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주요연구결과 |
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1. GRL 1단계 연구 결과 요약문
Ⅰ. 제목
글로벌 몬순 기후 변화: 이해, 예측 및 적응
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
○ 연구개발의 최종목표
- 글로벌 몬순과 동아시아 몬순 변동성의 예측성 이해 및 예측성 근원 인자 개발
- 극한 기후 예측을 위한 새로운 방법 개발 및 몬순 기후 변동성의 예측 능력 향상
- 기후 변화에 대한 취약성 평가 및 적응 전략 수립
○ 연차별 연구개발 목표
- 제 1차년도: 몬순 변동성과 변화에 대한 미해결 문제 규명
- 제 2차년도: 몬순 계절 안 변동성 역학 규명
- 제 3차년도: 극한 기후 발생 메커니즘 이해
- 제 4차년도: 동아시아 몬순 및 글로벌 몬순의 계절안 변동성 미래 변화 예측
- 제 5차년도: 극한 기후 및 강수의 미래 변화 예측
- 제 6차년도: 기후 변화에 대한 취약성 평가 및 적응 전략 수립
○ 필요성
- 기후변동성과 기후변화의 이해와 예측에서 글로벌 강수의 변동성과 변화는 가장 심각하한 인명손실과 막대한 자연 재해를 발생시키기 때문에 우리나라 몬순 기후, 동아시아 몬순 기후를 글로벌 몬순 시스템과 연동된 기후 변화 및 기후 변동성의 범주에서 이해하는 것이 필요함.
- 몬순 강수는 전 지구 물, 에너지, 대기 순환을 변화시키는 중요한 요소이며, 몬순 강수의 변화는 사회, 경제적으로 매우 큰 영향을 미침.
- 기후 변화에 늦게 대응하면 할수록 엄청난 기회비용을 지불해야 하기 때문에 기후변화로 인한 재해 저감에 대비하고 선도적 적응전략을 수립하는 것이 필요함.
- 기후 시스템의 가장 기본적인 모드로서 글로벌 몬순을 이해하는 것은 그 동안 각 지역별 몬순의 연구를 통하여 해결하지 못한 과학적 문제를 해결할 수 있을 것으로 봄.
- 동아시아 몬순 지역은 적도와 극을 연결하는 수송 통로인데, 특히 물, 에너지 수송에 있어 중요함.
- 기후 변화에 따른 물, 에너지 수송의 변화가 클 것으로 예상되며, 동아시아 몬순 지역은 기후 변화의 중심 지역으로 인지하고 기후 변화 연구에 선진국가로서의 역할이 필요함.
- 동아시아 몬순 시스템은 비선형적이고 여러 가지 요소가 복합적으로 작용해 나타나기 때문에 그 메커니즘 연구에 있어서 단계적이고 시스템적인 접근이 요구됨.
- 본 연구를 통해 현재 가장 어려운 문제인 몬순의 계절안 진동(장마의 시작, 종료, 강도)의 장기예측과 극한 기후 예측이 가능해질 것으로 예상되며, 봄 가뭄 및 물 부족 상황을 파악하여 미리 대처할 수 있도록 대비책 마련에 활용될 수 있음.
