0.15 0.36 0.41
HadGEM2-AO 0.18 -0.08 0.12 -0.37 0.15
Table 6. Anomaly of regional mean precipitation (mm / day) for 2081-2100 against
1986-2005 in RCP scenarios.
- 12 -
3. RCP 시나리오에 따른 대기 환경 변수 변화
○ RCP 시나리오에 따른 대기 환경 변화를 알아보기 위해 대기 안정도, 행성 경계층 높이,
운량, 일사량, 블로킹, 중위도 저기압 빈도를 분석하였음.
○ 그림 3은 동아시아의 대기 안정도 및 행성 경계층 높이 변화를 보여주고 있음.
- 대기 안정도 변화는 습윤 공기의 정적 안정도를 알 수 있는 상당 온위의 연직 분포를 이
용하여 분석함.
- 대기 안정도는 대체적으로 지표 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향성을 보임.
·RCP8.5 시나리오에서의 안정도 감소가 가장 크며 RCP2.6 시나리오에서의 안정도 감
소가 가장 작음.
·안정도 변화는 대기 하층에서 크게 나타남.
·안정도 감소는 여름철에 두드러짐.
- 대기 안정도 감소는 동아시아 지역에서의 강수량 증가 경향과 일치하고 있음.
- 대기 안정도 감소로 인한 활발한 대류 활동은 대기 환경에 큰 영향을 끼칠 것으로 예상
됨.
- 행성 경계층 높이는 육지에서는 증가, 해양에서는 감소하는 경향을 보임.
- 행성 경계층 높이 변화는 여름철에 크며 겨울철에 작아짐.
Figure 3. Changes in annual mean static stability (left) and PBLH (right) over
East Asia.
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○ 그림 4는 RCP 시나리오에 따른 동아시아의 운량 및 일사량 변화를 보여주고 있음.
- 동아시아 지역의 운량은 21세기에 전체적으로 감소하는 경향성을 보여주고 있음.
- 운량 변화 역시 온도 증가량에 비례하는 모습을 보여주고 있음.
·RCP8.5 시나리오에서 운량이 크게 줄어들며 RCP2.6 시나리오에서 운량 감소가 가장
작음.
- 운량 변화는 겨울보다 여름철에 크게 나타남.
- 운량 변화가 주로 나타나는 지역은 한반도 주변 및 중국 남부와 동해임.
- 일사량은 운량과 반대로 동아시아 지역에서 전체적으로 증가함.
- 일사량이 증가하는 지역은 운량이 감소하는 지역과 비슷하게 나타나고 있음.
Figure 4. Changes in annual mean cloud fraction (left) and surface downwelling solar flux
(right) over East Asia.
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○ 그림 5는 RCP 시나리오에 따른 동아시아 지역의 중위도 저기압 빈도 및 블로킹 빈도의
변화를 나타내고 있음.
- 21세기 후반 동아시아 지역의 중위도 저기압 빈도는 다소 감소할 것으로 예상됨.
- 운량 감소 및 일사량 증가 경향과 함께 강수 빈도를 낮추는 역할을 할 것으로 예상됨.
- 21세기 후반 알류산 열도 근처의 블로킹 발생 빈도는 전체적으로 감소하는 경향성을 보
이고 있음.
- 블로킹 발생 위치 역시 동쪽으로 이동하는 경향을 보이고 있음.
○ 블로킹 빈도 및 중위도 저기압 빈도의 경우 모형 간의 차이가 상당하며 활용할 때 이 점
에 주의해야 할 것임.
Figure 5. Changes in annual mean extratropical cyclone frequency (left) and blocking
frequency (right).
- 15 -
4. CESM1 실험 수행
○ 미래 대기 환경 분석 및 지역 기후 모형과 전구 화학 모형의 입력 자료를 생산하기 위한
CESM1 실험을 환경과학원 기후모델링 시스템 내에서 수행.
○ CESM1을 이용한 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 시나리오 실험은 표 7에 제시된 일정에 맞추어
진행되었으며 7월에 모든 실험이 종료되었음.
