Climate Change Research( 한국기후변화학회지 ) Vol. 2, No. 4, 2011, pp. 237~251 237 한반도기후변화의추세와원인고찰 A Review of Recent Climate Trends and Causes over the Korean Peninsula 안순일 *, 하경자 ** 서경환 ** 예상욱 *** 민승기 **** 허창회 ***** An, Soon-Il*,, Ha, Kyung-Ja**, Seo, Kyong-Hwan**, Yeh, Sang-Wook***, Min, Seung-Ki**** and Ho, Chang-Hoi***** * 연세대학교, 대기과학과, ** 부산대학교, 대기환경과학과, *** 한양대학교, 해양환경과학과, **** 캐나다환경청기후연구부, 토론토, 캐나다, ***** 서울대학교, 지구환경과학부 *Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University, Seoul, Korea, **Department of Atmospheric Sciences, Pusan National University, Busan, Korea, ***Department of Environmental Marine Scirences, Hanyang University, Ansan, Korea ****Climate Research Division, Environment Canada, Toronto, Canada *****School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul, Korea 요지이연구에서는한반도에서나타난기후변화추세를요약하고그원인을평가하였다. 인간활동에기인한기후변화는한반도지역에상대적으로빠른변화를유도하였다. 지난 10년간한반도지역의이산화탄소농도는전지구평균보다빠르게상승했으며, 평균기온역시지구평균기온보다크게증가하였다. 또한, 혹한기온발생은감소하고, 혹서기온발생은증가하여평균기온의상승을유도하였고, 지표면녹지화 (greenness) 역시상대적으로빠르게진행되었다. 한편, 한반도의 1990년이후의여름철평균강수는그이전에비해 15 % 정도증가하였다. 이는 8월강수량의증가에기인한것이며, 장마기간동안의평균강수량은오히려약 5 % 감소하였다. 집중호우의경우 1970년대후반을기점으로증가하는양상을보이고있으며, 남부지역을중심으로강수가없던날의지속일수역시다소증가하여, 강수의지속성은약해지고집중성이점차증가하고있는것으로파악되었다. 또한, 강한태풍의발생빈도가다소증가하고있으며, 최근 10년동안에는한반도남동쪽으로상륙하는태풍의수가증가추세를보이고있다. 한편, 도시화효과에의한기온증가는 1950년대이후뚜렷한증가추세를보이고있는데, 한반도평균기온증가의약 28% 가도시화효과에의한것이라할수있다. 엘니뇨해의한반도겨울철평균기온은대체로평년보다높았으며, 여름철평균기온은평년보다낮았다. 여름철강수의경우엘니뇨해에증가하는경향이뚜렷하게나타났다. 최근 Corresponding author : E-mail: sian@yonsei.ac.kr 접수일자 : 2011. 10. 10 / 수정일자 : 2011. 12. 12 / 채택일자 : 2011. 12. 14
238 안순일 하경자 서경환 예상욱 민승기 허창회 들어발생빈도가증가하기시작한중태평양엘니뇨의발달시기에는한반도에온난한여름 가을을유도하는것으로보고되었다. 기후변화탐지와원인규명은미래기후변화전망의신뢰성을높이는데필수적인요건으로, 앞으로보다포괄적인연구가요구된다. 키워드 : 한반도기후변화, 이산화탄소증가, 기후변화탐지, 동아시아몬순, 엘니뇨, 태풍, 계절내진동, 도시화효과 ABSTRACT This study presents a review on the recent climate change over the Korean peninsula, which has experienced a significant change due to the human-induced global warming more strongly than other regions. The recent measurement of carbon dioxide concentrations over the Korean peninsula shows a faster rise than the global average, and the increasing trend in surface temperature over this region is much larger than the global mean trend. Recent observational studies reporting the weakened cold extremes and intensified warm extremes over the region support consistently the increase of mean temperature. Surface vegetation greenness in spring