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Corresponding author : E-mail: [email protected]
접수일자: 2011. 1. 31 / 수정일자: 2011. 3. 12 / 채택일자: 2011. 3. 18
Vol. 2, No. 1, 2011, pp. 55～68온실가스 시나리오 RCP에 대한 새로운 기후변화 시나리오 개발 전략
Development Strategy for New Climate Change Scenarios based on RCP
백희정*,†․조천호*․권원태**․김성균***․조주영****․김영신*****
Baek, Hee-Jeong*,†, Cho, ChunHo*, Kwon, Won-Tae**, Kim, Seong-Kyoun***, Cho, Joo-Young**** and Kim, Yeongsin*****
*기상청 국립기상연구소 기후연구과, **기상청 국립기상연구소장,
***기상청 기후과학국 기후정책과, ****기상청 기후과학국장
*****기상청 기획조정관실 기획재정담당관,
*Climate Research Laboratory, National Institute of Meteorological Research, KMA, Korea
**National Institute of Meteorological Research, KMA, Korea
***Climate Pollcy Division, Climate Science Bureau, Korea Meteorological Administration, Korea
****Climate Science Bureau, Korea Meteorological Administration, Korea
*****Planning & Budget Officer, General for Planning & Coordination, KMA, Korea
요 지
1988년 설립 이후 기후변화 원인 등을 과학적으로 밝혀내고, 기후변화 문제 해결을 위한 조치를 전세계적으로 마련하고 있는 IPCC 주요 작업 중의 하나는 온실가스 배출 시나리오에 따른 잠재적 인 미래 기후변화 시나리오를 개발하고, 기후변화 대응 전략을 평가하는 것이다. IPCC 5차평가보고 서를 위하여 2007년 9월 기후변화 전문가 회의에서는 약 130여명의 관련 연구자와 사용자가 참석 한 가운데, 새로운 온실가스 농도 시나리오인 RCP가 확정되었고, 기후모델링(CM), 통합평가모델링 (IAM), 영향, 적응, 취약성(IAV) 커뮤니티에 의한 시나리오 개발 체계 및 개발 일정이 수립되었다.
이후 세계 CM 커뮤니티는 2008년 9월 전문가회의를 통하여 IPCC AR5를 위한 기후변화 이해 증진 및 미래 기후변화 시나리오를 개발하고, IPCC AR4에서 제기된 주요 이슈를 밝혀내기 위하여, 단기와 장기 시간 규모에 대한 30여개 이상의 표준 실험 프로토콜로 구성된 제5기 결합모델 비교
프로젝트(CMIP5)를 기획하였다. 2009년 초부터 CMIP5 관련 작업들이 착수되었으며, 현재 우리나 라를 포함한 14개국 19개 모델이 참여하고 있다. 또한, 지역 기후변화에 대한 관심 증대로 지역기 후변화 시나리오 생산을 위한 국제적인 통합 지역상세화 실험(CORDEX)이 2009년부터 진행되고 있 다.
IPCC SRES 온실가스 배출 시나리오에 따른 기후변화 시나리오를 개발하여 IPCC AR4 및 국내 기후변화 대응에 기여한 바 있는 기상청 국립기상연구소는 2009년부터 IPCC AR5 시나리오 개발 전략에 따라 기후 변화 시나리오 개발을 위한 국제 사업인 CMIP5와 CORDEX에 참여하여 RCP에 근거한 지구 기후 변화 시나리오 및 국가 차원의 기후 변화 대응을 위한 국가 표준 기후 변화 시나 리오 개발에 착수하였다. 기상청은 개발될 지구 기후 변화 시나리오를 IPCC에 제공하여 IPCC AR5 작성에 기여하고 할 것이며, 이 지구 기후 변화 시나리오에 지역적 지형, 기후 특성 및 기후 변화 영향 평가를 위한 분야별 요구사항을 적용하여 국가 표준 시나리오를 개발하고 2012년에 유관기관 및 산 ‧ 학 ‧ 연에 제공할 계획이다.
키워드 : 기후변화 시나리오, 5단계 결합모델 비교 프로젝트, RCP, IPCC, 기후모델링, 영향 ․ 적응
․ 취약성, 통합평가 모델링
ABSTRACT
The Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC) has identified the causes of climate ch- ange and come up with measures to address it at the global level. Its key component of the work involves developing and assessing future climate change scenarios. The IPCC Expert Meeting in Sep- tember 2007 identified a new greenhouse gas concentration scenario “Representative Concentration Pathway(RCP)” and established the framework and development schedules for Climate Modeling (CM), Integrated Assessment Modeling(IAM), Impact Adaptation Vulnerability(IAV) community for the fifth IPCC Assessment Reports while 130 researchers and users took part in.
The CM community at the IPCC Expert Meeting in September 2008, agreed on a new set of coordinated climate model experiments, the phase five of the Coupled Model Intercomparison Project(CMIP5), which consists of more than 30 standardized experiment protocols for the short- term and long-term time scales, in order to enhance understanding on climate change for the IPCC AR5 and to develop climate change scenarios and to address major issues raised at the IPCC AR4.
Since early 2009, fourteen countries including the Korea have been carrying out CMIP5-related pro- jects. Withe increasing interest on climate change, in 2009 the COdinated Regional Downscaling EX- periment(CORDEX) has been launched to generate regional and local level information on climate change.
The National Institute of Meteorological Research(NIMR) under the Korea Meteorological Administration
(KMA) has contributed to the IPCC AR4 by developing climate change scenarios based on IPCC SRES
using ECHO-G and embarked on crafting national scenarios for climate change as well as RCP-based
global ones by engaging in international projects such as CMIP5 and CORDEX. NIMR/KMA will
make a contribution to drawing the IPCC AR5 and will develop national climate change scenarios reflecting geographical factors, local climate characteristics and user needs and provide them to na- tional IAV and IAM communites to assess future regional climate impacts and take action.