Experimental identifier
당해년도진척도
4 5 6 7 8 9 10 11
CESM1_RCP60 - - 100%CESM1_RCP45 - - 100%CESM1_RCP26 - - 100%
Table 7. Experimental design for CESM1 and progress of experiment.
○ CESM1 실험 결과는 대기, 지면, 해양, 해빙 모의 결과로 나누어 산출됨.
- 대기 및 지면 모의 결과는 월 평균, 일 평균, 6시간 및 3시간 snap-shot 자료로 세분화되
어 산출함.
- 월평균 및 일평균 자료는 CMIP5 자료와 함께 대기 환경 변화 예측에 활용함.
- 6시간 및 3시간 자료는 지역 기후 모형 및 전구 화학 모형의 입력 자료로 이용함.
○ RCP 시나리오에 따른 CESM1 실험은 2005년부터 2100년까지 96년간 적분하였음.
- 모든 실험이 같은 초기장을 이용함.
- 경계 조건은 ozone, SOx, NOx emissions, DMS, volcanic forcing, aerosol mixing ratio,
land use and land cover 등임.
- 실험의 수평 해상도는 f09_g16 (1.25°×0.9°)이며 사용한 CPU 개수는 128개, 총 적분
시간은 1개의 실험에 방해 없이 꾸준히 진행될 경우 약 1개월임.
○ 각 RCP 시나리오 실험 결과는 이전 과제에서 수행한 Historical 및 RCP8.5 시나리오 실험
결과와 함께 분석됨.
- 16 -
5. 지면 탄소 순환 분석
○ CESM1의 지면 모형 실험 결과를 이용하여 지면 탄소 순환을 분석.
- 총 일차 생산량 (Gross Primary Production; GPP)과 순 일차 생산량 (Net Primary
Production; NPP), 그리고 순 생태계 생산량 (Net Ecosystem Production; NEP)의 3가지
변수를 이용하여 분석을 수행함.
- 순 생태계 생산량이 지면에서의 탄소 흡수와 방출을 결정함.
·순 생태계 생산량이 양수 (음수)이면 탄소 흡수 (방출)을 뜻함.
○ 그림 6은 따른 탄소 순환 변수들의 변화를 보여주고 있음.
- 각 변수들의 변화는 대체적으로 온도 변화와 비례하고 있음.
- 탄소 순환의 연 변동성은 상당히 큰 것으로 나타나고 있음. 연 변동성은 순 생태계 생산
량에서 가장 크게 나타남.
- 시간에 따른 순 생태계 생산량 증가 경향은 명확하게 나타남.
○ RCP 시나리오에 따른 기후 변화는 지면 탄소 흡수량을 늘리는 쪽으로 작용하는 것을 알
수 있음.
Figure 6. Time series of annual mean gross primary production, net primary
production, and net ecosystem production.
- 17 -
○ 그림 7은 순 생태계 생산량 변화의 공간 분포로서 21세기 후반 지면이 흡수하거나 방출
하는 탄소의 양을 나타냄.
- 21세기 후반 순 생태계 생산량은 대부분의 지역에서 증가하고 있음.
- 유럽 지역은 다른 지역과 다르게 감소하는 경향을 보임.
- 한반도가 위치한 동아시아 지역의 경우, 모든 시나리오에서 순 생태계 생산량이 증가하
고 있음.
○ 동아시아 지역은 전세계적으로 매우 높은 탄소 방출량을 보이는 지역임.
- RCP 시나리오에 따른 동아시아 지역의 탄소 흡수량 증가는 앞으로의 이산화탄소 관련
정책에 중요한 참고 자료가 될 것으로 예상됨.
Figure 7. Spatial distribution net ecosystem production anomalies in 2081-2100
relative to 1986-2005 for RCP scenarios.
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Ⅲ. 결론
1. 연구 결과 요약
○ RCP 시나리오는 SRES 시나리오보다 미래 기후 변화의 폭이 클 것으로 나타남.
