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1 Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 1, pp DOI: Analysis of Long-term Changes of Days with 25 or Higher Air Temperatures in Jeju Choi, Jae-Won, Cha, Yumi, Kim, Jeoung-Yun and Park, Cheol-Hong National Institute of Meteorological Sciences, Jeju, Korea In this study, the time series of the number of days with 25 or higher temperatures in the Jeju region were analyzed and they showed a strong trend of increase until recently. To determine the existence of a climate regime shift in this time series, the statistical change-point analysis was applied and it was found that the number of days with 25 or higher temperatures in the Jeju region increased sharply since Therefore, in order to examine the cause of the sharp increase of the days with 25 or higher temperatures in the Jeju region, the differences between the averages of and the averages of were analyzed for the large-scale environment. In the Korean Peninsula including the Jeju region, precipitable water and total cloud cover decreased recently due to the intensification of strong anomalous anticyclones near the Korean Peninsula in the top, middle and bottom layers of the troposphere. As a result of this, the number of days with 25 or higher temperatures in the Jeju region could increase sharply in recent years. Furthermore, in the analysis of sensible heat net flux and daily maximum temperatures at 2 m, which is the height that can be felt by people, the Korean Peninsula was included in the positive anomaly region. In addition, the frequency of typhoons affecting the Korean Peninsula decreased recently, which reduced the opportunities for air temperature drops in the Jeju region. Key words : Jeju, Climate Regime Shift, Statistical Change-Point Analysis 1. 서론 전지구적으로기온상승의예측이보고되면서, 이에대한관심이끊이지않고있다. 한반도또한예외없이지구온난화로인한기온상승이나타나고있으며, 이로인한이상기후현상이보고되고있다. 일례로기상청에서발간한 2013 이상기후보고서 (KMA, 2014) 에따르면, 2013년 1월에는한파로인해전국평균최저기온이 11.1 로평년보다 5.8 낮아 1973년이후가장낮은기록을보였으며, 같은해여름철에는열대야일수가남부지방에서 18.7일, 제주도에서 52.5일로 1973년이후가장많은일수를기록했다. 뿐만아니라장기간관측에있어서도열대야일수가증가하는등이상기후사례 가빈발하고있으며 (Park and Suh, 2011), 한반도대부분지역에서온난화경향은점점가속하고있다고알려졌다 (Lee and Kang, 1997). 이러한경향은특히 1980년대후반이후에두드러진다고보고되었다 (Lee et al., 2011). 그러나이와는반대로 IPCC 5 차보고서를비롯한최근의연구에서는전지구적인기온상승이최근 년간정지혹은약화되거나, 겨울철기온의경우오히려감소하고있다는연구결과도있다 (Kosaka and Xie, 2013; IPCC, 2013). 즉, 기온의장기변동은선형추세만으로설명할수없으며, 비선형성도고려되어야한다. 특히이러한결과는지구온난화경향이준선형적으로가속될것이라고예측했던기후모델들의결과와상충하고있다. 한반도기 Corresponding author : choikiseon@korea.kr Received December 14, 2015 / Revised January 8, 2016(1st), January 22, 2016(2nd) / Accepted February 5, 2016

