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1 Atmosphere. Korean Meteorological Society Vol. 21, No. 4 (2011) pp 한반도상공의오존층변화 1985~2009 박상서 1) 김준 1), * 조나영 1) 이윤곤 2) 조희구 1) 1) 연세대학교지구환경연구소 / 대기과학과 2) 서울대학교자연과학대학기초과학연구원 ( 접수 : 2011 년 5 월 16 일, 수정 : 2011 년 9 월 19 일, 게재확정일 : 2011 년 10 월 4 일 ) The Variations of Stratospheric Ozone over the Korean Peninsula 1985~2009 Sang Seo Park 1), Jhoon Kim 1), *, Nayeong Cho 1), Yun Gon Lee 2), and Hi Ku Cho 1) 1) Global Environment Laboratory/Department of Atmospheric Science, Yonsei University, Seoul, Korea 2) Research Institute of Basic Sciences College of Natural Sciences, Seoul National University, Seoul, Korea (Received: 17 May 2011, Revised: 19 September 2011, Accepted: 4 October 2011) Abstract The climatology in stratospheric ozone over the Korean Peninsula, presented in previous studies (e.g., Cho et al., 2003; Kim et al., 2005), is updated by using daily and monthly data from satellite and ground-based data through December In addition, long-term satellite data [Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), Ozone Monitoring Instrument (OMI), 1979~2009] have been also analyzed in order to deduce the spatial distributions and temporal variations of the global total ozone. The global average of total ozone (1979~2009) is 298 DU which shows a minimum of about 244 DU in equatorial latitudes and increases poleward in both hemispheres to a maximum of about 391 DU in Okhotsk region. The recent period, from 2006 to 2009, shows reduction in total ozone by 6% relative to the values for the pre-1980s (1979~1982). The long-term trends were estimated by using a multiple linear regression model (e.g., WMO, 1999; Cho et al., 2003) including explanatory variables for the seasonal variation, Quasi-Biennial Oscillation (QBO) and solar cycle over three different time intervals: a whole interval from 1979 to 2009, the former interval from 1979 to 1992, and the later interval from 1993 to 2009 with a turnaround point of deep minimum in 1993 is related to the effect of Mt. Pinatubo eruption. The global trend shows 0.93% decade -1 for the whole interval, whereas the former and the later interval trends amount to 2.59% decade -1 and +0.95% decade -1, respectively. Therefore, the long-term total ozone variations indicate that there are positive trends showing a recovery sign of the ozone layer in both North/South hemispheres since around Annual mean total ozone (1985~2009) is distributed from 298 DU for Jeju (33.52 o N) to 352 DU for Unggi (42.32 o N) in almost zonally symmetric pattern over the Korean Peninsula, with the latitudinal gradient of 6 DU degree -1. It is apparent that seasonal variability of total ozone increases from Jeju toward Unggi. The annual mean total ozone for Seoul shows 323 DU, with the maximum of 359 DU in March and the minimum of 291 DU in October. It is found that the day to day variability in total ozone exhibits annual mean of 5.7% in increase and 5.2% in decrease. The variability as large as 38.4% in increase and 30.3% in decrease has been observed, respectively. The long-term trend analysis (e.g., WMO, 1999) of monthly total ozone data (1985~2009) merged by satellite and ground-based measurements over the Korean Peninsula *Corresponding Author: Jhoon Kim, Global Environment Laboratory/Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University 50 Yeonsei-ro, Seodaemoon-gu, Seoul , Rep. of Korea Phone: , Fax: jkim2@yonsei.ac.kr 349