Key words : Climate Change Scenario, CMIP5, RCP, IPCC, Climate Modeling, Impact ․ Adapta- tion ․ Vulnerability, Integrated Assessment Modeling
1. 서론
기후변화에 관한 정부간협의체(Intergovernmen- tal Panel on Climate Change: IPCC) 4차 평가 보고서(4th Assessment Report: AR4)는 기후 시 스템의 온난화는 명백함을 제시하였으며, 특히, 지난 50년에 걸쳐 관측된 지구 온난화는 근본적 으로 인간에 의해 배출된 온실가스로 인한 온실 효과로 보고 있다. 특히, 지구 평균 온도는 지난 100년(1906～2005년)간 0.74℃ 상승하였고, 상 승 속도가 가속화되고 있으며, 21세기에 나타날 온난화는 20세기보다 훨씬 클 것으로 전망되었 다. 그 밖에도 지구 온난화로 전구 평균 해수면 은 1961～2003년에 1년당 1.8 mm 증가하였고, 1978년 이후 북극 해빙 면적은 10년당 2.7%, 여 름에는 7.4% 감소하였으며, 산악 지역의 빙하가 급격히 감소하였다(IPCC, 2007a). 지구촌 온난화 의 대표 척도인 북극 해빙이 점차 줄어들고 있으 며, 2010년 9월의 해빙 면적은 1979년 이래 세 번째로 줄어든 해로 기록되었다(NSIDC, 2010).
또한, 2009년 대기 중 CO
2농도는 386.8 ppm으 로 산업혁명 전에 비해 38%가 증가하였고, 1990 년대 평균 증가율이 1.5 ppm/yr으로 나타나고 있 어(WMO, 2010) 온실가스 증가에 따른 미래 지 구 온난화는 지속될 것으로 보인다.
우리나라의 평균 기온은 97년(1912～2008년) 간 1.7℃ 상승하였으며, 강수량은 지난 97년 동 안에 19% 증가하였고, 호우 빈도 및 강도 증가, 해수면 상승이 나타났다. 또한, 겨울철 기온은 다 른 계절보다 훨씬 빠르게 상승하여 겨울은 100 년전보다 약 한 달이 짧아졌고, 여름은 길어졌으
며, 봄철 개화 시기도 점차 앞당겨지고 있다. 서 울의 경우, 폭설 일수가 감소하고 한강 결빙 기 간이 점차 줄어들어 1950년대 이전에 결빙 기간 이 약 80일 정도였으나, 1990년대 이후에는 약 10일로 크게 감소하였다(국립기상연구소, 2009).
IPCC AR4에는 사회경제적 요소(인구 통계, 경제 성장, 에너지 사용 효율, 과학 기술 등)을 종합적으로 고려하여 추정한 미래 온실가스 배출 시나리오 SRES(IPCC, 2000)에 따라 21세기말 지구 평균 기온 변화는 1.1～6.4℃ 상승할 것으 로 전망되었다(IPCC, 2007a). 또한, 평균 기온이 2～3℃ 상승하면, 지구상 자연생태계의 생물종이 20～30%가 멸종될 것이고, 10～20억명이 물 부 족의 영향을 받을 것이며, 1～3천만 명이 기근의 위협을 받을 것으로 전망되고 있다(IPCC, 2007b).
우리나라의 경우, 국립기상연구소 기후변화 모델 실험을 통하여 A1B 온실가스 배출 시나리오에 대해서, 21세기말(2079～2100년)은 20세기말(1979
～ 2000년)에 비해 한반도 연평균기온은 4℃ 증 가하고, 연강수 량이 17% 증가할 것으로 전망했 다(국립기상연구소, 2009).
이와 같이 IPCC는 1988년 설립 이후에 기후
변화 원인 등을 과학적으로 밝혀내고, 기후변화
문제를 해결하기 위한 조치를 전세계적으로 마련
하고 있으며, 이러한 노력으로 2007년에 노벨평
화상을 공동수상한 바 있다. 그러나 무엇보다도
IPCC 주요 작업 중의 하나는 온실가스 배출 시
나리오에 따른 잠재적인 미래 기후변화 시나리오
를 개발하고, 기후변화 대응 전략을 평가하는 것
이다. 2007년 9월 네덜란드에서 열린 기후변화
전문가 회의에서 약 130여명의 관련 연구자와
사용자는 IPCC 5차 평가보고서(AR5)를 위한 새 로운 온실가스 시나리오인 대표 농도 경로(Re- prensentative Concentration Pathway: RCP)를 확 정하고, 기후 모델링(Climate Modeling: CM), 통 합 평가 모델링(Intergrated Assessment Modeing:
IAM), 영향, 적응, 취약성(Impact, Adaptation, and Vulnerability: IAV) 커뮤니티에 의한 시나리 오 개발 체계를 수립하였다(Moss et al., 2008).
CM 커뮤니티는 새로운 기후변화 시나리오 개 발 전략에 따라 세계기상기구(WMO) 세계기후계 획(WCRP) 하에 5단계 결합 모델 상호 비교 프 로젝트(the phase five of the Coupled Model In- tercomparison Project, CMIP5)를 기획하고, 2009 년부터 기후변화 대응을 위한 필수 자료인 전지 구 규모 기후변화 시나리오 개발을 착수하였다.