2 32 최재원 차유미 김정윤 박철홍 온변동에대한연구는주로온난화강도와지역별특성에대한논의를중심으로이루어졌다 (Koo et al., 2007; Heo and Lee, 2011; Lee and Heo, 2011). 특히선행연구들은지난세기한반도기온상승이인위적인온실가스배출에큰영향을받았음을확인했다. 뿐만아니라, 계절에따라겨울철기온의증가 ( dec 1 ) 가여름철 (0.2 dec 1 ) 에비해강하게나타났고 (Koo et al., 2007; Heo and Lee, 2011), 최저기온의증가율 (0.25 decade 1 ) 이최고기온의증가율 (0.23 decade 1) 에비해오차범위내에서다소크게나타나는경향을보였다 (Heo and Lee, 2011). 이로인해 1980년대후반까지증가하던일교차가최근감소추세로변화했다. 또한 1954년부터 2010년까지이러한기온변동추세의변화는극한기온지수의변화로이어져열파및열대야가증가된반면, 한파나한랭야일수는감소하는것으로보고되었다 (Lee and Heo, 2011). 최근의여러연구에서전지구의평균기온이 19세기후반이래로현재까지 100년간약 정도상승하고있다고밝히고있다 (Jones, 1988; IPCC, 1995; IPCC, 2001). 이러한지구의평균기온에나타나는가장뚜렷한변화는앞서언급한것처럼 1980년대이후나타나는지속적인온난화현상이다. 우리나라역시기온의증가경향이뚜렷하게나타나고있으며 (Lee and Kang, 1997), 이에도시화영향이크게나타나고있다 (Um et al. 1997). 기후변화가점차심화되면서인구가밀집한도시지역에서는냉방사용등으로인해여름철에너지사용량이많아져, 도시열섬현상이더욱심각한문제가되고있는실정이다 (Makhelouf, 2009). Kim et al.(1999) 은도시화효과와온실효과에의한기온증가량을도시별로추정하였다. 그동안우리나라에서의기온상승에관련된연구에서, Ryoo et al.(1993) 은기온의지역변동성을통계학적으로추정하여기온이해양의영향, 도시의규모, 지리적특성및도시의발달형태에영향을받음을분석하였고, Lee(1978) 은추풍령을기준으로하여서울지역의도시화에의한기온변동성을조사한바있다. Kang and Rho(1985) 는 년 30년간우리나라 14개지점의기온증가율을산출하였고, Jhun and Lee(1992) 는기온증가추세가지역별로차이가있고, 서울이가장높다고하였다. 그러나관측된기온증가경향에는지구온난화에동반되는우리나라온난화이외에도각관측점의지역적인상승경향이내포되어있다고본다. 또한, 온난화의추세와극한기후발생증가가최근세계각지에서보고되고있다 (IPCC, 2001). 2003년유럽폭염으로인한사망자는노약자를포함하여약 3만 5천명에이르고, 산불에의하여넓은면적의산림이파괴되었으며, 수중생태계와빙하에도많은영향이나타났다. 또한전력중단, 운송제약, 농업생산성감 소등경제적피해액이 130억유로에달한것으로보고되었다 (Ross and Lott, 2003). 이연구는제주지역에서일최고기온이 25 이상인날의장기변동성을찾고장기변동의원인이되는종관환경요소를분석하고자한다. 일최고기온이 25 이상인시간이야간에나타날경우, 이를열대야라하며, 이는인간의건강과직결될수있는중요한기온기준이될수있다. 그리고제주는우리나라의제일남쪽에위치해있으며, 기후변화의영향 ( 아열대화 ) 을제일받기쉬운곳으로알려져있다 (Kim et al., 1999). 2. 자료및분석방법 2.1 자료 이연구는지난 40년 ( 년 ) 동안우리나라제주지역에서관측된기온이 25 이상인날의자료를기상청 (Korea Meteorological Administration) 으로부터제공받아사용하였다. 또한이연구는미국국립환경예측센터 -국립대기과학연구센터 (National Center for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research, NCEP-NCAR) 에서제공하는다음과같은변수를가진재분석자료를사용하였다 (Kalnay et al., 1996; Kistler et al., 2001). 지위고도 (gpm), 수평바람 (m s 1 ), 기온 ( ), 상대습도 (%), 전운량 (%), 현열 (Wm 2 ), 속도포텐셜 (m 2 s ). 이자료는위 경도 및연직 17층 ( 상대습도는 8층 ) 의공간해상도로구성되어있다. 이자료들은 1948 년부터현재까지사용가능하다. 위의재분석자료들은모두 NOAA-CIRES Climate Diagnostics Center(CDC) 에서이용가능하다. 태풍자료는지역특별기상센터 -동경태풍센터 (Regional Specialized Meteorological Center(RSMC)-Tokyo Typhoon Center) 에서제공하는태풍의최적경로 (best-track) 자료로부터획득되었다. 이자료는 년동안매 6시간간격으로관측된태풍이름, 위경도위치, 중심기압, 중심최대풍속의정보로구성된다. 태풍은일반적으로중심최대풍속을기준으로다음의네등급으로나뉘어진다. 열대저압부 (Tropical Depression, 중심최대풍속 < 17 ms 1 ), 열대폭풍 (Tropical Storm, 17 m s 1 중심최대풍속 24 m s 1 ), 격렬한열대폭풍 (Severe Tropical Storm, 25 m s 1 중심최대풍속 32 m s 1 ), 태풍 (Typhoon, 중심최대풍속 33 m s 1 ). 위의네등급에더하여이연구에서는태풍으로부터변형된온대저기압 (extratropical cyclone) 도분석에포함시켰다. 이는이러한온대저기압도동아시아중위도지역에서많은재산과인명피해를입히기때문이다. 이연구에서태풍은이다섯등급을모두포함하는것 Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 1