has also progressed relatively more quickly. Summer precipitation over the Korean peninsula has increased by about 15% since 1990 compared to the previous period. This was mainly due to an increase in August. On the other hand, a slight decrease in the precipitation (about 5%) during Changma period (rainy season of the East Asian summer monsoon), was observed. The heavy rainfall amounts exhibit an increasing trend particularly since the late 1970s, and a consecutive dry-day has also increased primarily over the southern area. This indicates that the duration of precipitation events has shortened, while their intensity became stronger. During the past decades, there have been more stronger typhoons affecting the Korean peninsula with landing more preferentially over the southeastern area. Meanwhile, the urbanization effect is likely to contribute to the rapid warming, explaining about 28% of total temperature increase during the past 55 years. The impact of El Nino on seasonal climate over the Korean peninsula has been well established - winter [summer] temperatures was generally higher [lower] than normal, and summer rainfall tends to increase during El-Nino years. It is suggested that more frequent occurrence of the 'central-pacific El-Nino' during recent decades may have induced warmer summer and fall over the Korean peninsula. In short, detection and attribution studies provided fundamental information that needed to construct more reliable projections of future climate changes, and therefore more comprehensive researches are required for better understanding of past climate variations. Key words : Climate Change over the Korean Peninsula, CO 2 Increase, Climate Change Detection, East Asia Monsoon, El Nino, Typhoon, Intraseasonal Oscillation, Urbanization Effect 1. 서론 지난 19 세기후반부터현재까지기록된지구 평균기온의상승속도는과거어떤시기에서도 찾아보기힘든기록적인것이다. 이러한변화의 원인을규명하기위한노력의일환으로기후변
한반도기후변화의추세와원인고찰 239 화에관한정부간협의체 (Intergovernmental Penal on Climate Change) 에서는기후변화평가보고서를작성하고있으며, 지난 2007년에발행된 4차보고서에서는산업혁명이후나타난급격한지구온난화는인간활동에의한온실가스증가가주요원인임을시사했다 (IPCC, 2007; Hegerl et al., 2007). 이러한결론은최근까지축적된관측과기후모형실험결과를토대로최적지문법과베이즈방법등과같은통계적방법을이용하여얻어낸것이다. 1906년부터 2005년까지관측된기온을살펴보면, 전세계적으로산업화가시작된 20세가중반부터지구지표면온도는평균 0.7 증가하였고육지기온은평균 0.9 증가하였다. 또한, 해수면온도역시지난 95년간 0.6 증가하여상승하는경향을보이고있다 (IPCC, 2007). 몬순지역인아시아의온도상승 ( 약 1.1 ) 은전지구대륙중에가장급한기온상승을보였다. 특히한반도기후의변화는다른지역보다그변화의폭이상대적으로크게기록되고있는데, 이는한반도가동아시아몬순지역에속하면서대륙과해양의경계에위치하여여러지역기후변화의영향권에놓이기때문이다. 