2 350 한반도상공의오존층변화 1985~2009 shows increase of 1.27% decade -1 to 0.80% decade -1 from Jeju to Unggi, respectively, showing systematic decrease of the trend magnitude with latitude. This study also presents a new analysis of ozone density and trends in the vertical distribution of ozone for Seoul with data up to the end of The mean vertical distributions of ozone show that the maximum value of the ozone density is 16.5 DU km -1 in the middle stratospheric layer between 24 km and 28 km. About 90.0% and 71.5% of total ozone are found in the troposphere and in the stratosphere between 15 and 33 km, respectively. The trend analysis reconfirms the previous results of significant positive ozone trend, of up to 5% decade -1, in the troposphere and the lower stratosphere (0~24 km), with negative trend, of up to 5% decade -1, in the stratosphere (24~38 km). In addition, the Umkehr data show a positive trend of about 3% decade -1 in the upper stratosphere (38~48 km). Keywords: stratospheric ozone, spatial ozone distribution, long-term ozone trend) 1. 서론 오존층은태양에서오는유해자외선을막아주고지구의현재기후상태를유지시키는데중요한역할을하기때문에인간은물론지상의모든생태계에서없어서는안될가장중요한지구환경의하나이다. 그러나 1970 년대후반부터인간활동에의하여오존층이감퇴하기시작하자과학자들은물론일반인들에게까지지구오존층변화에큰관심을갖게되었다. 한반도상공의오존층감시는남극오존홀의발견 1 년전인 1984 년 5 월부터연세대학교과학관옥상에있는월봉 ( 月峰 ) 오존관측소에서 Dobson 오존분광광도계 (Beck No.124) 로매일오존관측으로이루어지고있다. 그리고 1999 년부터는오존층의변화에의한지표자외선의변화를함께알아보기위하여 Brewer 분광광도계 (SCI-TEC, No.148) 로파장별자외선복사량과오존량을동시에관측하고있다. 이오존관측소는세계기상기구지구대기감시 (WMO/ GAW) 의전구오존관측시스템 (GO3OS) 관측소의하나 (No.252, o N, o E) 로오존관측자료를주기적으로세계오존및자외선자료센터 (World Ozone and Ultraviolet Data Center, WOUDC) 에전송하고있다. 또한, 2004 년부터기상청지구대기감시위탁관측소로지정되어운영중에있다. 이들관측자료를분석하여서울과한반도상공의과거오존층변화를밝힌바있다 ( 조희구등, 1989; 조희구와이재원, 1990; 조희구등, 1994; Cho et al., 1996; Kim et al., 1997; Kim et al., 1998; Cho et al., 2003; 김준등, 2005). 이들변화의특징을발표한지약 5~10 년이지났으므로, 이번연구에서는첫째목적으로 2009 년까지의관측자료로한반도상공의오존층변화의시공간적특징을새롭게밝히고자한다. 그리고전구오존층의변화를알아보기위하여일찍이과학자들은 1964 년부터 2000 년까지의자료를사용하여그분석결과를발표한바있다 ( 예 ; Bojkov and Fioletov, 1995; WMO, 1999; Fioletov et al., 2002; Newchurch et al., 2003; JMA, 2010; WMO, 2010). 이들연구결과는오존홀이나타나기전 (1980 년 ) 의전구평균오존전량을그이후와비교하여, 1990 년대초까지뚜렷하게감소를보인후 2000 년까지는감소경향이둔화되었다는내용이었다. 이연구의둘째목적은 1979 년부터 2009 년까지관측한전구오존자료를사용하여기존연구결과에추가하여지구오존층의시공간적변화특징을새롭게밝히는데있다. 이연구를위하여한반도의오존자료는서울의 Dobson 분광광도계와포항의 Brewer 분광광도계에의하여관측된월별값을사용하였다. 그리고이두지점외의한반도와전지구의자료는위성 [Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), Ozone Monitoring Instrument (OMI)] 에서관측된월별값을사용하였다. 이연구결과는과거와최근의한반도상공과전지구오존층의변화를비교하여볼수있는최신 (update) 의연구가될것이다. 2. 전지구오존층 전구오존전량의연평균분포는 TOMS (1979~1993.6; 1997~2004) 와 OMI (2005~2009) 의 Level 3 위성관측자료로분석하였다. 그리고그결과를 Fig. 1 에표시하였다. 위성관측자료는최근일본기상청에서행한전구위성자료처리및사용법 (JMA, 2010) 에주로의거하여사용하였다. TOMS 는 Nimbus 7 (1979~1993.6), Earth Probe (1997~2004) 의 2 개의위성자료를, OMI 는 Aura (2005~2009) 위성자료를사용하였다. TOMS 자료의경우, Earth Probe 위성에사용되고있는 Version (Ver.) 8 의처리방법으로 Nimbus 7 의자료에도이용하였다. 그리고 Earth Probe 위성의 TOMS 자료는 2007 년 8 월에공개한수정판을이용하였다. Aura 위성의 OMI 자료는 2008 년 2 월에 Ver. 8 에서 Ver. 8.5 로변경이있었으나, 북위 30 도와북위 60 도의영역의지상관측자료와의비교결과, 그차이가커 2005~2007 년사이에는 Ver. 8 을그대로사용 한국기상학회대기제 21 권 4 호 (2011)

