†Corresponding author : E-mail: [email protected]
접수일자: 2011. 11. 29 / 수정일자: 2011. 12. 12 / 채택일자: 2011. 12. 15 Vol. 2, No. 4, 2011, pp. 221～235
한반도 지역 관측 기후변화 고찰
A Review of Observed Climate Change in Korean Peninsula
허창회†․이민희․박태원․이승민
Ho, Chang-Hoi†, Lee, Min-Hee, Park, Tae-Won and Lee, Seungmin 서울대학교 지구환경과학부
School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul, Korea
요 지
이 논문에서는 우리나라의 기후변화를 연구한 기존 논문 결과를 정리했다. 필요한 경우, 주변 국 가 및 전지구 기후변화를 연구한 논문도 참고했다. 현재까지 축적된 우리나라 기상관측 자료를 분 석한 연구를 종합해 보면, 지난 100년간 한반도에 나타난 기온상승은 자연적 변화 범위를 넘어선 것으로 판단된다. 특히, 전구 평균 해수면 온도상승보다 큰 한반도 주변 해역의 온도상승과 연관되 어 우리나라 강수량이 많아졌고, 접근하는 태풍 활동도 강해졌다. 이들 기상 요소뿐 아니라 대규모 대기순환장의 변화가 한반도와 주변지역의 기후에 영향을 끼쳐서 여름 몬순인 장마와 겨울 몬순인 한파의 시공간적 특성에 변화를 가져왔다. 이 연구에서는 짧은 준비기간과 지면의 한계, 그리고 저 자들의 한정된 지식으로 인하여 관련된 모든 연구를 정리하지 못했지만, 향후 연구자들이 우리나라 와 주변지역 기후변화 연구를 하는 데 있어서 도움을 줄 것으로 기대한다.
키워드 : 한국, 관측, 기후변화
ABSTRACT
This study summarizes previous studies on the climate change over Korea. Several studies on climate change in the neighboring countries as well as the entire globe are reviewed. Temperature data obtained from modern observational system show an increasing trend beyond the natural variations. The increasing rate of sea surface temperature (SST) over the ocean basins surrounding Korea is higher than that of the global-mean SST. The large increase in the SST over the oceans surrounding Korea may enhance tropical cyclone activity and heavy rainfall frequency in Korea. In addition, it has been reported that the changes in large scale circulation associated with global climate change influence the spatio-temporal variation of monsoon including Changma in summer and cold surges in winter. Although all researches on the subject were not fully discussed in this
study due to short period of preparation, allowed pages, and authors’ limited knowledge, we ex- pect that this summarized reviews would be helpful to understand climate changes over Korea and the surrounding regions.
Key words : Korea, Observation, Climate Change
1. 서론
과거 수백 년 전부터 현재까지 축적된 관측 자 료를 분석해서 과거부터 최근까지 발생한 기후변 화 양상을 파악하고, 이 결과를 활용하면 미래의 기후를 예측하는 데 큰 도움을 얻을 수 있다. 이 런 이유로 전 세계적으로 장기간의 관측 자료를 분석해서 과거에서 현재에 이르기까지의 기후변 화 양상을 살펴보는 연구가 활발하게 진행되고 있다 (Stanhill, 2001). 1800년 중반 이후 관측된 자료를 분석하여 개략적으로 전 세계적인 기후변 화의 형태를 살펴본 연구에 따르면, 기온과 강수 량, 해수면 온도 모두 최근 들어 상승하는 경향을 보인다 (Hansen et al., 2001; Smith and Reyno- lds, 2004; Lugina et al., 2005; Brohan et al., 2006). 호우, 태풍 (허리케인), 폭풍과 같은 이상 기후 현상 역시 그 빈도와 강도가 증가하고 있고 (Emanuel, 2005, Webster et al., 2005; Curry et al., 2006), 강설량은 지역에 따라 다른 형태를 보 이지만 대체적으로 감소하고 있는 것으로 알려져 있다 (Groisman et al., 2005).
우리나라는 공식적으로 1883년 9월 1일에 최 초로 기상관측이 시작되었고, 관측 초기에는 주로 원활한 해관 (海關) 업무에 목적을 두었다. 본격 적인 기상관측 업무가 1900년대 초에 시작되었지 만, 이 시기의 관측은 몇몇 지역 (서울, 부산, 목 포, 대구)에서만 이루어져서 이들 자료만으로 우 리나라 전체에 대한 기후변화 경향을 파악하기 어려웠다. 하지만 1970년대 이후 60여개에 이르 는 기상관측소에서 여러 기상요소에 대해서 연속 적인 관측을 시작하면서 축적된 자료로부터 근대 기후를 설명할 수 있게 되었고, 지역에 따른 기후
변화의 특성도 알 수 있게 되었다. 최근 30년간 관측된 자료에 따르면 우리나라의 대부분 지역에 서도 전 지구적인 기후변동 추세와 마찬가지로 기온과 강수량은 증가하고, 강설량은 감소하는 경 향이 나타났다 (이명인 등, 1997; Ho et al., 2003;
이승호 등, 2004). 또한 연속적인 태풍 관측 자료 와 같은 중규모 활동의 자료로부터 강도, 진로, 발생 수 등의 변동성을 파악하여 재해로 작용할 수 있는 기상 현상의 변화 및 특성도 분석할 수 있게 되었다.