또한, IPCC AR5에는 지역 기후에 대한 각 나라 별 관심 증대에 따라 전지구 기후변화 시나리오 뿐만 아니라 지역 기후변화 시나리오에 대한 내 용이 포함될 예정이며, 이에 따라 WMO/WCRP 는 지역 기후변화 시나리오 개발을 위하여 국제 적인 통합 지역 상세화 실험(Coodinated Regio- nal Climate Downscaling Experiment: CORDEX) 프로젝트를 기획하고 2009년부터 실행 중에 있다 (Giorgi et al., 2009).
기상청 국립기상연구소는 CM 그룹으로서, IP- CC SRES 온실가스 배출 시나리오에 따른 기후 변화 시나리오를 개발하여 IPCC AR4에 기여하 였고(IPCC, 2007a), 국내 기후변화 대응을 위해 기후변화에 대한 과학적 정보 및 기후변화 시나 리오를 제공한 바 있다(국립기상연구소, 2009;
국립기상연구소 2010). 더불어 전세계 IPCC AR- 5를 위한 새로운 기후변화 시나리오 개발에 참여 하여, 2009년부터 RCP에 기반한 전지구 및 지역 기후변화 시나리오 개발과 더불어 국가 차원의 기후변화 대응을 위한 국가 표준 기후변화 시나 리오 개발에 착수하였다.
여기서는 새로운 환경 변화에 따른 기후변화
시나리오 개발에 관한 국내외 전략을 소개하여 국내 기후변화 대응 강화 및 국제 협력 증진에 기여하고자 한다. 2장에서는 새로운 온실가스 시 나리오 및 IPCC의 새로운 시나리오 개발 전략을 소개하고, 3장에서는 CMIP5의 실험 내용을 살펴 보며, 4장에서는 CORDEX에 대한 주요 진행사 항을 살펴볼 것이다. 5장에서는 기상청 국가 표 준 기후변화 시나리오 개발 전략 및 국내외 기여 방향에 대해서 소개하고자 한다.
2. IPCC AR5 시나리오 개발 전략의 주 요 특성
IPCC AR4와 AR5의 시나리오 개발 전략의 주요 차이점은 IPCC가 아닌 연구 사회에서 시나 리오 개발을 조정하고, 장기뿐만 아니라 단기 기 후변화 시나리오를 개발하며, CM과 IAM 커뮤 니티의 평행적인 시나리오 개발, 그리고 새로운 온실가스 시나리오 RCP 사용이다. 특히, IPCC AR4까지는 IPCC SRES 온실가스 배출 시나리 오(IPCC, 2000)를 사용하여 기후변화 시나리오 를 개발하였으나, AR5에서는 RCP 시나리오를 사용하게 되며, 인위적 강제력에 온실가스와 에 어러솔뿐만 아니라 토지 이용(land use) 강제력 이 추가된다. 또한, IPCC AR4에서는 2100년 또는 2300년까지 장기 기후변화 시나리오만을 개발하 였으나, IPCC AR5에서는 장기뿐만 아니라 2035 년까지 30년 단기 규모 기후변화 시나리오를 개 발하며, 이에 대한 자세한 설명은 3장에서 소개 하기로 한다.
2.1 IPCC AR5를 위한 새로운 온실가스 시
나리오
새로운 온실가스 시나리오 RCP는 IAM 커뮤
니티에 의해 이미 출간된 문헌을 바탕으로 4개가
확정되었다. RCP의 기본 목적은 시간에 따른 대
기 온실가스 농도 전망을 제공하는 것으로, 이를
강조하기 위하여 RCP는 “경로(Pathways)”로서 간주된다. 또한, RCP가 유사한 복사강제력과 배 출 특성을 가진 여러 다른 시나리오들 중의 하나 라는 점에서 대표라는 의미를 가진다(Moss et al, 2008).
Fig. 1은 4개 RCP에 대한 2100년까지의 복사 강제력과 이산화탄소 배출량을 보여주며, Table 1은 RCP 종류, 각 RCP의 복사강제력과 농도값, IPCC SRES와의 비교를 보여준다. 그림의 우측 은 각 RCP를 생산하는 모델명을 나타낸다. 표에 서 알 수 있듯이 각 RCP는 복사강제력 값으로 구별된다. RCP의 복사강제력은 IPCC AR4에 사 용된 기존의 온실가스 배출 시나리오인 SRES의 복사강제력과 일치하지는 않지만, SRES에 익숙 한 사용자들을 위해 새로운 온실가스 농도 시나 리오 RCP를 기존의 SRES와 비교해서 설명하면 다음과 같다.
RCP8.5는 2100년에 복사강제력이 8.5 W/m
2를 초과하는 고농도 시나리오로서, 기존의 SRES A2와 A1FI 사이의 복사강제력값을 갖고 있다.
RCP6은 2100년 후에 복사강제력 6 W/m
2에서
Fig. 1. Radiative forcing compared to pre-industrial(left panel) and energy and industry CO
2emissions (right panel) for the RCPs(colored lines). (Figure adapted from Moss et al., 2008 Fig. 5. Refer to corresponding caption for further details).
