연구 내용

○

한반도 주변해는 쿠로시오 해류의 영향을 크게 받는 해역으로 한반도 주변해 기후 변화를 예측하기 위해서 쿠로시오 해류를 포함한 북서태평양 영역에 대 해 해양환경모형 수립함(그림 14)

그림 14. 북서태평양 지역기후모형의 영역. 화 살표는 해류를 나타내며 색은 해면수온을 나타 냄

○

지역규모의 현상을 재현하기 위해서 모형의 격자는 수 km에서 10 km 정도의 규모로 구축할 필요가 있으며, 용승 등의 현상을 재현하기 위해 둥지격자 체 계 수립이 요구됨

○

수치모형은 지역해모델링에서 널리 사용되는 ROMS모형을 사용하며, 한반도 주변해에 맞는 세부 변수값을 조정하여 해당 모형을 한반도 주변해에 최적화 함

○

최적화한 모형을 이용해 모형 스핀업(안정화) 실험을 100년간 실행하고, 이를 통해 과거 기후를 재현함

3.1.3. 북서태평양 지역기후모형 수립용 자료 입력 시스템 구축

○

대기 강제력: 바람, 단파복사, 장파복사, 해면기압, 강수 등

○

해양 경계조건: 수온, 염분, 해류, 조석, 저류, 해수면 높이 등

○

위성자료 수집: 해면수온, 해수면 높이, 클로로필 등

○

자료동화에 필요한 자료: 해면수온, 수온, 해수면 높이 등 관측 자료

○

미래변화 시나리오 자료: CMIP5 중 한반도를 가장 잘 모사하는 모형 자료

○

과거 기후변수 자료: 고기후 자료 중 수온, 염분 복원 자료

3.1.4. 해양-대기 접합모형 수립

○

미래 상세전망을 제시하기 위해서는 해양과 대기의 상호작용을 적절히 모사하 는 것이 중요함. 이를 위해 해양-대기를 접합한 모형을 사용할 필요가 있음

○

미국의 USGS의 COAWST를 이용해 대기모형(WRF)과 해양모형(ROMS)를 접 합하여 해양-대기 상호작용을 재현하고, 이에 따른 미래변화 전망을 제시함

3.1.5. 해양순환-생태 접합모형 수립

○

수립된 해양환경모형에 하위 생태모듈을 접합자를 이용하여 접합하고(그림

15),

세부변수 조정을 통해 한반도 주변해의 하위생태계 분포도를 재현

그림 15. 순환-생태 하위생태계 접합모형 시스템 개요

○

더욱 복잡한 NEMURO 등을 이용해 순환모형과 접합하여 상위생태계 분포 재현함

○

양자강 저염수의 담수유출 자료를 수집하여 연변동성 효과 실험함

3.2. 다양한 미래기후 시나리오를 이용한 미래 기후변화 실험 수행 3.2.1. 전지구 모형 평가

○ CMIP5

모형들(표 5)이 과거 기후를 얼마나 현실적으로 재현해내는지를 평가

하고, 미래 기후 전망에 신뢰도를 확보하고자 함

○ PMIP3

모형 비교 및 북서태평양 고기후 자료와의 비교를 통한 과거 기후 재

현함

○

전지구 모형

CMIP5

모형이 한반도 주변해에 영향을 많이 주는 전지구 규모의 운동 엘리뇨, 태평양순년진동, 몬순 등을 관측과 비교하여 잘 모사하는지에 대 해 평가함

○

북태평양 고기압, 몬순 등 한반도 주변해에서 발생하는 기후 변화를 평가하는 데 있어서 용이한 주요 기후변수에 대한 품위평가를 실시함

Model I.D. Modeling Center Resolution

BCC-CSM1-1 Beijing Climate Center, China Meteorological

Administration 2.8°ⅹ2.8°

BCC-CSM1-1-M Beijing Climate Center, China Meteorological

Administration 1.1°ⅹ1.1°

BNU-ESM Beijing Normal University 2.8°ⅹ2.8°

CMCC-CESM Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici

(Euro-Mediterranean Center on Climate Change) 3.8°ⅹ3.8°

CMCC-CM Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici

(Euro-Mediterranean Center on Climate Change) 0.8°ⅹ0.8°

CMCC-CMS Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici

(Euro-Mediterranean Center on Climate Change) 1.9°ⅹ1.9°

CNRM-CM5

Centre National de Recherches Météorologiques / Centre Européen de Recherche et Formation Avancée en Calcul Scientifique