동아시아몬순의변화뿐만아니라열대지역의계절내변동인메든줄리안진동과경년변동인엘니뇨, 북극지역의극진동등은한반도계절강수 기온변화와극한날씨현상에영향을미치고있다. 이와더불어도시의발달은온난화를가중시키는역할을하고있다. 여기서는기후변화탐지와원인규명을위한방법론을소개하고, 특히한반도에서관측된여러기후치의변화경향에대한연구논문들은총괄요약했으며, 이에대한몬순과엘니뇨의영향을진단하고, 끝으로도시화효과를정량적으로평가하였다. 2. 기후변화탐지방법론의평가본절에서는기후변화탐지와원인규명의개 념을살펴보고일반적으로이용되는통계적인기법들을소개하였다. 또한, 탐지와원인규명과정에필요한요소들과그와연관된불확실성의요인및극복방안을짚어보고, 동아시아및한반도와같은작은공간규모에적용할수있는연구의방향과필요성을제시하였다. 기후변화탐지 (detection) 란어떤기간에걸쳐관측된기후변화가있을때그변화의크기나정도가지구기후시스템내에서자연적으로발생할수있는수준인지아니면그를벗어나는지를확인하는과정을말한다. 원인규명 (attribution) 은탐지된기후변화의원인을찾아내는과정으로정의되며, 다시말해기후시스템의외부에있는어떠한요인들이기후에통계적으로유의한영향을주었는지를분석하는과정이다 (Hegerl et al., 2007). 기후변화를일으키는대표적인외부강제력으로는온실가스와에어로졸증가등의인위적인요인과태양및화산활동의변화등의자연적인요인을들수있다. 탐지와원인규명을위해서는평가하고자하는변수에대한관측값, 외부강제력에대한모델실험자료, 그리고내부변동성의범위가필요하다. 수십또는수백년의변동성을갖는대기해양시스템의자연변동성을고려할때, 관측자료는시공간적으로매우제한적이며, 따라서기후모델실험을통하여 ( 외부강제력없이대기와해양이상호작용을하며만들어내는 ) 자연변동성의범위를추정하게된다. 이를관측자료와비교함으로써 탐지 분석을하게되며, 또한원하는외부강제력을모델에입력하고그반응결과를관측패턴과비교함으로써 원인규명 분석을수행한다. 이러한관측과모델패턴의비교는통계적기법들을통하여정량적으로평가되며, 이를위해최적지문법 (optimal fingerprinting) 과베이즈방법 (Bayesian methods of inference) 이주로이용되어왔다 (Hegerl et al., 2007). 최적지문법은다중선형회귀를기반으로하여관측패턴과모델패턴의관계를구하는방법이
240 안순일 하경자 서경환 예상욱 민승기 허창회 며 (Allen and Stott, 2003), 베이즈방법은관측에대한모델지문의가능도를직접추정하고이를여러외부강제력간에비교하여관측을가장잘설명하는기후변화요인을판단하는기법이다 (Min et al., 2004; Schnurr and Hasselmann, 2005). 두기법은상대적인장단점을갖는데, 최적지문법은다양한강제력의영향을분리할수있게해주며, 베이즈방법은확률적접근을통해보다포괄적인정보를제공한다. 두기법모두 최적화 (optimization) 과정을포함하고있는데, 이를통해시그널대노이즈비를최대로증가시켜효과적인탐지가가능하게해준다. 이기법들은전구및대륙규모의지표기온분석에다양하게적용되어기후변화에관한정부간협의체가지난 4차평가보고서를통해 20세기후반의급격한지구온난화가인간활동 ( 온실가스증가 ) 에의한것이라고결론을내리는데중요한기여를하였다 (IPCC, 2007; Hegerl et al., 2007). 탐지와원인규명에서주의할점으로모든외부강제력을고려하는것은불가능하기때문에몇가지중요하다고판단되는강제력을적합하게선택해야한다 (Min et al., 2004). 또한, 모델이분석하고자하는변수의내부변동성을얼마나잘모의하는지를파악해야만잘못된탐지및원인규명결과를방지할수있다 (Allen and Tett, 1999). 관측오차, 모델오류, 내부변동성의영향등여러가지불확실성의영향을보다체계적으로고려하기위한방법들이개발되어왔으나, 여전히많은제약이따른다 (Hegerl et al., 2007). 특히보다효과적인기후변화영향및적응을위해서는작은지역에대한기후정보가필요한데, 이규모에서의기후변화탐지연구는아직까지극히제한적이다. 이는공간규모가작아질수록위에서언급한불확실성이더욱커지기때문이며, 또한지역적인강제력과그와연관된기후피드백의영향도중요한역할을하게된다. 현재이용되는전구기후모델의공간해상도는지역및국지규모의 기후현상을모의하고연관된변화반응을살펴보기에는매우부족하다. 이와연관되어가뭄, 홍수, 집중호우, 태풍등기후극한현상에대한연구와관측, 이론, 모델링모든부분에서제약을받고있다. 최근들어극한기후를다루기위한적합한통계기법들이개발되고, 이를모델결과와비교하는연구가시작되었다 ( 예를들어, Stott et al., 2004; Kharin et al., 2007). 앞으로동아시아를포함한한반도의지역에대한기후변화탐지및기후극한에대한활발한연구가요구된다. 3. 대기와지표의변화지구온난화를유도하는가장중요한원인의하나로알려져있는온실기체는대기중에오랫동안체류하고비교적잘혼합되며복사강제력은다른기후강제력에비해그크기와불확실성이작다. 1990년대이후우리나라에서는대기중온실기체 6종과반응가스인지표오존, 일산화탄소관측을통해대기조성의변화를감시하고있으며, 또한인간의활동에의한에어로졸관측도병행하고있다. 