안정화되는 중간 농도 시나리오로서, SRES A1B
복사강제력 값과 매우 유사하다. RCP4.5는 2100
년 후에 약 4.5 W/m
2에서 안정화되는 저농도 시
나리오로서 SRES B1 복사강제력값보다 약간 크
다. RCP3-PD는 2100년 전에 복사강제력이 약 3
W/m
2에 도달하고, 이후 하강하는 형태를 가진
최저농도 시나리오로서, 유사한 SRES 시나리오
는 없지만, 극단적인 기후변화 대응 정책을 수립
하고 적용했을 때를 고려한 시나리오로서 정책
결정자들의 관심이 크다. 그러나 2007년 전문가
회의에서는 RCP3-PD에 대한 구체적인 복사강제
력(RCP 2.8 또는 RCP 2.6)을 결정하지 못했으
나, 강력한 온실가스 감축 정책 시행에 대한 반
응을 살펴보기 위하여 이후 RCP3-PD는 RCP2.6
으로 결정되었다(van Vuuren et al., 2009) 즉,
RCP2.6은 2050년경에 복사강제력이 ～3 W/m
2에서 최대에 이르고 이후 2100년에는 2.6 W/m
2이 되도록 감소하는 온실가스 시나리오이다. 또한,
RCP는 토지이용(land use) 시나리오를 포함하고
있어 IPCC AR4 시나리오보다 더 다양한 인위적
인 기후변화 요인을 반영하고 있다(van Vuuren
Table 1. Types of representative concentration pathway(Adapted from Moss et al.(2008), Table 1 Refer to corresponding caption for further details))
Name Radiative forcing Concentration Pathway shape
RCP8.5 >8.5 W/m2 in 2,100 > ～1,370 CO2-eq in 2,100 Rising
RCP6 ～6 W/m2 at stabilization after 2,100
～850 CO2-eq (at stabilization after 2,100)
Stabilization without overshoot
RCP4.5 ～4.5 W/m2 at stabilization
after 2,100 ～650 CO2-eq(at stabilization after 2,100) Stabilization without overshoot
RCP3-PD Peak at ～3 W/m2 before 2,100 and then decline
Peak at ～490 CO2-eq before 2,100
and then decline Peak and decline
et al., 2009).
2.2 시나리오 개발에 있어서 평행적 접근
방법
기후변화 시나리오 개발에 있어서 IAM 커뮤 니티는 사회 ‧ 경제시나리오 및 온실가스 배출 시 나리오를 개발하고, CM 커뮤니티는 온실가스 배 출/농도 시나리오에 따라 미래 기후변화 전망 자 료를 생산하며, IAV 커뮤니티는 기후변화 시나 리오에 따른 영향 평가 및 적응을 위한 전략을 수립하게 된다.
IPCC AR4에서 시나리오 개발은 Fig. 2의 왼 쪽에서와 같이 순차적인 형태로 이루어졌다. 즉, IAM 커뮤니티에서 개발한 온실가스 배출 시나 리오 IPCC SRES(IPCC, 2000)에 따라 CM 커뮤 니티는 기후 모델을 이용하여 온실가스 농도 및 복사강제력을 평가하고, 기후 반응을 산출하게 된다(Fig. 2의 왼쪽 2와 3단계). 이러한 미래 기 후변화 시나리오는 기후변화 영향 및 취약성 평 가 및 적응 전략 수립에 활용된다(Fig. 2의 왼쪽 4단계). 그러나 IPCC AR5를 위해서는 평행적인 시나리오 개발 전략이 수립되었다(Fig. 2 오른 쪽). 즉, 2.1에서와 같이 RCP와 이에 대한 복사 강제력 수준을 확정하고(Fig. 2 오른쪽의 1단계), 이로부터 CM 커뮤니티와 IAM 커뮤니티는 동시
Fig. 2. Approaches to the development of global scenarios: (a) previous sequential approach; (b) pro- posed parallel approach. Numbers indicate ana- lytical steps(2a and 2b proceed concurrently).
Arrows indicate transfers of information(solid), selection of RCPs(dashed), and integration of information and feedbacks(dotted) (adapted from Moss et al, 2008 Fig. 1).
에 각각 기후 전망 및 배출 ‧ 사회 ‧ 경제 시나리오 를 개발하게 되며, 이 자료는 IAV 커뮤니티에 의한 기후변화 영향 ‧ 취약성 ‧ 적응 분야에 활용될 뿐만 아니라 완화 분야에도 활용되게 된다.
이러한 평행적인 접근 방법의 장점은 시나리
오의 불확실성이 단계마다 점차 커지는 순차적인
방법과는 달리(IPCC, 2007b) 시나리오 불확실성
이 분산되어 기후변화 대응을 위한 적응 및 완화
정책 수립에 더 나은 결과를 제시할 수 있다. 또 한, 일관성 있는 시나리오를 확보하고, 각 커뮤니 티 사이의 피드백을 고려할 수 있을 뿐만 아니 라, 기후변화 영향 및 반응을 평가하는데 더 많 은 시간을 확보할 수 있게 된다.
2.3 IPCC AR5 시나리오 개발과 보고서 발
간 일정 및 현황
2007년 9월에 전문가들은 1년의 준비 기간을 갖고 2008년 가을까지 RCP 시나리오를 CM 커 뮤니티에 전달하여 새로운 온실가스 농도 시나리 오 RCP에 대한 기후변화 시나리오 개발을 가능 하게 하고, 동시에 2010년 가을까지 새로운 사회 경제 시나리오를 개발하여 2012년 봄까지 IAV 커뮤니티에 의한 영향 예측을 바탕으로 2013년 과 2014년에 IPCC AR5 발간 일정을 기획하였 다(Moss et al, 2008의 Fig. 3 참조) 그러나 2008 년에 가을에 생산 완료될 예정이었던 새로운 온실 가스 농도 시나리오 RCP는 2009년 8월에 완료 되어 CM 커뮤니티에 전달됨으로써, 시나리오 개 발에 대한 일정이 수정되었다(Krey, 2010). 이에
Fig. 3. Some of the major scenario-related activities across the IAV, IAM, and CM research communities and relationships among them(adapted from Krey, 2010).