○ RCP 시나리오에 따른 온도 및 강수량 변화를 분석함.
- 전구 평균 기온보다 동아시아 평균 기온 변화가 더 크게 나타남.
·전구 연 평균기온은 21세기 초반에 0.58-0.65℃, 중반에 0.95-1.72℃, 후반에 0.92-3.5
5℃ 증가함.
·동아시아 지역의 연 평균기온은 21세기 초반에 0.71-0.76℃, 중반에 1.26-2.09℃, 후반
에 1.16-4.31℃ 증가함.
- RCP 시나리오에 따른 온도 증가량 차이는 21세기 후반에 크게 나타남.
·온도 증가량은 RCP8.5 시나리오에서 가장 높고 RCP2.6 시나리오에서 가장 낮음.
·21세기 후반에 RCP8.5 시나리오의 온도 변화량은 다른 시나리오의 1.5배 이상.
- 동아시아 지역의 강수량 변화는 전구 평균에 비해 매우 크게 나타남.
·전구 평균 강수량은 21세기 초반에 0.03-0.04 mm/day, 중반에 0.06-0.09 mm/day, 후반
에 0.07-0.18 mm/day 증가함.
·동아시아 지역 평균 강수량은 21세기 초반에 0-0.06 mm/day, 중반에 0.05-0.018
mm/day, 후반에 0.13-0.32 mm/day 증가함.
- 동아시아 지역의 기후 변동은 강수량 변화가 매우 특징적임.
·전구 평균 뿐 아니라 타 지역 (유럽, 아프리카, 북미, 오스트레일리아)의 평균값보다도
훨씬 큰 강수량 변화를 보여줌.
○ 미래 대기환경 전망을 위해 6개 대기 환경 변수를 분석함.
- 대기 안정도와 행성 경계층 높이, 운량, 일사량, 블로킹, 중위도 저기압 빈도를 분석함.
·동아시아의 대기 안정도는 감소하며 행성 경계층 높이는 증가함.
·운량은 전체적으로 감소하며 이에 따라 일사량이 증가함.
·블로킹 빈도와 중위도 저기압 빈도는 감소하는 경향성을 보임.
- 대기 환경 변수들의 변화 폭은 기온 및 강수량 변화와 비례함.
○ CESM1 및 HadGEM2-AO 모형 결과가 갖는 특징을 분석함.
- 동아시아 지역에서 CESM1의 기온 변화는 모델 앙상블 값과 비슷하거나 다소 낮음.
- CESM1의 강수량은 RCP6.0, RCP8.5 시나리오에서 과대 모의되며 RCP2.6, RCP4.5 시나
리오에서 과소 모의됨.
- HadGEM2-AO 모형은 대체적으로 앙상블 평균값보다 기온을 높게 모의함.
- HadGEM2-AO의 강수량은 RCP2.6, RCP4.5 시나리오에서 과대 모의되며 RCP6.0, RCP8.5
- 19 -
시나리오에서 과소 모의됨.
○ CESM1 모형을 이용하여 RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 시나리오 실험을 수행함.
- 대기 환경 변화 분석과 지역기후모형과 전구 대기화학 모형의 입력 자료로 활용됨.
- RCP 시나리오에 따른 지면 탄소 순환 변화를 분석함.
·지면의 탄소 흡수량은 온도 증가에 비례함.
·동아시아 지역에서의 탄소 흡수량 증가 경향이 두드러짐.
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2. 정책적 시사점 및 활용 방안
○ 대기 환경 변화 폭을 줄이기 위해 온실 기체 배출량을 절감하기 위한 정책이 필요함.
- RCP 시나리오에 따른 기후 및 대기 환경 변수들의 변화는 온실 기체 증가에 의한 온도
증가량에 비례함.
·정확한 대기 환경 변화 예측을 위해 대기 중 온실 기체의 양의 산출이 중요.
·RCP2.6 시나리오 분석 결과는 온실 기체 저감 효과를 나타내는 기초 자료로 활용 가
능함.