3 박상서 김준 조나영 이윤곤 조희구 351 Fig. 1. Global distribution of long-term average total ozone (1979~2009). 하였다. 그리고 2008 년이후는 JMA (2010) 의분석결과, Ver. 8.5 의값이이들지상관측값과 1~2% 작았으며, 2005 년 1 월부터 2007 년 11 월까지 OMI 위성의 Ver. 8 과의차이가전구적으로약 1~2% 의차이가나타났다 년이후에는 Ver. 8.5 의자료만존재하기때문에이연구에서는 2008 년이후, Ver. 8.5 의위성관측값에 1.5% 의값을증가보정하여사용하였다. 이번연구에서전구오존전량분포에대해서북위 70 o 와남위 70 o 이상의위도에서는위성관측의지속성문제로극외 ( 極外 ) 지역만을분석하였다 년부터 2009 년 까지극외전구연평균오존전량의분포를 Fig. 1 에나타내었다. 이그림과 Table 1 에서보는바와같이저위도에서적고남북양반구의중 - 고위도에서많이분포하고있다. 전구오존전량분포의최소값은 244 DU 로적도태평양지역, 최대값은 391 DU 로오호츠크해와캐나다동부지역에위치하고, 위도 50 o N~60 o N 지역에서비교적높게나타났다. Fig. 1 에서알수있는바와같이한반도를포함하는 30~50 o N 지역의중위도는오존전량의등치선이조밀하여남북간의위도차가전구에서비교적큰지역에속한다. Table 1 에서전구 (70 o N~70 o S) 의연평균오존전량을전기간 (1979~2009) 과 1992 년과 1993 년을기준으로전반과후반으로나누어기간별로나타내었다 년 7 월부터 1996 년까지는 TOMS 위성의결측으로, 결측외기간에대해서서울 Dobson 관측자료와전구 TOMS 자료의평균값들사이의상관관계식을통해재구성하였다. 이표에서알수있는바와같이전기간에대해서전지구의연평균오존전량은 298 DU 이고북반구는 307 DU, 남반구는 288 DU 로나타났다. 후반기 (1993~2009) 의평균오존전량은북반구의 304 DU 와남반구의 283 DU 는오존홀이나타나기전 (1964~1980) 북반구의 312 DU 와남반구의 300 DU (Bojkov and Fioletov, 1995) 와비교하면 2.6% 와 5.7% 가각각적은편이다. 그리고북반구의오존전량은남반구의오존전량보다전기간과전, 후반기에모두약 7% 가량더많은편이다. 이와같 Table 1. Annual averages, and maximum and minimum regions of total ozone over the global, northern hemisphere, southern hemisphere, and Korean peninsula. (unit : DU) (a) Annual Averages Maximum(Region) Minimum(Region) Global (70 o N~70 o S) (Okhotsk Sea) 50 o N~60 o N 244 (Equatorial Pacific Ocean) Northern Hemisphere (0~70 o N) (Okhotsk Sea) 50 o N~60 o N 251 (Equatorial Pacific Ocean) Southern Hemisphere (0~70 o S) (Antarctic Sea) 50 o S~60 o S 244 (Equatorial Pacific Ocean) Korean Peninsula (Unggi) 300 (Jeju) (b) Annual Averages Maximum(Region) Minimum(Region) Global (70 o N~70 o S) (Okhotsk Sea) 50 o N~60 o N 246 (Equatorial Pacific Ocean) Northern Hemisphere (0~70 o N) (Okhotsk Sea) 50 o N~60 o N 251 (Equatorial Pacific Ocean) Southern Hemisphere (0~70 o S) (Antarctic Sea) 50 o S~60 o S 246 (Equatorial Pacific Ocean) Korean Peninsula (Unggi) 304 (Jeju) (c) Annual Averages Maximum(Region) Minimum(Region) Global (70 o N~70 o S) (Okhotsk Sea) 50 o N~60 o N 242 (Equatorial Pacific Ocean) Northern Hemisphere (0~70 o N) (Okhotsk Sea) 50 o N~60 N 250 (Equatorial Pacific Ocean) Southern Hemisphere (0~70 o S) (Antarctic Sea) 50 o S~60 o S 242 (Equatorial Pacific Ocean) Korean Peninsula (Unggi) 296 (Jeju) Atmosphere, Vol. 21, No. 4. (2011)