3 제주의여름철기온이 25 이상인날수의장기변화분석 33 으로정의된다. 2.2 분석방법이연구에서두평균사이의유의성비교는독립표본 t-검정 (independent two-sample t-test) 을사용하였다. 두독립변수의시계열이 t-분포를따르고, 표본의평균이각각 X, X 로정의될경우, t-test의식은다음과같이표현될수있다. (1) 여기서, 는표준편차이고, n 1, n 2 는두시계열에서총 개수이다. 만약위의식으로부터 t의절대값이유의수준의문턱값보다크게산출되면, 귀무가설 (null hypothesis) 은 α( 100) % 의신뢰수준에서기각되어낮은신뢰수준을보이며, 기각되지않으면높은신뢰수준을보이는것으로정의된다 (Wilks, 1995). 또한본연구에서주어진시계열에대해통계적시점변화분석 (statistical change-point analysis) 을적용하였다. 이분석방법을적용하게되면 t값이산출되는데, t의절대값이가장큰해에기후레짐이동이존재한다는것을의미한다. 이분석에대한좀더자세한내용은 Elsner et al.(2000), Chu(2002), Ho et al.(2004) 의연구를참고하기바란다. 본연구에서는제주지역에서기온이 25 이상인날의증가추세원인을파악하기위해 6 9월동안대기환경에대한종관상태를분석하였다. 3. 제주지역에서기온이 25 이상의날의시계열분석 Fig. 1(a) 는제주지역에서기온이 25 이상인날의시계열을나타낸다. 전체적으로날수가급격하게증가하는경향을보이며, 이증가경향은 99% 신뢰수준에서유의하다 ( 굵은실선 ). 이시계열에서기후레짐이동이있는지를알아보기위해통계적시점변화분석을이시계열에적용하였다 ( 점선 ). 그결과, 1993년에가장큰 t값이존재하였으며, 따라서총 40년의분석기간은 년의소빈도기간과 년의다빈도기간으로나뉘어질수있었다. 다음에서술되는날수는모두기온이 25 이상인날수를의미한다. 40년기후학적평균날수는 19.6일로서 ( 파선 ), 년기간동 Fig. 1. Time series of (a) days that are greater than 25 for June-August in Jeju and t-value through statistical change-point analysis (dotted line) and (b) normalized value of days that are greater than 25 for June- August. 안에기후학적평균날수를넘는해는단 4 년 (1975, 1978, 1985, 1990 년 ) 뿐이며, 년기간동안에기후학적평 균날수보다적은해는단지 4 년 (1999, 2002, 2003, 2009 년 ) 밖에되질않는다. 따라서 년기간평균제주지역 에서기온이 25 이상인날의수는 11.9 일이며 ( 파란선 ), 년기간평균날수는 27.2 일로 ( 붉은선 ) 후자기간의평 균날수가전자기간의평균날수의 2 배를넘는다. 두기간 사이에제주지역에서기온이 25 이상인날수의평균차는 95% 신뢰수준에서유의하다. 이러한제주지역에서기온이 25 이상인날수의십년간 변동특성은 Fig. 1(a) 의시계열을표준화한시계열에서더욱뚜 렷하게확인할수있다 (Fig. 1b) 년동안에는거의 모든해에서 0 이하의값을나타내는반면, 년기 간동안에는몇해를제외하고, 0 이상의값을가진다. 따라서 년평균표준화된값은 0.62 이며 ( 파란선 ), 년평균표준화된값은 0.7 로 ( 붉은선 ) 두기간사이에 는거의 1.3 이상의큰차이를나타낸다. 따라서이연구는최 근에제주지역에서기온이 25 이상인날수가급격하게증 가한원인을알아보기위해대기환경에대해 년 평균과 년평균사이에차를분석한다.