○ 동아시아의 급격한 기후 및 대기 환경 변화에 적응하기 위한 정책이 필요함.
- 동아시아의 기후 변화 폭은 전구 평균 뿐 아니라 다른 주요 대륙에 비해서도 매우 크게
나타나고 있음.
- 강수량 증가와 운량 감소, 일사량 증가 추세가 뚜렷함.
·일사량 증가에 따라 광화학 반응에 의한 오염물질 농도가 증가할 수 있음.
·강수의 빈도 및 강도와 같은 패턴 변화가 뚜렷하게 나타날 수 있음.
- RCP 시나리오 분석 결과는 대기 오염 물질 및 강수와 관련한 다른 분야에서 기초적인
근거 자료로 활용 가능함.
○ 동아시아 지역의 탄소 순환 변화와 관련한 정책의 기초가 됨.
- 지표 온도 증가에 따라 동아시아 지역에서 지면 탄소 흡수량이 증가함.
·탄소 배출량 예측 결과와 함께 탄소 관련 정책의 기초 자료로 활용할 수 있을 것임.
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3. 연구 결과의 한계점
○ 본 연구는 시간적인 한계로 CMIP5에 참여한 모든 모형을 활용하지 못하여 모형 앙상블
결과가 다를 수 있음.
○ 안정도 분석은 동아시아 지역에 대하여 평균한 상당온위의 연직 분포를 이용함.
- 해륙분포 등의 세부적인 지역 특성에 따라 안정도 변화가 다를 수 있음.
○ 행성 경계층 분석에 있어 CESM1 실험 결과만을 활용함.
- 분석의 신뢰도가 다른 변수들의 분석보다 낮을 것으로 생각됨.
○ 일 자료를 이용한 블로킹 및 중위도 저기압 빈도 분석은 모형에 따라 큰 차이가 남.
- 결과 활용에 있어 충분한 주의가 요구됨.
○ CESM1 모형을 이용한 실험에 있어 앙상블 실험을 수행하지 못함.
- 모형 결과의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있는 요소임.
○ CESM1 모형 실험에 있어 지면의 탄소 순환만이 고려되었음.
- 대기와 해양에서의 탄소 순환 변화에 대한 추가적 분석이 필요할 것.
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4. 향후 방안
○ 다양한 변수의 변화가 향후 미래 대기환경에서 강수 패턴이 변할 수 있음 암시함.
- 보다 상세한 강수 분석을 위해 일 강수량을 이용한 추가적인 분석이 필요함.
○ 대기 변수의 평균적 특징에 초점을 두고 분석을 수행하였음.
- 열파나 한파, 집중호우와 같은 극한 기상에 대한 분석이 필요함.
- 극한 기상의 분석은 보다 효율적인 기후변화 대응 정책 수립을 가능하게 할 것임.
○ 미래 RCP 시나리오는 전구를 대상으로 개발되었음.
- 최근 동아시아의 기후 및 대기 환경 변화, 탄소 배출량 변화를 고려한 새로운 미래 기후
시나리오가 필요함.
- 장기 변화 뿐 아니라 가까운 미래를 중심으로 하는 시나리오의 제작이 필요함.
○ 새로운 미래 기후 변화 시나리오를 검증하기 위한 모형 실험 결과가 필요할 것임.
- 모형 실험을 위한 경계 자료 제작 및 안정화 테스트가 필요함.
- 기존 RCP 시나리오 실험 결과와의 검증이 요구됨.
주 의
1. 이 보고서는 국립환경과학원에서 시행한 연구용역
과제 결과보고서입니다.
2. 이 보고서 내용을 발표할 때에는 반드시 국립환경과
학원에서 시행한 연구용역과제의 연구결과임을 밝혀
야 합니다.
3. 국가과학기술 기밀유지에 필요한 내용은 대외적으로
발표 또는 공개하여서는 아니 됩니다.
4. 이 보고서와 관련된 문의사항은 국립환경과학원 연
구전략기획과(전화 032-560-7075, 7078)로 하시면
됩니다.