- 동아시아 몬순의 강도 변화를 사전에 파악하고 재해 기상의 강도와 빈도를 보다 정확히 예측함으로써 인명과 재산피해를 크게 줄일 수 있음.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
1. 몬순 변동성과 변화에 대한 미해결 문제 규명
- 동아시아 몬순 및 글로벌 몬순 변화의 역학적 관계 규명
- 다양한 시간 규모의 몬순 변동성 분석
- 적도-중위도-극 상호작용과 연관된 몬순 변동성 연구
- PMIP 자료를 이용한 미래 몬순 변화 이해
- 다양한 시간 규모의 몬순 변동성 예측성 이해
2. 몬순 계절 안 변동성 역학 규명
- 몬순 계절안 변동성의 구조 및 발생 메커니즘 이해
- 몬순 계절안 변동성과 글로벌 몬순과의 연관성 파악
- 적도-중위도-극 상호작용과 연관된 몬순 계절안 변동성 이해
- 육지-대기-해양 결합 시스템 내에서의 몬순 계절안 변동성 모의 능력 개선
- 몬순 계절안 변동성에 대한 통합 모형 시스템 개발
3. 극한 기후 발생 메커니즘 이해
- 한반도와 동아시아에 영향을 미치는 극한 기후의 원인 규명
- 글로벌 몬순과 관련된 극한 기후 변화 분석
- 극한 기후 변동성의 발생 메커니즘 파악
- 기후 모형에 의해 모의된 극한 기후 분석
- 극한 기후 모의 능력 개선
4. 동아시아 몬순 및 글로벌 몬순의 계절안 변동성 미래 변화 예측
- 동아시아 여름 몬순의 미래 변화 예측
- 기후 모델에서의 북쪽으로 진행하는 계절안 진동 역학 평가
- 몬순 계절안 변동성의 미래 변화 예측
- 글로벌 몬순의 미래 변화 예측
- 에어로졸 불확실성 저감을 통한 몬순 예측의 최적 기술 개발
5. 극한 기후 및 강수 의 미래 변화 예측
- 미래 기후에서의 강수와 물순환 예측
- 극한 기후 역학의 평가
- 미래 환경에서의 극한 기후 예측
- 미래 기후에서의 동아시아 몬순과 글로벌 몬순의 관계 분석
- 극한 기후 예측의 불확실성을 저감을 위한 최적 기술 개발
6. 기후 변화에 대한 취약성 평가 및 적응 전략 수립
- 한반도 기후 변화의 잠재적 영향 평가
- 기후 변화에 대한 한반도의 취약성 평가
- 기후 변화에 대한 한반도의 적응 전략 개발
- 기후 변화에 대한 글로벌 몬순의 취약성 평가
- 글로벌 몬순 변화가 한반도의 기후 변화에 미치는 영향 분석
Ⅳ. 연구개발결과
1. 몬순 변동성과 변화에 대한 미해결 문제 규명
가. 동아시아 몬순 및 글로벌 몬순 변화의 역학적 관계 규명
○ 글로벌 몬순의 변동성 분석
- 글로벌 몬순 지역은 기후 특성 기준에 따라 북반구 글로벌 몬순 지역인 북아프리카 (NAF), 아시아 (AS), 북미 (NAM) 몬순과 남반구 글로벌 몬순 지역인 남아프리카 (SAF), 호주 (AU), 남미 (SAM) 몬순으로 분류됨.
- 최근 30년간 남반구 여름강수의 경년변동성은 증가하는 추세를 보이는 반면 북반구 여름강수의 경년변동성은 1993년을 중심으로 크게 약화되어 그 원인 분석 연구가 진행됨.
○ 북반구 글로벌 몬순 지역 간 변동성 분석을 통한 아시아 몬순 변동성의 이해
- 북반구 여름강수의 경년변동성 약화의 원인으로 각 지역별 몬순의 변동성이 하나의 시스템으로 연결되고 있기 때문이며, 이는 아시아 몬순 지역 내의 북서태평양 몬순이 변동성을 주도하기 때문임.
- 북반구 몬순의 세지역간 강수들이 서로 상쇄되어 발생되는 북반구 몬순 변동성의 약화에는 십년 주기의 변화가 중요하며 이를 아시아 몬순 (AS) 시스템이 주도함.
- 기후모형의 실험을 통하여 중태평양 온난화과 관련한 북서태평양 여름몬순의 변동성이 북반구 글로벌 몬순 지역 간의 관계 변화를 야기하는 주요한 요소임을 밝히고, 동아시아 몬순 및 글로벌 몬순 변화의 역학적 관계를 규명하고 몬순 기후 예측인자를 얻음.
나. 다양한 시간 규모의 몬순 변동성 분석
○ 다양한 시간 규모에서의 동아시아 여름 몬순 변동성 원인 분석
- 동아시아 몬순 지역은 중위도에 위치하는 특성으로 여러 기후 시스템과 여러 시간 규모에서 상호작용하며 비선형적인 특성을 가짐.