34 최재원 차유미 김정윤 박철홍 4. 1994 2013 년평균과 1974 1993 년 평균사이의차 Fig. 2(a) 는가강수량에대한두기간사이의차를나타낸 다. 20 30 N 에는양의아노말리를보이는반면, 30 40 N 에 는음의아노말리를나타낸다. 특히음의아노말리의중심은 한반도에위치해있다. 이는최근에제주지역을포함한한반 도에강수가형성될가능성이낮음을의미한다.

Differences in (a) precipitable water and (b) total cloud cover between 1994 2013 and 1974 1993. Contour intervals are 2 kg m 2 for precipitable water and 1% for total cloud cover.

4 34 최재원 차유미 김정윤 박철홍 년평균과 년 평균사이의차 Fig. 2(a) 는가강수량에대한두기간사이의차를나타낸 다 N 에는양의아노말리를보이는반면, N 에 는음의아노말리를나타낸다. 특히음의아노말리의중심은 한반도에위치해있다. 이는최근에제주지역을포함한한반 도에강수가형성될가능성이낮음을의미한다. 전운량에대한두기간사이의차분석결과에서는바이칼 호남쪽을제외하고,. 음의아노말리의중심이중국남부지역 (a) Precipitable water (b) Total cloud cover Fig. 2. Differences in (a) precipitable water and (b) total cloud cover between and Contour intervals are 2 kg m 2 for precipitable water and 1% for total cloud cover. Shaded are as indicate positive values. 으로부터동중국해를지나일본남서쪽방향으로이어져있다. 따라서이두결과로부터최근에제주지역을비롯한한반도에여름강수형성의가능성이낮아, 기온이 25 이상인날의수가많아질수있음을알수있다. 최근에제주지역을포함한한반도에맑은날의수가많아진이유를알아보기위해 850 hpa 유선에대해두기간사이의차를분석하였다 (Fig. 3a). 열대및아열대서태평양에거대한고기압성아노말리가강화되어있고, 일본남서지역에강한고기압아노말리의중심이형성되어있다. 따라서이고기압아노말리의영향으로인해제주를포함한한반도는최근에맑은날이더많을수있음을알수있다. 더욱이한반도는일본남서쪽에중심을둔고기압아노말리의서쪽연변을따라덥고습한남서류의영향을받고있다. 따라서최근에기온이 25 이상인날의수가많아질수있음을알수있다. 500 hpa과 200 hpa 유선에대한두기간사이에차의분석결과에서도한반도부근에강한고기압의아노말리가위치해있음을볼수있다 (Fig. 3b and 3c). 일반적으로고기압의영향을받는지역에서는맑은날씨를보이게된다. 따라서최근에제주를포함한한반도는맑은날이더많아, 기온이 25 이상인날의수가많아질수있다. 최근에열대및아열대서태평양에거대한고기압성순환의강화와함께한반도부근에고기압아노말리가형성된것은북태평양고기압이과거보다더강화되어있음을의미할수도있다. 따라서두기간에대해북태평양고기압의서쪽으로확장정도를살펴보았다 (Fig. 4). 최근에북태평양고기압이과거보다서쪽으로강화되어있을뿐만아니라, 남북방향으로도더확장되어있다. 따라서제주를포함한한반도는맑은날이더많아질수있다. 또한앞서설명하였듯이, 고기압의서쪽연변을따라온난다습한남서류가한반도로공급됨에따라최근에기온이 25 이상인날의수가많아질수있음을알수있다. 실제로최근에제주지역을포함한한반도부근에서기온이더올라갔는지를알아보기위해 850 hpa 기온에대해두기간사이의차를분석하였다 (Fig. 5a). 그결과, 일부지역을제외하고분석영역대부분의지역에서온난아노말리가나타났다. 특히, 온난아노말리의중심은중국중부지역으로부터한반도를지나동해까지이어져있다. 따라서최근에제주지역을포함한한반도에서기온이 25 이상인날의수가많아질수있음을알수있다. 500 hpa 기온에대한두기간사이에차의분석결과에서도온난아노말리의중심이한반도부근에위치해있으며 (Fig. 5b), 200 hpa에서도한반도는온난아노말리의지역에속해 Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 1

제주의여름철기온이 25 이상인날수의장기변화분석 35 (a) 850 hpa Fig. 4. Distribution of western North Pacific subtropical high (WNPSH) in 1994 2013 (solid line) and 1974 1993 (dashed line).