그러나지속적인관측기간이매우짧아한반도에서화학반응가스들의대기조성변화를논의하는것은매우어려운실정이다. 한반도배경대기의 CO 2 농도는지난 1999 2003년동안약 3 ppm yr 1 로증가하고있으며, 지난 10년간의전지구평균인 1.9 ppm yr 1 에비해상승속도가매우크다. 한반도의대표적배경대기관측지점인안면도에서지난 10년동안관측된월평균이산화탄소최댓값은 2008년 4월의 396.6 ppm으로나타났으며, 월별최대값과최소값의차이는평균 11.9 ppm으로나타났다. 지표부근에서대표적오염물질인오존의추세변화패턴은서울및수도권의인구변화패턴과밀접한관계를나타내면서 1992년서울시의인구가정점에도달한후감소추세를보이다가경기도와인천을포함한수도권의지속적인인구증가
한반도기후변화의추세와원인고찰 241 로인해서울지역의오존농도는다시현저한증가추세를보이고있다. 한반도에서의지난 9년간 (1999 2007년) CH 4 의증가율은약 2 ppb yr 1 이며, 한반도배경대기에서의다른온실가스인 N 2O와 CFCs의농도변화는전지구평균변화율과상당히유사한것으로나타났다. 19세기후반이래지구평균지표기온은 0.3 0.6 정도상승한데비해동아시아의평균기온의증가는지구평균보다크게증가하였으며, 한반도의평균기온 ( 약 1 4 ) 은동아시아평균보다높게증가한것으로추정되고있다. 한반도에서 1971년부터관측자료가존재하는전국 60개지점의 1973년부터 2008년까지시계열변화경향을살펴보면여름철대기기온의주요변수들 ( 평균, 평균최고기온, 평균최저기온 ) 모두증가하고있으며, 일최저기온 25 이상 ( 열대야의기준 ) 일수또한더빈번히발생하고있다. 1970 년대와 2000년대사이평균기온이가장많이상승한지역은수도권 ( 서울, 수원, 인천 ), 원주, 청주, 대전, 대구등이었으며, 경북남부및경남북부지방또한 30년간평균기온의증가가뚜렷하게나타났다. 특히한반도지역에서평균기온상승경향은최근 20년동안다른해들에비해매우급격하게증가한것으로나타났다 ( 예, Kim et al. 1999). 대기환경변화의중요한기후요소중하나가습도 (specific humidity) 이다. 습도는도시화와밀접한연관성이있는데, 지표피복변화가강우의빠른유출과식생에의한증발산량의감소를초래해대기중습도변화에직접적인영향을미치기도한다. 관측결과에의하면수도권 ( 서울, 수원 ) 지역에서지속적으로대기중상대습도가감소하고있음을확인할수있다. 한반도를포함한동아시아지역은전세계에서가장빠른경제성장을보이고있는지역중의하나로, 이에기인한지표면특성의변화는지역기후변동성과밀접한상관성을가지고있 다. 한반도에서식생의계절변동은전체적으로지중온도의계절변동패턴과매우유사하게나타나고있으며, 식생이기후변동에매우민감하게반응하는것으로나타났다. 위성관측결과, 한반도대부분의지역은낙엽활엽수림이뚜렷하며, 서해안지역에경작지가우세하다. 한반도지역은특히지표면의녹지화 (greenness) 가동아시아에서매우빠르게진행된지역의하나로확인되었으며, 식생변화로인한녹지화차이의변화가봄철및여름철기온의변동성에영향을미치는것으로분석되었다 (Jeong et al. 2009). 4. 몬순및매든- 줄리안진동 ( 계절내진동 ) 동아시아지역의평균기온상승 ( 약 1.1 ) 과더불어평균연강수량의과거 100년의변화경향은뚜렷한선형증가경향은보이지않고십년또는수십년주기로진동하는형태를보였다. 1948 1975년과 1976 2003년의평균여름철몬순강수량차이를살펴보면한국과중국의중부지역은증가하였지만, 대만및일본남서부, 중국산둥반도부터그북쪽연안은강수량이감소되었다 (IPCC, 2007). 실제한국의경우 6 8월여름철에관측된강수는년 21 mm의상승추세가나타났다. 해수면의상승도온난화와같은경향으로나타나고있다. 지난 2000년간안정적이었던해수면이 18세기에들어 2 cm, 19세기에는 6 cm 상승하였고, 20세기에는 19 cm까지상승하였다. 이는열팽창과빙하 빙모및극지방의빙상의융해에의한것이다. 동아시아몬순지역은 20 45 N과 110 140 E 지역으로중국동부, 한국, 일본그리고인접한바다를포함하고, 열대, 아열대, 중위도의기상및기후에모두영향을받기때문에발달과진행등의특징이매우복잡하다. 동아시아여름몬순의강수는중국에서는메이유, 한국에서는장마, 일본에서의바이우라불린다. 메이유는남북열경도가작지만남북수분의경도가큰반
242 안순일 하경자 서경환 예상욱 민승기 허창회 면바이우는중위도경압성전선과비슷하게남북온도와수분의경도가크게나타난다 ( 서경환등, 2011). 또한, 장마와바이우는주로남지나해또는그남쪽의해양으로습윤한공기이류에영향을많이받지만, 메이유는이것과더불어인도양으로부터의남서기류의영향또한큰특징이있다. 동아시아여름몬순의해마다의변동인경년변동은상당히크게나타나고있다. 특히양쯔강에서한반도남부지역에걸쳐일본남부지역까지어떤해는홍수가발생하고, 또다른해는가뭄이나타난다. 1979년에서 2005년동안몬순강수가증가추세가있음을알수있고, 1991년이전과비교하여그이후의기간에여름철몬순강수의변동이더심해졌다는것을알수있다 ( 기상청, 2011). 동아시아여름몬순또한인도몬순처럼준 2년주기의진동을보여주고있다. 