따라 CM 커뮤니티는 2008년에 기획된 새로운 기후변화 시나리오 생산을 위한 CMIP5을 재수 정하고, 2009년에 각국의 지구 시스템 모델의 참 여 여부를 타진하였으며, 대부분 2010년 초부터 RCP에 기반한 기후변화 시나리오 산출을 위한 기반 구축 및 작업들을 추진하고 있다.
한편, IPCC는 새로운 온실가스 시나리오 RCP 에 따른 기후변화 시나리오를 2010년 말부터 수 집하여, 전문가와의 공유를 통하여 미래 기후변 화 전망을 평가하고, 이를 바탕으로 2013년에 과 학 분야 평가보고서, 2014년에 영향, 취약성, 적 응 및 완화 분야 평가보고서를 발간하기 위한 작 업들을 진행하고 있다. 현재까지 IPCC는 IPCC AR5를 위해서 2009년에 보고서의 주요 목차를 결정하였고(IPCC, 2010a), 2010년 6월에 총 827 명의 저자와 검토 전문가를 선정하여 발표하였으 며, 이 중 국내 전문가 6인이 포함되었다(IPCC, 2010 b).
3. IPCC AR5를 위한 전지구/지역기후 변화 시나리오 개발 국제 사업
앞에서 설명한 바와 같이 IPCC AR5 시나리 오 개발 전략에 따라 CM 커뮤니티는 전지구와 지역 기후변화 시나리오 개발을 위하여 CMIP5 와 CORDEX 국제사업을 수립하여 추진하고 있 으며, 여기서 간단히 소개하고자 한다.
3.1 CMIP5
CMIP은 WMO/WCRP의 결합 모델링 실무 그룹 (Working Group on Coupled Modelling: WG- CM)이 결합 기후 모델의 결과에 대한 연구를 위 하여 1995년에 창설한 표준 실험 프로토콜로서, 결합 기후 모델의 진단, 상호 비교, 문서화와 자 료 제공 지원을 위한 커뮤니티 기반의 구조를 제 공한다. CMIP3(2004～2006년)의 실험 결과들은 IPCC 4차 평가보고서에 활용되었으며(IPCC, 2007 a), 기후에 대한 인위적, 자연적 영향에 대한 모 의가 4단계 동안 수집되었다(Tayler et al, 2009, International CLIVAR Project Office, 2008).
한편, 2008년 9월에 전세계 선도 기후 모델링 그룹이 참가한 회의에서 WGCM과 IGBP의 AI- MES는 CMIP5인 새로운 표준 기후 모델 실험에 동의하였다(Talyer et al., 2009). CMIP5 실험들 은 당초 IPCC AR5를 위하여 제안된 CMIP4 실 험(Meehl and Hibbard, 2007, International CLI- VAR Project Office, 2008)과 함께 구름 피이드 백 모델 비교 프로젝트(Cloud Feedback Model Intercomparion Project: CFMIP)와 고기후 모델 링 상호 비교 프로젝트(Paleoclimate Modelling Inercomparison Project)의 실험들을 포함하고 있 다. 이 CMIP5의 목적은 IPCC AR5를 위한 기 후변화 이해 증진 및 미래 기후변화 시나리오를 개발하고, IPCC AR4에서 제기된 주요 이슈를 밝혀내기 위한 것이다. 즉, CMIP5에서 표준 모 델 모의는 현실 기후모의 능력 평가, 단기(～2035 년) 예측과 장기(～2100년과 ～2300년) 미래 기 후변화 전망, 구름과 탄소 순환을 포함하는 주요 피이드백의 양적화, 모델 전망에서 차이를 유발
하는 인자 이해를 위해 구성되었다. 특히, 단기 미래 기후 전망은 CMIP5에서 새롭게 시도되는 모의 실험이다. 현재 CMIP5에 참여하고 있는 나 라는 우리나라를 포함하여 영국, 미국 등 14개국 이다.
위에서 제시한 바와 같이, CMIP5 전략에서는 1) 해양과 해빙 관측값으로 초기화된 단기 모의 (10～30년)(Fig. 4a)와 2) 지구시스템 모델로 수 행된 과거 모의 자료의 마지막 값으로 초기화되 는 장기 모의(수백년 규모)(Fig. 4b)와 같이 두 가지 모델 실험으로 분리된다. 또한, CMIP5는 초고해상도 대기 모델을 이용한 모의나 보다 상 세한 대기 화학 성분 모델을 이용한 실험들을 포 함하고 있다. 결합 모델 모의를 수행하기에 컴퓨 터 자원이 불충분할 경우에는 현재(AMIP 기간)와 미래(2026～2035년)에 대한 "time-slice" 실험을 수행할 수 있는 옵션을 포함하고 있다. 미래의 ti- me-slice 모의에 있어서는 결합모델 실험에서 얻 어진 전망된 해수면 온도와 해빙 변화가 강제될 것이다. 일부 모델링 그룹은 또한, 해수면 온도를 처방하는 식으로 실험을 수행할 것이다. 개개의 그룹은 단기 또는 장기 실험들을 선택하여 수행 하거나 둘 다 수행할 수 있다. 그림 4에 묘사된 바와 같이, CMIP5 체계에는 다수의 모의 실험을 포함하고 있기 때문에, "CORE", "TIER1", "TIER- 2" 실험으로 그룹화된다. CORE 실험은 체계적 인 모델 상호 비교와 기후 변화 분석을 위한 신뢰 성 있는 다중 모델의 자료 생산을 위한 것이며, TIER1 실험은 특정한 기후 모델 강제력, 반응, 과 정 양상을 조사하기 위한 것이고, TIER2는 TIER- 1의 실험에서 수행하는 특정 양상들을 더 자세히 조사하기 위한 실험이다. 따라서 CMIP5에 참여 하는 CM 커뮤니티는 CORE 실험은 수행해야 할 것이며, 관심 분야 및 자원 활용성을 고려하여 TI- ER1, TIER2를 단계적으로 수행할 수 있을 것이다.