4 352 한반도상공의오존층변화 1985~2009 이북반구의오존전량이남반구의오존전량보다많은이유는겨울에극지역과적도지역의온도차가북반구가남반구에비해서크기때문에, 적도상공에서광화학반응에의하여생성된오존량이보다강한북반구대기대순환에의하여북극으로더많은양이수송되기때문이다. 그리고오존전량은고위도로갈수록증가하고봄의오존량이다른계절에비해비교적많은이유도대기대순환으로설명할수있다 ( 예 ; London, 1985) 년부터 2009 년까지 31 년간연평균전구, 북반구와남반구오존전량의경년변화를 Fig. 2(a) 에각각나 Fig. 2. Long-term intervariations of (a) annual average total ozone and (b) relative difference from climatological values (1979~2009). 타내었다. 전구규모의오존변화는위성관측이시작된 1979 년이후부터 1990 년대초까지감소하는추세를보이며, 1993 년에는최소값을나타내고있다 년대중반이후부터는오존의변화가증가경향으로바뀌면서, 1998~2003 년에는 1980 년후반의수준까지도달하였다. 그러나 2000 년대중반이후에는감소경향을보이고있다. 그리고최근 4 년간 (2006~2009) 의전구평균오존전량 (290 DU) 은오존층이감퇴하기전 4 년간 (1979~1982) 의전구평균오존값 (307 DU) 보다약 6% 가적었다. WMO (2010) 는 2006~2009 년의평균값은 1964~ 1980 년의평균값보다위도 90 o S~90 o N 에서약 3.5% 가적었고, 2006~2009 년의중위도 (35~60 o ) 의평균값은 1996~2005 년의평균과비슷하나 1964~1980 년의평균값에비하면남반구는 6%, 북반구는 3.5% 가더적었다고발표한바있다. 이와같이오존층은아직도회복이더필요함을알수있다. 전구오존전량의장기변화경향을월오존전량의시계열에서계절변동, 준 2 년주기 (QBO), 태양활동 (SC) 의자연진동을제거한후다중선형회귀모형 ( 예 ; 김준등, 2005) 을사용하여분석하였다. 위성관측의결측이있었던 1993 년 7 월부터 1996 년 12 월까지는그값을비워분석하였다. 그결과를 Table 2 에표시하였다. 이표에서알수있는바와같이전구오존전량의변화경향은전반기 (1979~1992) 에는 2.6% decade -1 로감소하였으나, 후반기 (1993~2009) 에는 +1.0% decade -1 로증가하였다. 이와같은연구결과를통해일부학자들은지구오존층이회복기미를보인다고조심스럽게발표한바있다 (Fioletov et al., 2002; Newchurch et al., 2003; Weatherhead and Anderson, 2006). 이연구의후반기 (1993~2009) 에는같은증가경향을보였으나, 전기간 (1979~2009) 에대해서는아직도약 1.0% decade -1 로약간감소를보였다. WMO (1999) 는전반기에해당하는기간 (1979~1991) 의북반구중위도겨울 - 봄과여름 - 가을에서각각 4.0 과 1.8% decade -1, 그리고남반구중위도에서연평균 3.8% decade -1 가됨을발표한바있다. 그리고 Fioletov et al. (2002) 는지상관측자료로 1979~ 2000 년사이에북반구의중위도에서 2.3% decade -1 와남반구중위도에서 2.5% decade -1 가됨을발표하였다. 최근 IPCC (2007) 보고서에서도이와비슷한결과를발표한바있다. 이와같이이들변화경향은조건에따라차이가나타나는데, 자료의기간, 지역의범위그리고측정기기 ( 지상, 위성 ) 에따라다소차이가있게된다. Table 2. Long-term trends of total ozone over the global and both hemispheres. Period 1979 ~ ~ ~ 2009 Region Global North South Global North South Global North South Trend (% decade -1 ) 한국기상학회대기 제21권 4호 (2011)

5 박상서 김준 조나영 이윤곤 조희구 년과 1993 년의최대오존감소의원인은 Pinatubo 화산폭발 (1991 년 6 월 ) 로염소성분에의한오존감소와남북극겨울의강한극지역의빈번한극소용돌이 (polar vortex) 의발생으로오존수송이감소함에따라고위도오존이감소하였기때문이다 (Dhomse et al. 2006). 그후, 오존전량의최근증가또는감소완화는성층권 halogen 의증가가완화되어감소경향이서서히줄어들기때문으로보고있다. 그밖에오존장기변화의이유는 Brewer-Dobson 순환, annular modes, 태양활동, 준 2 년주기진동 (QBO) 등의역학적영향으로설명되고있다 ( 예 ; Staehelin et al., 2001; Harris et al., 2008). 상부성층권의오존변화는오존전량변화보다더크고오존수송등의역학적과정이화학적과정보다약하기때문에오존층의변화경향을조사하기위해서는염소성분등의오존파괴물질들의화학적진단이역학적진단보다더좋은방법으로보고있다 (Newchurch et al., 2003). 상부성층권오존은 1980 년대초부터 1990 년대중반까지 10~15% 가감소하였고그후는완화되고이연구에서확인한바와같이최근 10 년동안대체로오존전량의증가가나타나고있다. 이상부성층권에서장기오존변동은상부성층권의 halogen 이초기에많은증가와그후감소와잘일치하고있다. Fig. 2(b) 는전기간 (1979~ 2009) 의평균값과비교한증감을백분율로표시한것이다. 이그림에서 1979 년과 1980 년초를기준으로하였을때전지구의연평균오존전량은 Fig. 2 에서보는바와같이아직도감소하고있음을알수있다. 3. 한반도상공의오존층 3.1. 오존전량 Fig. 1 의전구오존전량의분포에서한반도영역만분리확대해서한반도오존전량의연평균분포를 Fig. 3 에나타내었다. 이그림에서보는바와같이오존전량은제주에서최소로 298 DU 그리고웅기에서최대로 352 DU 를나타나며고위도로갈수록오존전량은증가하여한반도는남북차가약 54 DU 로나타나남북경도가평균 6 DU degree -1 로전구에서가장심한편에속한다. 이는 1985~2000 년기간의기존분포와비교하였을때제주는 +4 DU, 웅기는 +6 DU 로전국적으로증가하였으나그분포의형태는과거기존분포와거의비슷하였다 (Cho et al., 2003). 한반도연평균오존전량은전기간 (1979~2009) 에연평균 329 DU, 전반기 (1979~1992) 에 334 DU, 그리고후반기 (1993~2009) 에 324 DU 로나타나, 전구오존전량 (Table 1) 에비하여각기간모두약 10~11% 가량많은편에속한다. 이와같이한반도의오존층광학두께는오존전량과비례하므로전지구의평균오존층광학두께보다두꺼운편에속한다. Fig. 3. Long-term annual average distribution of total ozone over the Korean Peninsula (1979~2009) 일일변화 1985 년부터 2009 년까지서울에서 Dobson 분광광도계로관측한일오존전량을시계열로 Fig. 4(a) 와같이나타내었다. 