2, but for (a) 850 hpa, (b) 500 hpa, and (c) 200 hpa stream flows. Shaded areas are significant at the 95% confidence level. 있다 (Fig. 5c).

특히, 양의아노말리는대류권중상층에서더큰값을나타냈다. 태양복사에의해지표면의가열정도를알아보기위해현열에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 7a). 동아시아내륙지역은음의아노말리를보이는반면, 동아시아해안지역을따라서양의아노말리가나타났다. 따라서최근에제주지역을포함한한반도에서는 25 이상인날의수가많아질수있음을알수있다.

5 제주의여름철기온이 25 이상인날수의장기변화분석 35 (a) 850 hpa Fig. 4. Distribution of western North Pacific subtropical high (WNPSH) in (solid line) and (dashed line). Here, the WNPSH is defined as areas that 500 hpa geopotential height is greater than 5,875 gpm. (b) 500 hpa (c) 200 hpa Fig. 3. Same as in Fig. 2, but for (a) 850 hpa, (b) 500 hpa, and (c) 200 hpa stream flows. Shaded areas are significant at the 95% confidence level. 있다 (Fig. 5c). 따라서제주지역을포함한한반도는대류권하층으로부터상층까지온난아노말리가형성되어있음을알수있다. 실제로최근에제주지역을포함한한반도에북태평양고기압의발달로인해습한공기가유입되었는지를알아보기위해상대습도에대해두기간사이의차를분석하였다 (Fig. 6). 한반도는대류권하층에서부터상층까지양의아노말리가나타났다. 특히, 양의아노말리는대류권중상층에서더큰값을나타냈다. 태양복사에의해지표면의가열정도를알아보기위해현열에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 7a). 동아시아내륙지역은음의아노말리를보이는반면, 동아시아해안지역을따라서양의아노말리가나타났다. 따라서최근에제주지역을포함한한반도에서는 25 이상인날의수가많아질수있음을알수있다. 실제로사람이느낄수있는높이인 2 m에서의일최대기온을알아보기위해대해두기간사이에차를분석한결과, 일부지역을제외한분석영역대부분의지역에서양의아노말리가나타났다 (Fig. 7b). 한반도도비교적높은양의아노말리의지역에포함되어있음을확인할수있다. 기온은태풍에동반되는비와바람에일시적으로하강할수있다. 이에두기간사이에태풍의이동빈도에대한차를분석하였다 (Fig. 8) 년기간동안에태풍은주로필리핀으로부터중국동부지역을지나만주지역으로이동하

6 36 최재원 차유미 김정윤 박철홍 (a) 850 hpa (a) 850 hpa (b) 500 hpa (b) 500 hpa (c) 200 hpa Fig. 5. Same as in Fig. 3, but for air temperature. Contour interval is 0.2. Shaded areas are significant at the 95% confidence level. (c) 300 hpa Fig. 6. Same as in Fig. 3, but for relative humidity. Contour interval is 1%. Shaded areas are significant at the 95% confidence level. Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 1

Small solid rectangles indicate that the differences are significant at the 95% confidence level. 의서쪽지역에서수렴한다. 이결과는적도중앙태평양에서수렴하여상승한기류가 150 E의서쪽지역에서수렴하여하강함을의미한다.