Fig. 4a의 단기실험은 수십년 예측과 현재 능
력에 대한 이론적 한계를 평가하고, 온실가스 강
제력과 관련된 시간 규모상에서 예측가능성을 평 가하기 위한 실험으로 구성되어 있으며, "CO- RE"는 480년, TIER1은 1925년 이상의 모의 기 간을 갖는다(Taylor et al., 2009 Table A 참조).
Fig. 4b의 장기 실험에서는 모델 평가를 위한 실 험(예, 20세기 모든 강제력, AMIP 실험 등), 미 래 전망 실험(RCP에 따른 2100년 또는 2300년까 지 모의 실험), 기후변화 이해를 위한 진단 실험 을 포함하며, "CORE"는 1718년 이상, TIER1은 1727년 이상, TIER2는 2038년 이상의 모의 기 간을 갖는다(Taylor et al., 2009 Table B 참조).
한편, 미국립 로렌스 리버모어 연구소 산하 기후 모델 진단 및 상호 비교 프로그램(Program for Climate Model Diagnosis and Intercompa- rison: PCMDI)에서 CMIP5 실험 자료를 수집하 고 사용자에게 제공할 계획이나, 그 양이 매우 방 대하여 각 CM 커뮤니티에게 산출변수 표준화를 요구하고 있으며, 이에 따라 적어도 3PB의 자료 가 생산되어 제공될 것이다. 궁극적으로 CM 커 뮤니티에 의해 생산된 기후 시나리오는 IPCC의
(a) (b)
Fig. 4. Schematic summary of CMIP5 (a) decadal prediction experiments and (b) long-term experi- ments with each one divided into prioritized tiers of experiments(Modified from Tayler et al., 2009 Fig.
1 and Fig. 2).
“영향 및 기후 분석을 위한 자료와 시나리오 지 원에 대한 태스크 그룹(Task Group on Data and Scenario Support for Climate and Impact Assessment: TGICA) 관리하에 IPCC의 자료 분 배 센터(Data Distribution Center: DDC)에서 기 후변화 영향 및 적응, 취약성 평가에 활용될 수 있도록 제공될 것이므로, IPCC DDC에서는 이러 한 방대한 자료를 관리하기 위한 계획을 수립하 여 진행하고 있다(Lawrence, 2010).
3.2 CORDEX
최근 지구 규모의 기후변화의 논의 속에서도 국지～지역 규모의 기후변화 정보에 대한 수요가 기후변화의 주요 이슈 중의 하나로 부각되었다.
지역 기후변화 정보는 인간과 자연계에 대한 기
후변화 영향을 평가하고, 국가 수준에서 적절한
적응과 완화 전략을 개발하기 위해 필요하다. 따
라서 정책 입안자들은 기후변화 대응을 위한 기
초 자료로서 신뢰도 높은 국지～지역 규모 전망
에 대해 논의해 왔다. 오늘날 대부분 지역 기후 변화 정보는 결합 기후 모델에 기반하는데, 결합 기후 모델의 공간 해상도는 수백 km 규모이므 로, 국지～지역 규모 기후변화를 평가하는 데는 많은 어려움이 있다. 이에 따라 통계적 방법과 역학적 방법(지역 기후 모델이나 고해상도 대기 모델 이용)을 이용한 지역 기후 상세화(Regional Climate Downscaling)를 통해서 전지구 결합 기 후 모델로부터 생산된 수백 km 규모 공간 해상 도의 기후 변화자료는 수십 m 규모의 지역 기후 변화 자료로 상세화된다.
그러나 지역 기후 상세화에 대한 관심은 증대 하고 있으나, 지역 기후 상세화를 통해서 얻어진 자료는 결합 기후 모델로부터 얻어진 자료보다 사용 빈도가 크지 않다. 이는 앞에서 설명한 CM- IP5처럼, 지역 기후 상세화 기술 능력을 평가하고, 지역기후변화 전망에 존재하는 불확실성을 평가 하기에 충분한 자료를 생산하기 위한 통합 체계 가 부족하기 때문이다(Giorgi et al, 2009). 이에 WCRP는 지역 기후 상세화를 위한 태스크 포스 (Task Force on Regional Climate Downscaling:
TFRCD)를 2009년 12월에 구성하였고(Giorgi, 2010), TFRCD의 첫 활동의 결과로 CORDEX가 시작되었다.
CORDEX의 목적은 지역 기후 상세화 기술을 평가하고 향상시키며, 세계적으로 통합된 지역 기후 상세화에 기반한 상세 규모 미래 기후 전망 을 생산하는 것이다. 또한, 전지구 기후변화 시나 리오의 지역 상세화를 통하여 영향 평가 및 대응 방안 수립에 보다 효율적으로 사용할 수 있게 함 으로서 기후변화 시나리오의 활용성을 증대시키 는 역할도 수행할 것이다. CORDEX에 대한 자세 한 내용은 CORDEX 홈페이지(http://wcrp.ipsl.
jussieu.fr/RCD_project/CORDEX/CORDEX_html) 를 참조하기 바란다.
CORDEX 목표는 이 실험을 통해 얻어진 결
Fig. 5. Regional domains planned for the COR- DEX experiments.