- 동아시아 여름 몬순의 변동성을 십년 규모, 경년 규모, 계절안 규모로 시간규모를 분류하고 변동성을 지배하는 메카니즘 분석이 이루어짐. 글로벌 강수와 해수면 온도의 주요 결합모드는 수 십년 주기의 변동성이 강하며 온난화 경향 이외에 자연변동성 모드인 Mega-ENSO 영향이 최근 기간에 탁월한 것을 발견함.
- 경년 변동성의 ENSO 영향은 계절안 모드를 분류하면 강제력이 더욱 강해지기 때문에 계절안 모드의 예측성을 활용하면 계절평균의 예측성을 향상시킬 수 있을 것으로 봄.
○ 다양한 시간 규모에서의 동아시아 겨울 몬순 변동성 원인 분석
- 동아시아 겨울몬순의 경년 변동성은 시베리아 고기압과 얄루산 저기압, 그리고 아열대 서풍 제트기류의 특징으로 결정되며, AO와 PDO는 수십년 주기의 변동성에서 강한 유의성을 나타냄.
- 동아시아 겨울은 1980년대 중반 이후로 약화되었으며 이는 시베리아 고기압의 약화와 북극진동의 변동성, 북태평양진동모드인 NPO에 의한 것으로 분석됨.
다. 적도-중위도-극 상호작용과 연관된 몬순 변동성 연구
○ 적도-중위도 및 중위도-극 상호작용 과정 이해
- 글로벌 몬순 중에 유일하게 중위도에 걸쳐있는 동아시아 몬순 시스템은 수송의 문제를 포함하여 적도-중위도-극의 영향을 함께 받고 있는 복잡한 특성을 가짐.
- 동아시아 몬순 성분인 북반구 고기압 시스템 (NP 고기압과 WNP 고기압)과 ENSO의 전이 과정의 관계를 분석하여 QB-type ENSO가 고기압 시스템 전체의 강화를 통하여 형성됨을 발견함.
- 북반구 고기압 시스템과 ENSO 발달과정의 이해는 지구온난화 기후에서의 적도 열적 상태 변화의 예측을 가능하게 하며 이를 활용한 예측은 과학적으로 새로운 발견으로 간주됨.
○ 대기-해양 상호작용의 기후 변동성 영향 분석
- 대기-해양 상호작용은 적도-아열대 기후 변동성 뿐만 아니라 동아시아 몬순 변동성에 주는 메카니즘을 설명함.
- Post-ENSO 기간 동안은 대기-해양 상호작용을 통하여 동아시아 몬순의 예측성을 계절안 모드로 확보할 수 있다는 결과를 얻음. 그 물리적 과정에서 인도양의 가열과 열적 상태의 동서 비대칭 강도가 매우 중요한 역할을 하는 것을 분석과 기후모형 실험 연구를 이용하여 구함.
2. 몬순 계절 안 변동성 역학 규명
가. 몬순 계절안 변동성의 구조 및 발생 메커니즘 이해
○ 동아시아 및 서태평양 여름몬순 계절 안 변동성의 비선형적 구조 및 역학적 메커니즘에 관한 연구
- 비선형적 분류 방법을 동원하여 동아시아 및 서태평양 몬순을 포함하여 4 개의 몬순 계절 안 모드를 얻어냄.
- 동아시아 및 북서태평양 몬순의 계절 안 변동성은 중위도 경압성 및 북서태평양 고기압의 강도에 연관된 적도 시스템의 유입정도, 대류 불안정도에 의하여 좌우됨.
- 계절안 변동성의 메카니즘 분석을 통하여 계절 평균보다 계절 안 특성의 예측성을 높일 수 있음을 보임.
○ 동아시아 여름몬순 계절 안 주요 모드의 수증기 수송에 관한 연구
- 몬순 계절 안 모드 들은 특징적인 열역학적 구조와 수증기 수송 특성을 가지며, 특히 6월 말부터 7월 말 정도의 계절안 모드의 수증기 수송이 탁월함을 보임.
- 계절안 모드로 몬순 변동성을 이해하고 수증기 수송 역학의 차별성을 예측에 활용하여 몬순 예측성을 높일 수 있으며 호우와 건조기 등의 예측에 활용도가 높을 것으로 사료됨.