이그림에서알수있는바와같이매년규칙적인계절변화를나타내며, 최대극값은 2004 년 3 월 6 일의 499 DU 이며, 최소극값은 2004 년 7 월 29 일의 225 DU 로나타났다 (Table 4 참조 ). 이러한오존전량의단기일변화는주로종관기상장의일변화에의해서나타나고있으며, 계절변화는앞에서언급한바와같이대기대순환의영향을주로받고있다. Fig. 4(b) 는 Fig. 4(a) 의일일자료를근거로당일과바로전날짜의일오존전량차의변화율 ( 일일차변화율, 단위 : %) 을나타낸것이다. 이그림에서보는바와같이전날에대하여최대증가율은 38.4% 이고, 최소감소율은 30.3% 이었다. 이들증감율의평균값을월별과연평균으로 Table 3 에표시하였다. 이표에서알수있는바와같이일일차변화율은증가의변화가 3 월의 +7.5% 로가장높고, 반면에감소의변화는역시 3 월의 6.4% 로가장큰값을보였고이증감의변화율은겨울과봄에비교적높다. 전체적으로는증가율의변동폭은감소율의변동폭보다더높다. 그까닭은증가의경우전날의값이작고, 감소 Atmosphere, Vol. 21, No. 4. (2011)

6 354 한반도상공의오존층변화 1985~2009 의경우에전날의값이크기때문에전날에대한비율에전자는높고, 후자는낮게된다. 이들연평균변화율의절대값은평균 5.7% 로나타나, 이변화는과거 1985~ 2001 년까지의연평균 5.1% (Cho et al., 2003) 보다다소높아, 최근 (1985~2009) 일일변동이과거보다다소심하게나타났음을알수있다. Fig. 4. (a) Daily total ozone and (b) day to day variability at Seoul 연변화한반도에서는세계기상기구대기감시전구오존관측시스템 (WMO GAW Global Ozone Observing System) 이서울 ( 연세대학교, No.252) 과포항 ( 포항기상대, No.332) 두곳에있다. 서울에서는앞에서언급한바와같이 Dobson 분광광도계 (Beck No.124) 로, 포항에서는 Brewer 분광광도계 (SCI-TEC No.161) 로지상에서한반도상공의오존층을각각감시하고있다. 여기에서서울 (1985~ 2009) 과포항 (1994~2009) ( 기상청, 2010) 에서오존전량의평균연변화를 Fig. 5 와 Table 4 에나타내었다. 연평균오존전량은서울과포항에서각각 323 DU 와, 314 DU 로과거 (1985~2000) 평균값 ( 조희구등, 2003) 322 DU 와 313 DU 와거의같았으며, 월평균의최대는서울에서는 3 월에최대 359 DU, 포항은 4 월에최대 348 DU 로나타났다. 반면에월최소값은모두 10 월에나타났고서울에서 291 DU, 포항에서 284 DU 였다. 월평균오존량의변동폭은서울과포항에서모두 3 월에크게나타나고 8~10 월이비교적작다. 그리고서울의관측기록중 (1985~ 2009) 극대값은 2004 년 3 월 6 일에 499 DU, 극소값은 2004 년 7 월 29 일에 225 DU 였다. Table 3. Monthly averages in increasing and decreasing of the day to day change (%) at Seoul (1985~2009). Difference (%) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Annual Increase Decrease Table 4. Monthly averages of total ozone at (a) Seoul, and (b) Pohang. (unit: DU) Month Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Year Seoul (1985~2009) Average Stdev Max (Date) (03/4) (87/27) (04/6) (06/20) (05/11) (98/3) (02/15) (09/3) (09/12) (07/19) (99/26) (04/31) (4/Mar/6) Min (Date) (02/12,15) (99/25) (97/1) (02/5) (88/9) (90/23) (04/29) (04/1) (07/19) (07/12) (86/14) (03/1) (4/Jul/29) Pohang (1994~2009) Average Stdev 한국기상학회대기제 21 권 4 호 (2011)

7 박상서 김준 조나영 이윤곤 조희구 355 Fig. 5. Annual cycles of total ozone at (a) Seoul ( ) and (b) Pohang (1994~2009). -Shadow means standard deviation. Fig. 6. Inter-comparison of total ozone between TOMS/OMI and Dobson by using (a) daily and (b) monthly averaged data (2005~2009). 한반도중요 8 개지점의오존전량을구하기위하여 TOMS/OMI 위성자료를서울의 Dobson 관측자료와 Fig. 6 에비교하였다. 이처럼위성자료와지상관측자료에는차이가존재하기때문에이들결과를근거하여 6 개 지점의위성자료를지상 Dobson 값으로보정하였다. 단, 포항값은 Brewer 분광광도계에의하여관측한값 (1994~ 2009) 이다. Table 5 와 Fig. 7 에서 8 개지점에대한오존전량의월별기후값과연평균값을나타내었다. 이표 Table 5. Annual averages, maximum and minimum values of total ozone at 8 stations in Korea (1985~2009). Location Unggi (42.32 o N o E) Sinuiju (40.10 o N o E) Pyeon-yang (39.02 o N o E) Kang-nung (37.75 o N o E) *Seoul (37.57 o N o E) **Pohang (36.05 o N o E) Kwangju (35.15 o N o E) (unit: DU) Jeju (33.52 o N o E) Annual Avg Avg. Max. (Month) Avg. Min. (Month) 406 (Mar) 300 (Aug) 385 (Mar) 302 (Aug) 377 (Mar) 301 (Aug) 360 (Mar) 290 (Aug) 359 (Mar) 291 (Oct) 348 (Apr) 284 (Oct) *Dobson mesurements, **Brewer measurements(1994~2009) Satellite measurements (corrected) 338 (Apr) 283 (Oct) 324 (Apr) 273 (Nov) Atmosphere, Vol. 21, No. 4. (2011)