과들을 기후변화 대응을 위하여 많은 관련 분야 연구자와 정책 결정자가 사용하는 것이므로, 같 은 지역 영역에 대해 자료가 생산되어야 할 것이 다. 이에 따라 CORDEX 영역은 Fig. 5에 나타 난 바와 같으며, 이러한 영역 구분은 몬순과 같 은 지역에 따른 주요 물리적 요인, 계산 자원, 현 재 진행되고 있는 국제사업의 결과물 이용 가능 성을 고려하여 이루어졌으며, 표준 해상도는 약 50 km(～0.5도)이다. 그러나 여러 모델링 그룹들 은 표준해상도보다 높은 ～10 km 정도 해상도에 대한 지역 기후 모델을 운영할 계획을 가지고 있다.
4. 기상청 국가 표준 기후변화 시나리오 개발 전략
IPCC SRES 온실가스 배출 시나리오에 따른 기후변화 시나리오를 개발하여 IPCC AR4 및 국 내 기후변화 대응에 기여한 바 있는 기상청은 2009년부터 IPCC AR5 시나리오 개발 전략과 CMIP5 및 CORDEX와 같은 국제 사업에 참여 하여 새로운 국제 표준 온실가스 시나리오 RCP 에 근거하고, 반도 지형 및 기후 특성을 반영하 여 국가 차원의 기후변화 대응을 위한 국가 표준 기후변화 시나리오 개발에 착수하였다.
Fig. 6은 국가 차원의 기후변화 대응을 위하여
국가 표준 기후변화 시나리오를 개발하기 위한
체계도이며, 공간해상도와 영역, 관련된 국제사 업, 사용되는 모델을 표시하고 있다. 기상청 국립 기상연구소는 먼저 영국 해들리센터와의 협력을 통하여 지구 시스템 모델 2009년에 135 km 규 모의 공간 해상도를 가진 HadGEM2를 도입하여 슈퍼컴퓨터에 장착하고 안정화 작업을 수행하였 으며, 앞에서 설명한 국제 사업인 CMIP5에 참여 하면서 전지구 기후변화 시나리오 개발에 착수하 였다(Fig. 6에서 왼쪽의 1번 단계). 국립기상연구 소에서 참여하고 있는 CMIP5 실험은 Fig. 4의 붉은색 원으로 표시되어 있다. 현재 지구 시스템 모델의 모델 안정화 및 과거 기후변화 모의를 위 한 초기값 생산을 위하여 산업화 이전 온실가스 농도로 고정하여 500년 장기 제어 적분을 수행 하고 있으며(Fig. 7의 상단), 안정적인 미래 시나 리오 생산을 위한 실험들을 수행하고 있다. 제어 적분이 완료되면 모델 모의 성능 평가와 미래 기 후 변화 전망의 기초 자료로서 156년(1850～2005 년) 과거 적분을 수행하며, CMIP5 체계에 따라 RCP4.5와 8.5에 대해서는 295년(2006～2300년), RCP2.6과 6에 대해서는 95년(2006～2100년) 미 래 기후 전망을 생산하게 된다. 또한, 모델의 불 확실성 평가를 위하여 최소한 2개 이상의 앙상블 실험을 수행할 예정이다.
현재 Fig. 1의 4종의 RCP 시나리오가 IAM 커뮤니티에 의해서 2009년부터 시작되어 2010년 8월에 완료됨에 따라, 이를 확보하여 슈퍼컴에 구축하였다. CMIP5의 실험 체계에서 생산된 자 료량은 방대하여 자료 관리 및 분배가 많은 어려 움이 따르게 됨에 따라 산출변수 표준화를 요구 하고 있다. 이에 따라 산출 변수 표준화 프로그 램을 슈퍼컴에 장착하고, 이 표준화에 따라 향후 생산될 모든 자료는 CMIP5에 제출될 것이다. 또 한, 135 km 공간 규모의 기후변화 시나리오가 생산되면, 60 km 공간 해상도를 가진 영국 해들 리센터의 전지구 대기 모델 HadGEM3-A를 이용 하여 time-slice 기법으로 100년(1906～2005년)
과거 기후 모의와 95년(2006～2100년) 미래 전 망 시나리오를 생산함으로써, 지역기후에 영향을 미치는 전지구 규모상의 현상에 대해서 보다 자 세히 평가할 것이다. 또한, CMIP5에 참가한 세 계 기후모델링 그룹에 의한 실험 결과들이 DDC 를 통해 제공된다면, 전지구적인 미래 기후변화 정보에 대한 불확실성 평가도 이루어질 것이다.
전지구 기후변화 시나리오 개발과 함께 기상 청 국립기상연구소는 지역 기후변화 시나리오 개 발을 CORDEX 국제 사업과 연계하여 진행하고 있으며, 주로 지역기후모델을 이용한 역학적 상 세화에 주력하고 있다. 현재 CORDEX 체계의 하나인 모델 모의 성능 평가를 위하여 ECMWF 재분석 자료인 ERA-Interim 자료를 사용하여 50 km(아시아 영역)와 12.5 km(한반도 영역) 19년 (1989～2007년) 모의 실험을 수행하고 있다. 앞 으로 전지구 기후변화 시나리오가 생산이 완료되 면, 이 두 영역에 대해서 각각 100년(1906～2005 년) 과거 기후와 4종의 RCP 시나리오에 대해 각 각 95년(2006～2100년) 미래 기후 전망을 생산 할 것이다. 아시아 영역에 대한 자료는 IPCC TGICA에 의해 지정된 자료 분배 센터에 제공되 어, 다른 나라에서 제공된 지역 기후변화 시나리 오와의 상호 비교를 통하여 미래 기후변화 정보 의 불확실성이 평가될 것이다. 그리고 한반도 영 역에 대한 기후변화 불확실성을 평가하기 위해서 기상청에서는 학계와의 협력을 통하여 서로 다른 모델을 이용한 한반도 미래 기후변화 시나리오를 생산하기 위한 작업을 진행하고 있다.