나. 몬순 계절안 변동성과 글로벌 몬순과의 연관성 파악
○ 글로벌 몬순의 몬순 간 상호작용에 관한 연구
- 지역 몬순 연구에 한정된 과거 연구 결과보다는 전 지구적 관점에서 몬순 시스템 성분 간의 상호작용에 관한 연구가 가능함.
- 북반구 몬순 시스템에서 동아시아 몬순이 다른 지역 몬순과 반대 위상을 가지면서 상쇄하는 구조를 밝힘으로써 최근 북반구 강수 변동 약화의 원인을 파악하고, 글로벌 몬순 변동성에 있어 동아시아 몬순 및 북서태평양 고기압의 중요성을 제시.
○ 이른 여름철 동아시아 여름 몬순 강수를 지배하는 메커니즘 변화에 관한 연구
- 동아시아 여름몬순의 큰 계절안 변동성 때문에 이른 여름철 변동성을 구분하여 원격 메커니즘이 1990년대 중반을 기준으로 변화가 있었음을 밝힘.
- ENSO와의 관계 변화가 가장 중요하며, canonical ENSO의 느린 쇠퇴 속도에 비하여 중태평양의 빠른 온난화 과정이 주요 변동 원인임을 밝힘.
- 중태평양 해수면 온도와의 수 십년 주기의 연동 변화는 예측성을 낮게 하기 때문에 예측인자의 선정에서 수 십년 변동성을 고려하고 특히 동아시아 이른 여름철 변동성에서 NAO와의 관계가 중요함을 밝힘.
다. 적도-중위도-극 상호작용과 연관된 몬순 계절안 변동성 이해
○ 적도-중위도 상호작용을 위한 동아시아 몬순 계절 안 모드와 ENSO와의 관계에 관한 연구
- 중위도 몬순 시스템의 적도-중위도-극 원격상관에 분석에서 구한 원격상관의 특성을 계절 안 변동성 예측성에 활용함.
- 동태평양 해수면온도 및 인도양-서태평양 해수면온도의 결합구조와의 관계가 이른 여름철과 늦은 여름철에 상반되며 ENSO의 비대칭적 영향을 밝혀 여름 강수 예측의 새로운 매트릭스를 제시함.
○ 북반구 여름몬순의 계절 안 진동과 관련된 적도-중위도-극 원격상관에 관한 연구
- 적도지역 몬순 계절 안 진동 지수를 개발하여 지역 몬순사이의 관계를 파악하고 중위도 및 극 원격상관의 구조를 파악함.
- 인도몬순과 서태평양 몬순이 약 4-6일의 시간지연을 가지고 높은 상관성을 가지고 있으며 인도몬순과 북아메리카 몬순 계절 안 진동이 서로 반대 위상을 가지고 변하는 것을 밝힘.
3. 극한 기후 발생 메커니즘 이해
가. 한반도와 동아시아에 영향을 미치는 극한 기후의 원인 규명
○ 동아시아 여름몬순의 극한강수 원인 규명을 위한 열역학 에너지 분석
- 극한기후의 발생은 온도 증가에 따른 수증기 양의 증가와 건조 육지-습한 해양 효과에 의한 수증기 수송의 증가 속도에 의하여 좌우됨.
- 수증기압-온도 관계에 의하면 기온 1도 증가에 대하여 약 6.7%의 수증기압 증가가 예상되며, 극한 기후 발생의 예측은 기후 변화 적응 정책에 매우 중요함.
- 한반도 극한 강수 및 온도에 극한 발생 예측은 동아시아 몬순 강수의 증가와 몬순 순환 증가에 의하여 가속될 가능성이 있음을 밝힘.
○ 동아시아 여름몬순의 극한강수 원인 규명을 위한 불안정도 분석
- 열역학적 메커니즘 분석으로 우리나라 몬순은 비단열 가열뿐만이 아니라 수평 온도이류가 강수 구조가 중요하며, 하층에서의 온도 수송이 한반도 지역적인 극한강수를 일으키는 메커니즘임을 분석함.
- 강수가 효과적으로 형성되는 메커니즘을 불안정도로 살펴보면 이른 여름철에는 강한 상층의 제트로 인한 경압불안정이 중요하며, 최성기에는 경압불안정 뿐만 아니라 하층의 수증기 수렴과 온난이류로 인해 강한 대류불안정을 형성시키는 구조임을 증명함.