동아시아여름몬순의경년변동의원인은복잡하다. 유라시아지역의적설분포면적은그지역의상층대기순환의변동에영향을미칠수있는중요한인자로지표를덮은눈은높은알베도, 작은거칠기길이, 낮은열적전도율을가지므로점진적으로그지역의날씨와기후변화에영향을미치게된다. 특히, 봄철유라시아서쪽 (20 85 E, 45 65 N) 눈덮이가평년보다많고, 동쪽 (85 140 E, 45 65 N) 에는평년보다작은경우, 우리나라여름철강수가증가하며, 반대의경우감소하는경향이있다 (Yim et al. 2010). 태평양서쪽인필리핀해의따뜻한해수면에서발달하는심층대류또한주요한경년변화의원인으로이곳의변동성에의해이른바동아시아 / 북태평양또는태평양-일본원격상관패턴을형성한다. 이것은또한몬순의시작시점에대한변동을야기한다. 우리나라남쪽해상에서한반도로북서진하는여름철계절내진동성분의활동성이큰경우장마의강도가강해지게되는데, 이는인도양에서만들어지는워커순환에의해 필리핀해의약화된심층대류에의한것으로분석되었다. 또한, 엘니뇨는동아시아몬순에직간접적으로많은영향을미치고있어몬순의경년변동의주요인중의하나이다. 약한몬순은겨울철엘니뇨와높은상관성을가지는것을알수있다. 한반도의 1990년이후 (1990 2005) 의여름철평균강수는그이전 (1973 1989) 의평균인 680 mm에비해 15 % 정도증가하였다. 반면, 이두기간동안한반도의장마기간인 6월말에서 7 월말까지의평균강수량은약 5 % 감소한것으로관측되고있다. 특히과거에는북서태평양고기압이한반도를지배하여무더위를가져오는 8 월의강수량변화가최근들어뚜렷하게나타났다. 실제 1990년이후 8월의강수량이그전에비해 30 % 증가하여 7월강수보다 40 50 mm 더많이내리고있다. 반면, 장마기간인 7월의평균강수량은그전후로크게차이가나지않는다. 한편, 2차우기는 10일정도일찍시작되어 8월초순에시작된다. 국립기상연구소의동아시아장기미래전망에의하면평년 (1971 2000년) 에비해 21세기말 (2071 2100년 ) 기온은 3 4 상승하고, 강수량은변동폭이매우커지며여름철강수량은 10 15 % 정도상승할것으로예측하고있다. 호우와가뭄의악기상발생가능성또한높아지는것으로전망하고있다. 우리나라여름철장마기간이 10일정도길어지는것으로모의하고있다. 여름에는해양에비해육지의기온상승폭이커짐에따라대륙-해양비열차로인한여름철몬순이더욱강화되는양상으로변할것이다. 또한, 온난화에따른저기압성대기순환, 증가된대기중수증기함량, 열적저기압의발달등도대기를더욱불안정하게하며, 이러한모든요소들도여름몬순을강화시키는데기여할것으로예상된다 ( 권원태, 2005). 반면, 겨울에는온난화에따라대륙- 해양비열차가작아지면서겨울몬순을약화시키
한반도기후변화의추세와원인고찰 243 는대기순환의변화가유도될것이다. 적도에서 30일에서 60일이내로진동하는강력한심층구름대인매든-줄리안진동은원격상관을통해중위도의기온, 바람, 강수에영향을미치고있는대기-해양접합현상이다. 예를들면, 매든-줄리안구름대가동진할때그중심위치에따라한반도및동아시아의대기의순환및강수가변동된다. 대기하층에서천층대류에의한수분과열아노말리가형성되어야하고이후심층대류및층운형강수과정이중요한역할을한다 (Seo and Wang, 2010). 또한, 태풍이나허리케인과같은열대저기압에대하여이진동은대기순환의배경장으로써작용하여열대저기압의발달과이동방향에영향을미친다. 또한, 적도에서강한심층구름의하부에서생기는강력한바람에의하여해수면에강제력을작용하여서태 평양에서동쪽으로전파하는해양속의장파인적도켈빈파를발생시켜엘니뇨의시작과성장소멸에큰영향을미치고있다. 특히, 매든-줄리안진동은아시아, 호주, 아메리카몬순시스템과상호작용을하며, 특히몬순 / 장마의시작과종결을결정하는가장중요한기후인자이므로수치모형에서이의향상된모의가필요한실정이다. 5. 엘니뇨와한반도기후엘니뇨해의한반도겨울철평균기온은대체로평년보다높았으며 ( 강인식, 1998), 여름철평균기온은평년보다낮았다 (Fig. 1). 한편, 봄철과가을철의경우에는다른계절과비교하여그영향이뚜렷하지않은것으로보고되고있다 ( 차은정등, 1999). 여름철강수의경우엘니뇨해에 Fig. 1. Histograms of (a) winter-mean and (b) summer-mean temperature. El Nino years are marked by E (reconstructed with the extended data from Kang, 1998).