8 356 한반도상공의오존층변화 1985~2009 Fig. 7. Annual cycles of total ozone over the Korean Peninsula (1985~2009). 에서알수있는바와같이웅기에서 352 DU 로가장높고남쪽으로갈수록작아져제주에서최소인 298 DU 가나타났다. 월최대값은모두 3 월에나타났으나최소값은서울을포함하여북부는 8 월에, 포항과광주는 10 월에그리고제주는 11 월에각각나타났다. 그리고연교차는웅기에서 106 DU 로최대, 제주에서 51 DU 로최소로, 남쪽으로갈수록감소하고있다. 이와같이한반도에서오존전량의연변화진폭은위도가증가함에따라증가하였다 경년변화서울연평균오존전량의경년변화를 Fig. 8(a) 에나타내었다. 이그림에서연오존전량은 2005 년의 331 DU 가최대이고, 1988 년 313 DU 가최소로나타나고있다. 가장최근값인 2009 년의경우에는 329 DU 로역대 (1985~ 2009) 3 번째로많은연평균오존전량임을알수있다. 한반도의주요 8 개지점의오존전량의경년변화는 Fig. 8(b) 에서보는바와같이그증감의변화가모두매우비슷하게나타나고있다. 특히 1988 년, 1993 년, 2004 년그리고 2008 년의경우는비교적낮았으며, 1986 년, 2005 년과 2006 년은비교적높게나타나는경향이한반도전역에걸쳐서나타났다. 과거오존전량의장기변화경향을알기위하여 ( 김준등, 2005) 서울에서월별오존전량 (1985~2000) 의시계열에서계절효과만제거시킨회귀모형 (LRM(0)) 으로변화경향을분석결과, 그변화경향은 +0.77% decade -1 로나타난바있다 (Cho et al., 2003). 그후, 13 년간 (1992~2004) 의월별자료에서역시계절효과만제거시킨경우그변화경향은 +1.07% decade -1 이었다. 또한, 계절 (Seasonal), 준 2 년주기 (QBO), 태양활동 (SC) 의세자연진동을제거시킨회귀모형 (LRM(1)) 의변화경향은 Fig. 8. Interannual variations of total ozone at (a) Seoul, (b) and 8 stations in Korea % decade -1 로나타났다. Table 6 은한반도상공오존층의변화경향을최근자료를추가하여분석한결과이다. 서울의경우, 계절효과만제거한변화경향 (LRM(0)) 은 +1.36% decade -1 이고, 세자연진동효과를제거시킨경우 (LRM(1)) 는 +1.16% decade -1 로나타났다. 이와같이최근오존층의변화경향은과거보다더강한증가경향을나타내고있으며, LRM(0) 와 LRM(1) 의변화경향에서 QBO 와 SC 등의자연진동은오존전량의증가경향을일정부분완화시키는효과를나타내었다. 이와같이 1985~2009 년동안대체로한반도오존층은서서히회복되고알수있으며, 그회복경향은남부가북부보다더강하게나타났다. 그러나최근 13 년 (1997~ 2009) 간은한반도중부에서는약한양의경향을, 북부와남부에서는약한음의경향이나타내고있다 한반도와일본상공의오존층변화비교한반도와인접한일본상공의오존전량의연변화와경년변화를비교하기위하여서울과삿포로 (Sapporo, 43 o 04'N, 140 o 20'E), 쓰꾸바 (Tsukuba, 36 o 03'N, 140 o 08'E), 나하 (Naha, 26 o 12'N, 127 o 41'E) 의 Dobson 관측값 (JMA, 한국기상학회대기제 21 권 4 호 (2011)

9 박상서 김준 조나영 이윤곤 조희구 357 Table 6. Long-term trends of total ozone at 8 stations in Korea. (unit : % decade -1 ) Location Unggi (42.32 o N o E) Sinuiju (40.10 o N o E) Pyeon-yang (39.02 o N o E) Kang-nung (37.75 o N o E) Seoul (37.57 o N o E) Pohang (36.05 o N o E) Kwangju (35.15 o N o E) Jeju (33.52 o N o E) LRM(0) LRM(1) LRM(0) LRM(1) *LRM(0) : Deseasonal Regression, LRM(1) : Regreesion Model removed by natural oscillations of Seasonal, QBO and Solar Cycle. 2010) 을함께분석하였다. 일본은 3 개의관측지역에대해서 1985 년이전부터관측이시작되어왔으나서울과의비교를위해 1985 년부터 2009 년까지의각월평균오존전량의연변화를 Fig. 9(a) 에나타냈다. 나하를제외한 3 개지점의연변화경향은거의같으나고위도로갈수록연변화의진폭이증가함을알수있다. 그리고연변화는봄철에서그차이가크게나타나고있다 년부터 2009 년까지 25 년간의연평균값은삿포로, 서울, 쓰꾸바, 그리고나하의순으로 351, 323, 309, 265DU 로각각나타나저위도로갈수록오존전량의연평균값이감소하고있음을알수있다. 그리고월평균오존전량의최대값은 4 개지점모두봄철에나타나고있으며, 북쪽에서남쪽으로갈수록그최대값의발생시기가늦어지고있다. 같은기간오존전량의경년변화를 Fig. 9(b) 에나타내었다. 이그림에서보는바와같이 1991 년필리핀 Pinatubo 화산폭발의영향으로 1993 년도값 (314 DU) 이제일낮고, 1997 년 (322 DU) 과최근 5 년사이 (2004~ 2008) 에 319~325 DU 로비교적낮은편이며그들의경년변화의높고낮음은나하를제외하고서울과거의비슷함을알수있다 연직오존분포서울월봉오존관측소에서는 1986 년부터 Dobson 분광광도계로오존전량과함께 Umkehr 방법에의해관측이가능한날씨에한하여오존연직분포를관측하고있다 ( 조희구, 이재원, 1990). Table 7 에서 1986~2009 년까지의층별월평균오존량의기후값 (1986~2009) 과오존전량에대한비율 (%) 과변화경향을나타내었다. 이표에서알수있는바와같이오존층이주로형성되는성층권의 19~28 km (Umkehr 4, 5 번층 ) 고도에서의오존량은 DU 로전체오존량의 44.0% 를차지하고있다. 그리고대류권오존량 (1 번층, 0~10 km) 은오존전량의 9.7% 를함유하고있음 Fig. 9. (a) Annual cycles and (b) interannual variations of total ozone in Korea and Japan. 을알수있다. 그리고성층권계면 (50 km 고도 ) 이상은오존이거의존재하지않는다. Fig. 10 에서오존연직기후값 (1986~2009 년 ) 의월별고도분포를표시하였다. 이그림에서보는바와같이 Atmosphere, Vol. 21, No. 4. (2011)