- 한반도 극한 강수 예측에 있어 수증기 수렴 및 온난 이류를 고려한 적응전략이 필요함을 제시함.
나. 글로벌 몬순과 관련된 극한 기후 변화 분석
○ 몬순과 관련된 극한 기후의 변화 분석
- AR5 모형 실험의 기온 증가에 따라 아시아 몬순과 호주몬순의 경우 몬순 강수가 각각 4.5%, 2.6% 증가하는 것으로 밝힘.
- 동아시아 몬순 강수가 가장 급격히 증가하며, 그 이유는 온도 증가에 따른 몬순 순환의 변화 뿐만 아니라 몬순의 순환강도는 증가되는 것으로 예측됨.
○ 극한 기후와 글로벌 몬순 및 ENSO와의 관계 분석
- 극한 강수는 시공간적 분포가 복잡하며 일정한 패턴을 보이고 있지 않기 때문에 각 격자점에서의 상위 1% 강수를 기준으로 극한강수를 정의하여 이들의 구조 및 ENSO와의 관계를 밝힘.
- 엘니뇨 이후의 여름철에는 이른 여름철 강수가 증가하고 늦은 여름철 강수가 감소하는 관계를 얻어 예측인자를 결정함.
- 라니냐의 이후의 여름은 엘니뇨 이후와 다른 비대칭적인 관계를 가지며, 이러한 비대칭성은 계절안 모드 중에 2개의 모드가 강수 예측성이 다른 계절안 모드에 비하여 큰 예측성을 보임.
다. 극한 기후 변동성의 발생 메커니즘 파악
○ 동아시아 몬순 강수의 일변동을 통한 극한강수의 발생 메커니즘 분석
- 단기간의 강수 변동을 통해 극한강수의 메커니즘을 살펴보기 위해 TRMM위성자료를 활용하여 3시간 간격의 강수자료를 이용하여 동아시아 강수의 일변화를 분석함.
- 메이유-바이우 강수는 해양의 영향으로 인해 오전에 강수가 많이 내리는 특성이 있으며, 장마모드는 북태평양 고기압에 의한 하층 제트로 인해 늦은 시간의 극한 강수 특성을 가짐.
○ 극한 이벤트의 원인규명을 위한 적도-중위도-극의 역할에 관한 연구
- 기온 증가 경향과 반대되는 극한 기온 및 강수 이벤트가 있었던 특정 사례 분석을 통해 중위도 극한기후에 적도의 열적 강제력, 강한 극의 강제력 그리고 고주파 단주기 변동과 장주기 기후 아노말리를 월별로 구함.
- 극한 기후를 유발시킬 수 있는 복잡한 원격상관을 통해 월별 예측인자 선정에 대한 기초 자료를 제시함.
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
< 과학적 업적 >
- 몬순 기후 예측성의 근원을 시간별 규모별 메트릭스로 구성하여 그 변동성을 이해 함과 동시에 예측에 활용함으로써 기후 예측력을 높일 수 있음.
- 해외연구책임자 그룹의 단계적 모형 (이론→적용) 및 해외연구책임자의 기후 시스템 모델링 기술을 바탕으로 권역별 상호작용을 고려한 기후 시스템의 변동성을 예측할 수 있으며 국내연구책임자 그룹과 해외연구책임자 그룹의 유기적 연구협력 관계를 통하여 몬순 기후 변동성 및 몬순 기후변화에 대한 과학적 단계를 끌어올리는 데 기여함.
< 기후변동성 및 기후변화 예측 및 적응 정책 >
- 해외연구책임자와의 공동협력을 중심으로 한 국제적 네트워크를 활용하여 몬순기후 변화에 대한 다중모형앙상블 예측 기술을 확보할 수 있음.
- 국내연구책임자의 동아시아 몬순 분석 기술과 고해상도 모형을 활용하여 자연 재해와 밀접하게 관련되어 있는 몬순 계절안 변동성 및 극한 기후 예측 기술 확보가 가능할 것으로 예상됨.
- 기후변화로 인한 자연 재해의 예측과 기후 변화 적응의 문제를 위한 전략 수립에 불확실성을 감소한 결과를 공급할 수 있음.
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