한편, 기후변화 영향을 예측하고 대응하는데
지역이나 분야에 따라서 역학적 상세화로 생산되
는 12.5 km 규모의 기후변화 시나리오보다 더
고해상도의 시나리오가 필요하다. 그러나 지역
기후 모델을 이용한 역학적 상세화는 전산자원,
시간, 모델의 능력의 한계로 인하여 1 km 규모
까지 상세화하는 데는 어려움이 존재한다. 이에
따라 기상청에서는 학계와의 협력을 통하여 통계
Fig. 6. Several steps from emissions to climate reponse ranging from global to national domain and their horizontal resolutions, models, and re- lated international program at each step.
적 기법을 이용한 상세화로 한반도 내에서 1 km 규 모 기후변화 시나리오를 생산하는 사업을 진행하 고 있으며, A1B 시나리오에 대하여 10 km 규모 기후변화 시나리오를 생산 완료하여, 향후 RCP 시나리오에 대해서 적용할 기술을 확보하였다.
앞으로 기상청은 개발될 지구 기후변화 시나 리오는 IPCC에 제공하여 IPCC AR5 작성에 기
Fig. 7. Some of the major experiments for developing new climate change scenarios by NIMR ․ KMA.
여할 것이며, 이 지구 기후변화 시나리오에 지역 적 지형, 기후 특성 및 기후변화 영향 평가를 위 한 분야별 요구사항을 반영하여 국가 표준 기후 변화 시나리오를 개발하고 2012년에 유관 기관 및 산 ‧ 학 ‧ 연에 제공할 계획이다.
5. 요약 및 결론
IPCC 기후변화 평가보고서는 국제적인 기후 변화 대응을 위한 객관적이고 필수적인 자료이 다. 최근 기후변화 메커니즘 이해 및 관련 기술 수준 향상과 국제적인 대응 노력 등의 환경 변화 를 고려하여 2013～2014년에 발간 예정으로 IPCC AR5 작성을 위한 작업들이 진행 중이다.
특히, 기후변화 시나리오 개발은 미래 기후변화 에 대응하기 위한 필수적인 작업으로, 국제 기후 변화 전문가 그룹은 IPCC AR5를 위한 기후변화 시나리오 개발 전략을 수립하여 진행하고 있다.
여기서는 이러한 새로운 온실가스 시나리오 RCP
에 따라 기후변화 시나리오 개발에 대한 국제 전
략 및 관련된 국제 사업을 소개하였다. 또한, 국
제적인 노력과 발맞추어 국내 기후변화 대응을 위한 기상청의 새로운 기후변화 시나리오 개발 계획 및 현황을 제시하였으며, 요약하면 다음과 같다.
국제 기후변화 전문가 그룹은 IPCC AR4에 사용되었던 온실가스 시나리오 SRES를 대체하 는 새로운 온실가스 시나리오 RCP 4종(RCP8.5, 6, 4.5, 2.6)을 선정하고, 기후 변화 시나리오, 사 회 경제 시나리오, 환경변화 시나리오를 개발하 기 위한 전략을 수립하였다. 이에 따라 CM 커뮤 니티는 기후 변화 이해 증진 및 미래 전망을 생 산하기 위해 CMIP5를 추진하고, 단기(～2035 년)와 장기(～2100～2300년) 전지구(수백 km 공 간 해상도 규모) 미래 기후변화 전망 자료를 생 산하고 있다. 또한, 지구 온난화의 지역 기후변화 의 차이를 반영한 상세 지역 기후변화 시나리오 (50 km 공간 해상도 규모)를 개발하는 COR- DEX 사업도 병행하여 진행하고 있다.
기상청은 국립기상연구소를 중심으로 기후변 화 시나리오 개발을 위한 국제 사업인 CMIP5와 CORDEX에 참여하여 전지구 및 아시아 지역 기 후변화 시나리오를 개발함으로써 국제 기후변화 대응 노력에 주도적 역할을 수행하고 있으며, 생 산되는 지구 및 아시아 기후변화 시나리오는 IPCC 및 국제사회에 제공하여 IPCC AR5 작성 에 기여하고 할 것이며, 국가 표준 기후변화 시 나리오는 2012년에 유관 기관 및 산 ‧ 학 ‧ 연에 제 공하여 국내 기후변화 대응에 기여하고자 한다.
기온 상승으로 대변되는 지구 온난화는 단순 히 기온 상승으로 끝나는 것이 아니라 여러 부분 에 걸쳐 영향을 미치고 있다. 기후변화 영향은 긍정적일 수도 있지만 부정적일 때 그 피해가 더 크므로 이에 대한 대비책 마련이 필요하다. 기후 변화가 내포하는 함축적인 의미는 많은 생물종이 기후변화에 빠르게 반응하여 그들의 행동이나 이 동을 바꾸는 것이 어렵기 때문에 더욱 위협적이 라는 것이다. 자연 및 인간 생태계는 끊임없이
변화하는 환경에 적응해 왔지만, 기후변화가 더 빨리, 더 강하게 진행된다면 자연적으로 적응하 기가 쉽지 않을 것이다. 이는 식량, 질병, 재해에 영향을 미치고 결국 인류 생존의 위협으로 다가 올 것이다. 따라서 국가의 지속적 발전과 인류 생존을 위해서는 미래 기후변화 전망과 환경 변 화를 평가하고, 이로부터 기후변화의 부정적인 영향을 최소화하기 위한 적응 전략을 세우고 이 를 적용해 나가야 할 것이다.
감사의 글
세심한 심사를 해 주신 심사위원님께 감사드 립니다. 이 연구는 국립기상연구소 “NIMR-2011- B-2”에서 지원받았습니다.
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