10 358 한반도상공의오존층변화 1985~2009 Table 7. Annual averages and trends of ozone amount for Umkehr layers over Seoul (1986~2009). Ozone amount in Umkehr layers [DU] Layers (Height, km) Average 1 (0~10) 2 (11~15) 3 (15~19) 4 (19~24) 5 (24~28) 6 (28~33) 7 (33~38) 8 (38~43) 9 (43~48) 10 (48~) Total Ozone [DU] (%) (9.7) (7.8) (14.3) (23.7) (20.3) (13.2) (6.8) (2.8) (1.0) (0.4) (100.0) Trend (% decade -1 ) Fig. 10. Monthly cross section of average vertical distribution of ozone measured by Umkehr method over Seoul (1986~2009). 12 월부터 4 월까지 20~27 km 층에서 16 DU/km 의최대오존농도를보이고있다. 대류권에서중부성층권까지는오존의계절변화가뚜렷하나상부성층권은계절변동이뚜렷하지않다. Table 7 에서울의 1986~2009 년사이의각층별오존량을사용하여오존의장기변화경향을분석하였다. 대류권에서하부성층권 (0~24 km) 까지오존량은 1.8~5.1% decade -1 의증가경향을나타나고있으나, 중부성층권 (24~38 km) 에서는 0.3~ 4.9% decade -1 의감소경향을, 상부성층권에서는 1.5~3.4% decade -1 의증가경향을보였다. 이들결과는과거의연구결과 ( 조희구등, 2003; 김준등, 2005) 와유사하게나타났다. 4. 결론및요약 서울에서 Dobson 분광광도계로 1985 년부터 2009 년까지매일관측한오존량을기초로위성관측자료와함께한반도상공의오존층의시공간적변화특성을분석하였다. 그리고장기간의위성관측자료 (1979~2009) 를사용하여전구오존분포와변동성을밝혔다. 극외지역 (70 o N~70 o S) 에대해서전구의오존전량은연평균 (1979~ 2009) 298 DU 이고, 북반구 (0~70 o N) 는 307 DU, 남반구 (0~70 o S) 는 288 DU 로나타났다. 전체적으로오존전량은저위도에서적고남북양반구의중, 고위도에서많은분포를하고있다. 나아가서오존전량은오호츠크해부근에서전구중에서제일많고 (391 DU), 적도태평양지역에서제일적은분포 (244 DU) 를하고있다. 전지구의오존전량의변화는과거 1979~1993 년사이에는 2.59% decade -1 로뚜렷한감소경향을보이고, 1993 년에최저를나타내고 1998~2003 년경에는 1980 년대수준까지증가한후다시감소하였다. 최근 (2006~2009) 평균오존전량은 1980 년경 (1979~1982) 평균보다 6% 가감소하였다. 전지구의오존전량변화경향은전기간 (1979~2009) 사이에 0.93% decade -1 로감소하였으나, 최근 1993~ 2009 년사이에는 0.95% decade -1 의증가경향을나타냈다. 이와같이이연구에서도전지구의오존층은 1993 년경이후에회복기미를확인할수있었다. 한반도상공의연평균오존전량은제주의 296 DU 로부터고위도로감에따라증가하여웅기의 357 DU 로한반도전지역에대하여연평균오존전량은 329 DU 로전지구의평균값에비해많은편에속한다. 그리고한반도는그오존분포의남북경도가 6 DU degree -1 로비교적큰지역에속한다. 서울 (1985~2009) 의연평균오존전량은 323 DU 로과거 (1985~2000) 의평균값 (322 DU) 과거의같고, 극대와극소는각각 499 DU 와 225 DU 가기록되었다. 일일차변화율은증가의경우가최대 38.4%, 감소의경우최대 30.3% 로각각나타났으며, 전기간의평균으로는증가와감소가각각 5.7% 와 5.2% 로예상한바와같이전날에비해증가한경우가감소한경우보다그변화율이크게나타났다. 한반도 8 개지점 ( 제주 ~ 웅기 ) 에서오존전량의장기변화경향은제주가 1.11% decade -1, 웅기가 0.56% decade -1 로고위도로가면서그증가경향이감소하였다. 이경향은일본 3 개지점 (Sapporo, Tsukuba, Naha) 에서거의비슷한결과가나타났다. 서울의오존연직분포는 19~28 km 층에서오존전량의 44%, 대류권 (0~10 km) 에서 9.7% 를각각함유하고있다. 그리고대류권에서하부성층권 (0~24 km) 까지층별오존량의장기경향은 1.8~ 5.1% decade -1 의증가경향이나타났으나, 중부성층권 (24~38 km) 에서는 0.3~ 4.9% decade -1 의감소경향을, 한국기상학회대기제 21 권 4 호 (2011)