7 제주의여름철기온이 25 이상인날수의장기변화분석 37 (a) Sensible heat net flux (SHTFL) Fig. 8. Differences in the mean TC passage frequencies between and for June-August within each 5 5 latitude-longitude grid box. Small solid rectangles indicate that the differences are significant at the 95% confidence level. 의서쪽지역에서수렴한다. 이결과는적도중앙태평양에서수렴하여상승한기류가 150 E의서쪽지역에서수렴하여하강함을의미한다. 특히 150 E의서쪽지역에서하강기류가발달함은앞서분석되었듯이, 최근에북태평양고기압이발달하였음을의미한다. (b) 2 m maximum air temperature Fig. 7. Same as in Fig. 2, but for (a) sensible heat net flux (SHTFL) and (b) 2 m maximum air temperature. Contour intervals are 2 Wm 2 for SHTFL and 0.2 for 2m maximum air temperature. Shaded areas are positive values. 였다. 반면, 년기간동안에는필리핀먼동쪽해상 으로부터한반도를향해북진하는경향이있다. 그결과, 최근 에한반도는태풍의영향빈도가감소하였다. 이결과로부터 최근에한반도에서의감소한태풍영향빈도로인해기온이 25 이상인날의수가많아질수있음을알수있었다. 두기간사이의대규모대기대순환의특징을알아보기위 하여 850 hpa 과 200 hpa 발산바람에대해차를분석하였다 (Fig. 9a and 9b). 먼저 850 hpa 에서 150 E 의서쪽지역에서발 산한공기가적도중앙태평양에서수렴함을볼수있다 (Fig. 9a). 200 hpa 에서는적도중앙태평양에서발산한공기가 150 E 5. 요약및결론 본연구에서제주지역에서기온이 25 이상인날수의시계열을분석한결과, 최근까지강하게증가하는경향을보였다. 이시계열에서기후레짐이동이존재하는지를알아보기위해통계적시점변화분석을실시하였다. 그결과, 가장큰변화는 1993년에나타났으며, 1993년이후로제주지역에서기온이 25 이상인날수가급격하게증가하였다. 이원인을해석하기위하여 6 9 월동안 년평균과 년평균사이의대기환경의차를분석하였다. 제주지역을포함한한반도는최근에가강수량과전운량이감소하였으며, 이는대류권상 중 하층에서한반도부근지역에강한고기압아노말리가강화되었기때문이었다. 따라서제주지역을포함한한반도는최근에맑은날수가많을가능성이있음을보였다. 한반도부근지역에고기압아노말리의강화는최근에북태평양고기압이한반도쪽으로강화됨과연관되었으며, 북태평양고기압의서쪽연변을따라온난다습한

공기가한반도에유입될수있었다. 이는기온및상대습도분석을통해대류권전층에서한반도부근지역에는덥고습한공기가최근에강화되고있음으로부터확인되었다. 이러한원인으로인해제주지역에서최근에기온이 25 이상인날수가급격하게증가할수있었다. 사사 본연구는국립기상과학원주요사업 예보기술지원활용연구 의지원으로수행되었습니다. REFERENCES Chu PS. 2002.

8 38 최재원 차유미 김정윤 박철홍 (a) 850 hpa velocity potential and divergent wind (b) 200 hpa velocity potential and divergent wind Fig. 9. Same as in Fig. 2, but for (a) 850 hpa velocity potential and divergent wind) and (b) 200 hpa velocity potential and divergent wind. Shaded areas denote negative anomalies. Contour interval is 3 m 2 s 공기가한반도에유입될수있었다. 이는기온및상대습도분석을통해대류권전층에서한반도부근지역에는덥고습한공기가최근에강화되고있음으로부터확인되었다. 이러한원인으로인해제주지역에서최근에기온이 25 이상인날수가급격하게증가할수있었다. 사사 본연구는국립기상과학원주요사업 예보기술지원활용연구 의지원으로수행되었습니다. REFERENCES Chu PS Large-scale circulation features associated with decadal variations of tropical cyclone activity over the central North Pacific. J Climate 15: Elsner JB, Jagger T, Niu XF Changes in the rates of North Atlantic major hurricane activity during the 20th century. Geophys Res Lett 27: Heo I, Lee S The change of diurnal temperature range in South Korea. Korean Geogr Soc 17: Ho CH, Baik JJ, Kim JH, Gong DY Interdecadal changes in summertime typhoon tracks. J Climate 17: IPCC Climate change 1995, The science of climate change. Eds. I. T. Houghton, Cambridge Univ. press, 531pp. IPCC , 991pp. Journal of Climate Change Research 2016, Vol. 7, No. 1

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03이경미(237~248)ok

03이경미(237~248)ok The recent (2001-2010) changes on temperature and precipitation related to normals (1971-2000) in Korea* Kyoungmi Lee** Hee-Jeong Baek*** ChunHo Cho**** Won-Tae Kwon*****. 61 (1971~2000) 10 (2001~2010).