1.4°ⅹ1.4°

CanCM4 Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis 2.8°ⅹ2.8°

CanESM2 Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis 2.8°ⅹ2.8°

FIO-ESM The First Institute of Oceanography, SOA, China 2.8°ⅹ2.8°

HadCM3 Met Office Hadley Centre 3.8°ⅹ2.5°

MPI-ESM-LR Max-Planck-Institut für Meteorologie (Max Planck

Institute for Meteorology) 1.9°ⅹ1.9°

MPI-ESM-MR Max-Planck-Institut für Meteorologie (Max Planck Institute

for Meteorology) 1.9°ⅹ1.9°

MPI-ESM-P Max-Planck-Institut für Meteorologie (Max Planck Institute

for Meteorology) 1.9°ⅹ1.9°

NorESM1-M Norwegian Climate Centre 2.5°ⅹ1.9°

NorESM1-ME Norwegian Climate Centre 2.5°ⅹ1.9°

표 5. 사용 가능한 CMIP5 모형 목록

3.2.2. 전지구 모형 세부요소별 평가 및 모형 선정

○ CMIP5

모형을 한반도 주변해에 대하여 수온, 기온, 바람, 기압 등의 세부요소

를 테일러 다이어그램 등의 통계기법을 이용해 평가함

○

모형들이 공통적으로 관측과 유사하게 모사하지 못하는 영역과 변수를 파악하 고 그 원인과 비중에 대해 분석함

○

상대적으로 모사능력이 높게 나타난 CMIP5 모형 그룹을 선정함

3.2.3. 미래변화 다모형/다시나리오 실험

○

한반도 주변해의 미래변화의 예측 불확실성을 줄이고 신뢰성을 향상시키기 위하여 전지구 모형 평가에서 선정된 모형들 중 상위 5개 모형을 이용해 다모 형 실험을 실시하고, 이 결과를 이용한 다중모형앙상블을 실시함

○

또한, 기후변화에 따른 정책 수립을 위하여 여러 가지 시나리오에 대한 모형 실험을 수행할 필요성이 있기 때문에, 다양한 시나리오에 대한 미래변화 실험 을 실시함

○

다양한 미래기후 시나리오와 모형을 이용한 실험을 통해 미래변화의 불확실성 을 평가함

3.2.4. 해양환경 미래변화 실험

○

지역기후모형을 이용해 미래변화를 전망하기 위해 CMIP5와 현재의 기후값을 이용한 유사지구온난화기법(PGW)을 이용함

○

유사지구온난화기법은 역학적 규모축소법의 한 종류로서 전지구 모형이 생산 한 미래 기후 평균장과 현재 기후 평균장의 차이 즉, 모사된 미래 기후 변화값 을 관측된 현재 기후값에 더하여 미래 기후를 전망하는 방법임(Kimura and

Kitoh, 2007).

이 방법은 전지구 모형에 내재된 모형의 계통오차를 줄임으로써

좀 더 현실적인 결과를 주는 것으로 알려져 있다(Kawase

et al. 2009).

그림 16 은 이 방법을 도식적으로 표현하였음

Present climate Future climate Global

model

Simulated present climatology

Simulated future climatology

↓

Observed present climate time

series

+

Future climate change simulated

by global model (difference in climatologies)

→

Reconstructed future climate

projection

⇓

dynamical downscaling

⇓

Regional model

Historical experiment Downscaled present climate

time series

Future climate experiment Downscaled future climate

projection

↓

Downscaled future climate change

projection

그림 16. 지구유사온난화 방안 모식도

○

유사지구온난화기법을 이용하여 미래변화 전망 실험을 수행하기 위해 IPCC 제5차 평가보고서에 활용된 CMIP5 전구기후모형 자료를 사용하였음. 미래변 화 상세 전망을 위해 지역기후 접합모형의 초기 및 경계 조건으로 사용된 전 지구 모형자료는 CMIP5 과거재현 실험에서 한반도 주변해를 잘 모사하는 모 형의 표준 출력자료를 사용함

3.3. 한반도 주변해 미래변화 상세전망도 제시 및 전망 불확실성 평가

○ 지역기후 통합모델링 시스템에 다양한 시나리오를 이용해 한반도 주변해 미래 변화 상세전망도를 제시하고 이를 통계 분석

○ 한반도 주변해 미래변화 전망 불확실성 제시 및 통합전망도 제시