244 안순일 하경자 서경환 예상욱 민승기 허창회 증가하는경향이뚜렷하게나타났다 (Kang and Jeong, 1996; 강인식, 1998; 차은정등, 1999). 여름철강수의증가는여름철기온의하강과직접적으로연관된다. 즉, 강수로인한일조량의감소와여름철한반도에위치한주요기단의영향등이기온의하강을유도한것으로사료된다. 한편, 라니냐해에는엘니뇨해와는반대의경향을보였다 ( 차은정등, 1999). 즉, 여름철강수가감소하여가뭄이발생할확률이높아진다 ( 변희룡등, 2001). 엘니뇨해의한반도여름철강수의감소는장마의변동과관련이있는데, 엘니뇨해에는장마기간이 1 2일정도길어지고, 라니냐해에는반대로 2 3일정도짧아지는것으로나타났다 ( 차은정등, 1999). 장마기간동안의총강수량역시엘니뇨해에는평년에비해 30 40 mm 정도증가하고, 라니냐해에는평년보다 30 40 mm 감소하는것으로분석되었다 ( 차은정등, 1999). 태풍의발생횟수는평년과비교하여엘니뇨또는라니냐해의증감이뚜렷하진않지만, 평균최대풍의경우, 엘니뇨해에발생하는태풍은다른해에비해강한경향이있고, 태풍의수명또한긴것으로보고되고있다 ( 강인식등, 1995). 한편, 태풍의주요발생지역이엘니뇨시기에는서태평양의북동쪽으로이동하고, 라니냐시기에는태풍의주요발생지역이서태평양의북서쪽에위치한다 (Wang et al., 2001). 이와유사한결과로엘니뇨해에는북위 10도근처지역에서, 라니냐해에는북위 20도근처지역에서태풍의발생빈도가증가하는경향을보였다 ( 강인식등, 1995). 한편, 최근연구에따르면동태평양에중심을둔전형적인엘니뇨 ( 동태평양엘니뇨 ) 의경우그발달시기인여름에서가을철에걸쳐서한반도의한랭한기후를, 소멸하는시기인이듬해봄철에는온난한기후를유도하는반면에, 중 서태평양에중심이위치한중태평양엘니뇨 (Central Pacific El Nino) 가발달하는여름과가을철에는 온난한기후가나타난다 (Kug et al., 2010). 이러한맥락으로볼때중태평양엘니뇨의증가는한반도의경년변동에있어서보다많은온난한여름-가을을맞게될것으로전망된다. 6. 극한날씨현상 6.1 온도의극한현상지구온난화에따른평균기온상승과함께한반도지역에서는혹한기온은감소하고, 혹서기온은크게증가하는형태가나타났다. 겨울철평균기온이 1985 1986년을기준으로 2.3 에서 1.0 로증가하였으며, 5.5 이하의극한기온의날수도 275일에서 123일로줄어들었다 (Ryoo et al., 2004). 이상저온현상의빈도수역시한반도전역에걸쳐감소하였고 ( 허인혜와이승호, 2006), 서리일수또한크게감소하였다 (Choi, 2004). 이상고온현상의경우여름철이상고온의출현빈도는물론 ( 허인혜와이승호, 2006), 여름철혹서일수및열대야현상도유의미한증가를보였다 (Choi, 2004). 특히이러한증가현상은서울, 인천, 부산등과같이인구가많은대도시에서더욱두드러지게나타났는데, 이는이산화탄소증가에따른전구기온의상승뿐만아니라도시지역열섬효과도극한날씨현상의변화에영향을미칠수있음을암시한다. 6.2 강수의극한현상한반도지역강수량분포의 95% 이상에해당하는집중호우가연강수량에서차지하는비율은통계적으로유의미한증가를보였고 (Choi, 2004), Fig. 2에서보는바와같이강수량의연중최대극값역시유의미하게증가하였다 ( 최의수와문일주, 2008). 특히이러한집중호우의증가는 1970 년대후반과 1997년을기점으로급격히증가하는양상을보였다 (Kim et al., 2006; Kim et al.,
한반도기후변화의추세와원인고찰 245 Fig. 2. The annual extreme values of daily precipitation observed over the Korean peninsula during 1951~2006. Linear trend is 230 mm / 56 yr. Heavy line is the 5 years running average and heavy dotted line is the linear regression ( 최일수등, 2008). 2009). 한편, 건조극한현상를보여주는무강수지 속일수는다소증가하고있는것으로보고되었는 데, 이는주로남부지역에서나타났다 (Choi, 2004). 6.3 태풍 지구온난화로인한해수면온도의상승은태 풍에에너지공급원역할을하게되어태풍활동의 변화를가져올수있는중요한원인이된다. 한 반도의경우태풍발생지역과상대적으로멀리 떨어져있어북서태평양전지역태풍발생수 변화보다는태풍진로변동에영향을많이받는 다. 1970 년대후반이후북태평양고기압의급격 한확장에따라동중국해로향하는태풍은감소 하고, 남중국해로향하는태풍이증가한것이밝 혀졌다 (Ho et al., 2004). 한국에상륙하는태풍 수는장기적증가혹은감소추세를보이지않았 다. 하지만최근 10 년동안에는한반도남동쪽으 로상륙하는태풍의수가증가하였고 (Choi and Kim, 2007), 1980 년대이후에는중국동쪽해안 을거치지않고바로한국으로상륙하는태풍의 수가증가한것으로보고된바있다 (Choi et al., 2009). 그런데, 한반도남동쪽으로상륙하는태풍이남서쪽에상륙하는태풍보다더강하다는결과로부터 ( 박두선등, 2008) 최근한반도태풍의강도및영향력의증가를유추할수있는데, 실제로상륙하는태풍의중심기압의경우유의미한감소추세를보여한반도에상륙하는태풍의강도가증가하고있음이밝혀진바있다 ( 최의수와문일주, 2008). 한편, 최근까지의관측결과에서는서태평양에서발생하는태풍빈도의변화가통계적으로유의미하게나타나진않았지만, 여러기후모형들은지구온난화환경에서서태평양의태풍발생빈도의감소를예측하고있다 (Sugi et al., 2002; McDonald et al., 2005; Oouchi et al., 2006; Bengtsson et al., 2007). 7. 도시화효과전지구평균기온의기후변화에서가장뚜렷한특징은최근기간동안의온난화율이점점더강해지며계절적으로는겨울철기온의상승, 일주기로보면야간의최저기온의증가로나타난다. 