11 박상서 김준 조나영 이윤곤 조희구 359 상부성층권 (39 km 이상 ) 에서는 1.5~3.4% decade -1 의증가경향을나타냈다. 감사의글 이연구는기상청기상지진기술개발사업 (Grant No ) 및 BK21 과제로수행되었습니다. 그리고기상청지구대기위탁관측소로서재정적지원에감사하며, 매일오존관측에참여한연세대학교대기복사연구실관계연구원에게도감사드립니다. 참고문헌 기상청, 2010: 2009 지구대기감시보고서, 기상청, 213 p. 김준, 조희구, 이윤곤, 오성남, 백선균, 2005: 서울상공의최신성층권오존변화경향, 대기, 15(2), 조희구, 이승만, 최치영, 1989: 서울의오존전량변동, 한국기상학회지, 25(1), 조희구, 이재원, 1990: 반전관측에의한서울의연직오존분포, 한국기상학회지, 26(4), 조희구, 김해경, 이규태, 1994: 서울의오존전량변동과경향, 한국기상학회지, 30(2), 조희구, 백선균, 김준, 오성남, 2003: 서울상공의근인위적오존층변화경향, 대기, 13(1), Bojkov, R. D., and V. E. Fioletov, 1995: Estimating the global ozone characteristics during the last 30 years, J. Geophys. Res., 100(D8), Cho, H. K., J. Kim, and S. -R Chung, 1996: Stratospheric Ozone Observations in Korea, Korean Journal of Geophysical Research, IUGG, 24(1), Cho, H. K., J. Kim, S. N. Oh, S. -K. Kim, S. -K. Baek, and Y. G. Lee, 2003 : A climatology of stratospheric ozone over Korea, Kor. J. Atmos. Sci., 6(2), Dhomse, S., M. Weber, I. Wohltmann, M. Rex, J. P. Burrows, 2006 : On the possible causes of recent increases in northern hemispheric total ozone from a statistical analysis of satellite data from 1979 to 2003, Atmos. Chem. Phys., 6(5), Fioletov, V. E., G. E. Bodeker, A. J. Miller, R. D. Mc Peters, and R. Stolarski, 2002: Global and zonal total ozone variations estimated from ground-based and satellite measurements: , J. Geophys. Res., 107(D22), doi: /2001jd Harris, N. R. P., E. Kyro, J. Staehelin, D. Brunner, S. -B. Andersen, S. Godin-Beekmann, S. Dhomse, P. Hadjinicolaou, G. Hansen, I. Isaksen, A. Jrrar, A. Karpetchko, R. Kivi, B. Knudsen, P. Krizan, J. Lastovicka, J. Maeder, Y. Orsolini, J. A. Pyle, M. Rex, K. Vanicek, M. Weber, I. Wohltmann, P. Zanis, and C. Zerefos, 2008 : Ozone trends at northern mid- and high latitudes - a European perspective, Ann. Geophys., 26, IPCC, 2007 : IPCC s Fourth Assessment Report, Climate Change 2007-The Physical Science Basis ; 기상청번역판, 1101 p. Japan Meteorological Agency (JMA), 2010: Annual Report of Ozone layer Monitoring: 2009, JMA, (and website ozone_monthave_sap.html). Kim, J., C. -J. Park, K. -Y. Lee, D. H. Lee, H. -K. Cho, Y. -O. Kim, G. R. Cho, and J. H. Park, 1997: Rocket soundings of ozone profiles in the stratosphere over the Korean Peninsula, J. Geophys. Res., 102(D13), Kim, J., S. J. lee, H. -K. Cho, B. K. Park, J. D. Lee, H. -D. Choi, and G. R. Cho, 1998: Rocket measurement of middle atmospheric ozone concentration profile by KSR-II, J. Astro. Space Sci., 15(2), Newchurch, M. J., E. Yang, D. M. Cunnold, G. C. Reinsel, J. M. Zawodny, and J. M. Russell III, 2003: Evidence for slowdown in stratospheric ozone loss : First stage of ozone recovery, J. Geophys. Res., 108(D16), doi: /2003jd London, J., 1985 : The observed distribution of atmospheric ozone and its variations, Ozone in the free atmosphere, Edited by R. C. Whitten and S. S. Prasad, pp11-80, Van Nostrand Reinhold Co. Staehelin, J., N. R. P. Harris, C. Appenzeller, and J. Eberhard, 2001: Ozone Trends : A Review, Reviews of Geophysics, 39(2), Weatherhead E. C., and S. B. Andersen, 2006: The search for signs of recovery of ozone layer, Nature, 441, World Meteorological Organization (WMO), 1999: Scientific Assessment of Ozone Depletion-1998, Rep. 44, Global Ozone Research and Monitoring Project, Geneva. World Meteorological Organization (WMO), 2010: Scientific Assessment of Ozone Depletion-2010, Rep. 47, Global Ozone Research and Monitoring Project, Geneva. Atmosphere, Vol. 21, No. 4. (2011)