우리나라의기온에대한증가율의변화와특성을살펴보면서도시화의영향이어떠한영향을미치고있는가를살펴보았다. 우리나라의경우 1950년대이후도시화가급격하게진행된시기에평균기온의증가추세가뚜렷하게나타났다 ( 윤일희등, 1994; Chung and Yoon, 1999; Chung et al., 2004). 김경환등 (2000) 은 12개도시의 35년 (1954 1998년) 간기온자료분석을통하여평균기온의증가가약 0.5 1.4 의범위를가지며, 이기온증가중에서도시화효과는약 32 % 라고밝히고있다. 또한, 연도별인구자료와의비교분석을통하여 12개도시중에대구가가장높다고지적하고있다. 그러나이러한기온증가와도시화효과는도시의인문사회학적발전에기인되어시간에따라변화된다. 도시규모현상혹은도시화가지구온난화현상
246 안순일 하경자 서경환 예상욱 민승기 허창회 에서오차범위안에서불확실성의크기로작용하는지아니면영향을주는중요한과정의하나로이해해야하는가를판단하기위하여우리나라대도시의기온과주변비도시지역의기온이다양한방법으로비교되어도시화효과에의한기온상승을평가한연구들의결과를 Table 1에요약하였다. Table 1에서알수있듯이자료기간과자료 ( 일평균기온과최고, 최저기온 ) 에따라도시화효과가각각다르게나타나며, 대체적으로 10년평균으로보면 0.1 0.2 의도시화정도가나타 나나특별한사례기간에대해서는더큰경우도있다. 도시화는시계열분석, 주성분분석및인구밀도함수로도시화의정도를나타내는경우등다양한방법에의하여분석되고있다. 뿐만아니라시간적으로도시화의정도가다르기때문에어떤자료기간을사용하는가에따라차이가있을수있다. 2000년대이후최근기간동안에인구증가율에따른도시화정도를정량적 ( 김경환등, 2000) 으로구하여각대도시의도시화효과를살 Table 1. Summary of research articles on the urbanization effect. Mean, Max and Min indicate mean temperature, maximum temperature and minimum temperature, respectively. 논문기간및지역도시화정도 Kim et al. (2011) 이순환등 (2008) 55년 (1954년~2008년 ) 12개관측소 40년 (1960년~2000년 ) 대구 평균기온은 0.77 /55 yr 증가 평균기온은 0.5 /40 yr 증가 구교숙등 (2007) 32년 (1968년~1999년 ) 최고기온 (0.35 /32 yr), 서울, 부산, 대구, 인천 최저기온 (0.44 /32 yr) Oh et al.(2004) 30 년 (1973 년 ~2002 년 ) 서울, 부산, 대구, 대전, 광주 (0.44~0.86 )/30 yr 하경자등 (2004) 90년 (1909년~1998년 ) 도시화에따른가중증가율 : 서울, 대구, 부산, 목포 서울 (44.8 %), 대구 (31.8 %), 부산 (18.5 %) Choi et al.(2003) 32 년 (1968 년 ~1999 년 ) 19 개관측소 0.40 /32 yr 김경환등 (2000) 45년 (1954년 ~ 1998년 ) (0.02~0.63 )/35 yr 범위, 12개도시그룹 평균 0.32 /35 yr 김맹기등 (1999) 40 년 (1954 년 ~1993 년 ) 12 개관측소 0.40 /40 yr 정용승과윤마병 (1999) 24년 (1974년~1997년 ) 도시 (1.58 /24 yr), 10개관측소 비도시및해안 (0.58 /24 yr) 이명인과강인식 (1997) 20 년 (1973 년 ~1992 년 ) 11 개도시그룹 0.32 /20 yr
한반도기후변화의추세와원인고찰 247 펴보고장기적으로우리나라도시화가기후변화에어떠한영향을보이는가를분석하여 Table 2 에제시하였다. 우리나라의 5개도시들 ( 서울, 인천, 대구, 부산, 목포 ) 의종관관측자료를이용하여자료의초기 10년인 1950년대 (1954 1963 년 ) 와자료의마지막 10년인 2000년대 (1999 2008년 ) 의평균기온차이를분석한것이다. 도시와주변비교지역은 ( 서울, 양평 ), ( 인천, 강화 ), ( 대구, 영천 ), ( 부산, 거제 ), ( 목포, 해남 ) 으로그룹을만들었다. 그결과로, 평균기온의증가량은약 0.24 1.58 ( 평균 1.1 ) 의범위이며, 지점별로는대구에서 1.58 로가장높았고, 목포에서 0.24 로가장낮았다. 또한, 도시화효과에의한기온증가량은대구 0.56, 인천 0.51, 서울 0.48 의순으로높았고, 반면부산과목포는각각 0.16, 0.04 로낮게나타났다. 도시화효과에의한평균기온증가량은 0.35 였으며, 1998년도까지의도시화효과가평균기온증가에기여하는비율은 2000년대에인구가감소함에따라도시열섬효과증가율이완만해지거나줄어들어도시화효과도감소하였지만, 도시 5개지점에서평균 27.9 % 로한반도기온증가의 1/3 이하의정도를기여하고있다. 전체적으로대도시지역 ( 인구 100만이상의대도시 ) 의경우에전체한반도도시평균기온증가율보다강하다. 최저기온에서대도시기온증가율이전체지역기온평균증가율보다높고, 최고기온은 2000년대들어와증가율이주춤하나, 최저기온에서는계속증가경향이나타난다. 전반적인도시화효과를분석한결과, 한반도전반에걸쳐지구온난화경향은전세계의평균기온증가율에비하여뚜렷하며, 대도시의도시영향이제거되어도지구온난화경향은여전히강하게나타난다. 기온외의다른변수를통하여도시화영향을평가하는방법으로써열파, 열대야 ( 신임철등, 2007; Ha and Yun, 2011), 상대습도 (Um et al., 2007), 일기도변화분석, 도시화에따른토지이용도의변화등의분석도함께요구된다. 8. 결론및토의 19세기후반이후부터현재까지의기후변화는자연적인요인뿐만아니라인위적인요인이크게작용하였고, 특히급격한지구평균기온상승은주로인위적인온실가스증가에의해진행된것으로보고되고있다 (IPCC, 2007). 자연적인요인 Table 2. Total mean temperature change ( ), mean temperature change due to urbanization effect ( ), contribution ratio of to, and difference between and for each station during recent 55 years 지점 ( 대도시와그주변도시 ) ( ) ( ) / (%) - ( ) 서울-양평 1.4438 0.4808 33.30 0.96 인천-강화 1.4155 0.5102 36.04 0.91 대구-영천 1.5853 0.5614 35.41 1.02 부산-거재 0.8094 0.1584 19.56 0.65 목포-해남 0.2413 0.0363 15.05 0.20 평균 1.10 0.35 27.87 0.75
248 안순일 하경자 서경환 예상욱 민승기 허창회 은태양과화산활동의변화를들수있으며, 인위적인요인이란온실가스의증가, 먼지, 분진, 오염물질의방출, 도시화효과, 그리고산림의파괴와농지개발등에따른식생의변화등인위적으로기후의변화를유도하는모든요인을포함한다. 관측자료와기후모형실험결과의비교분석을통하여인위적그리고자연적요인에의한기후변화를탐지하고있으며, 통계적분석방법으로는최적지문법과베이즈방법등이널리사용되고있다. 현재까지는한반도와같은작은지역의기후변화중에서인위적으로유도된기후변화를정량적으로정확하게구분해내기는어렵기때문에, 본연구에서는이러한구분없이현재까지나타난기후변화자체에초점을맞추었다. 한반도지역은다른지역에비해상대적으로큰변화를보였다. 한반도에서관측된이산화탄소의농도는지난 10년간의전지구평균인 1.9 ppm yr 1 에비해상승속도가매우높게나타났으며, 한반도의평균기온역시지구평균기온보다크게증가한것으로추정되고있다. 또한, 혹한기온은감소하고, 혹서기온은증가하여한반도평균기온의상승을유도했다. 이상저온현상의빈도수역시한반도전역에걸쳐감소하였고, 서리일수또한크게감소하였다. 이와더불어한반도지역의지표면녹지화는동아시아중에서도매우빠르게진행된지역의하나로확인되었다. 한편, 한반도의 1990년이후의여름철평균강수는그이전에비해 15 % 정도증가하였다. 이는 8월강수량의뚜렷한증가에기인한것이며, 장마기간인 6월말에서 7월말까지의평균강수량은오히려약 5 % 감소한것으로관측되고있다. 집중호우의경우 1970년대후반과 1997년을기점으로급격히증가하는양상을보이고있으며, 남부지역을중심으로강수가없던날의지속일수역시다소증가하고있는것으로보고되고있다. 즉, 강수의양상이지속성은약해지고 집중성이점차커지고있는것이다. 온난화와더불어강한태풍의발생빈도가다소증가하고있으며, 최근 10년동안에는한반도남동쪽으로상륙하는태풍의수가증가한것으로보고되었다. 엘니뇨해의한반도겨울철평균기온은대체로평년보다높았으며, 여름철평균기온은평년보다낮았다. 여름철강수의경우엘니뇨해에증가하는경향이뚜렷하게나타났다. 최근들어발생빈도가증가하기시작한중태평양엘니뇨의발달시기에는한반도에온난한여름 가을을유도하는것으로보고되었다. 도시화효과에의한평균기온증가는우리나라의경우 1950년대이후뚜렷한증가추세가보이고있는데, 특히 12개도시의 35년 (1954 1998년 ) 간기온자료분석결과, 평균기온의증가가약 0.5 1.4 의범위를가지며, 이기온증가중에서도시화효과는약 28% 에해당한다. 그러나이러한도시화효과를제거한경우에도한반도에서의기온상승은여전히강하게나타나고있는것으로보고되고있다. 기후변화의탐지와원인규명은미래기후를전망하는데있어서필수적인요건이다. 지금까지의연구결과들은한반도지역에서발생한기후변화가지구평균에비해상대적으로강했음을보여주고있다. 이는한반도가대륙과해양의경계에면하면서동아시아몬순지역에속한다는지리적여건과, 급속한경제성장이유도한도시화효과가온난화를가중시킨결과라여겨진다. 그러나전지구기후변화에대한연구에비해한반도지역에서의기후변화를탐지하고, 그원인을규명한연구는부족한실정으로한반도기후변화에대한신뢰도를높이기위해서는보다많은연구가뒷받침되어야할것이다. 감사의글본연구는국립환경과학원 (Grant NO. 1600-16- 37-303-210-13) 의지원에의해수행되었습니다.
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