우리나라의 경우, 삼면이 바다로 되어 있고, 남 북으로 길고, 내륙에 남북으로 산맥이 있어 다양 한 지역기후가 나타난다. 좁은 공간에 여러 기후 적 특색이 보이고 계절적으로도 특색이 나타난다.
기후 관측은 지금까지 기온, 강수량, 풍향, 풍속, 습도 등을 중심으로 일반적인 기상현상을 중심으 로 이루어져 왔다. 이 논문에서는 기후 변화를 나 타내는 항목 중에서 기온과 강수량, 강설량과 같 은 장기간 자료를 중심으로 한반도의 기후변화 양상에 대해 분석한 연구들에 대해 정리해 보고 자 한다. 먼저 한반도의 기후가 어떻게 변화하였 는지, 시⋅공간적인 변동 경향을 살펴보고자 한 다. 또한 태풍, 몬순과 같은 다양한 현상들의 변 동이 우리나라에 어떠한 영향을 미치는지 알아보 고자 한다.
2. 관측 결과
2.1 기온과 해수면 온도의 변화
전구평균 지표면 기온의 변동을 살펴보면 1800 년대 중반부터 1900년대 초까지는 상승과 하강을 반복하는 장기변동성을 보이며, 1961년 이후부터
증가경향이 뚜렷하게 나타났다 (Fig. 1a). 우리나 라 지표면 기온도 전구 평균에서 보는 바와 같이 지난 100년 간 뚜렷한 기온상승이 나타났다 (Fig.
1b). 특히, 수도권 일대, 원주, 청주, 대전, 대구 등지에서 온도상승폭이 매우 크게 나타났다. 한반 도 내에서의 지역적 기온변화의 차이는 인구증가 율, 도시 성장률 등의 도시화 경향이 다르기 때문 으로 알려져 있다 (이명인 등, 1997; 김경환 등, 2000). 한편, 한반도의 계절별 기온변화를 간략하 게 정리하면 여름철에는 평균기온, 최고/최저기온 의 증가가 뚜렷하지 않지만, 겨울철에는 상대적으 로 뚜렷했다.
Fig. 1. (a) Annual anomalies of global land-surface air temperatures (℃), from 1850 to 2005, relative to the 1961 to 1990 mean for CRUTEM3 updated from Brohan et al., (2006). The smooth curves show decadal variations. The black curve from CRUTEM3 is compared with those from NCDC (Smith and Reynolds, 2004; blue), GISS (Hansen et al., 2001; red) and Lugina et al., (2005; green). (b) Time series of annual-mean surface air temperature anomalies averaged over 4 stations 1908～2008 (dotted line; K0004), 12 sta- tions for 1954～2008 (dashed line; K5512), and 20 stations for 1969～2008 (solid line; K- 4020) in Korea. The climatological mean averaged for the reference period (1971～2000) is eliminated from the data at each station. The smooth curve in (b) indicates decadal variation, and the linear trend is presented on the left side of the graph.
전구 해수면온도는 전반적으로 1900년대 이후 부터 지속적으로 상승하는 경향성을 보이고 있지 만 1950년대와 같이 일시적으로 수온이 낮아진 시기도 있었다. 해수면온도의 공간적 변동의 차이 는 기온변동과 비교해서 더 명확하게 나타났다.
이는 대양마다 영향을 받는 요소가 다양하고 다 르기 때문으로 여겨진다 (예, El-Nino Southern Oscillation, Pacific Decadal Oscillation, Atlantic Multidecadal Oscillation 등). 한반도 주변 해역의 경우, 전구 평균 해수면온도 상승에 비해 상대적 으로 높은 수온상승을 보여준다. 한반도 해역 내 에서도 동해나 남해보다는 황해에서 해수면 온도
상승률이 높게 나타났으며, 이는 주로 여름철 해 수면 온도의 증가율보다는 겨울철 해수면 온도의 증가율에 기인한다 (민홍식 등, 2006). 이와 같은 한반도 해수면 온도의 증가는 IPCC에서 보고된 바 있는 지구온난화에 따른 북태평양 해수면 온 도 상승과 연관된 변화로 보이며 (Yeh and Kim, 2010), 특히 한반도 지역 도시화효과로 인한 지표 면 온도의 상승 또한 연안 지역 해수면 온도 상 승에도 영향을 주는 것으로 보고된 바 있다 (Jung, 2008). 이러한 변화는 직/간접적으로 태풍 및 집중호우의 세기 변화에 영향을 줄 수 있다.
아울러 해수면온도의 변화는 한반도 해안도시의 기온 및 수증기 변화에도 영향을 줄 수 있다 (강 용균 등, 1986; 한영호 등, 1991).
2.2 수증기 및 구름의 변화
전 지구 평균 지표에서부터 연직으로 적분된 수증기량은 경년변동이 매우 뚜렷하고 강하여, 해 양의 경우에도 수증기량이 10년에 약 1.2 % 씩 증가하였지만, 통계적으로 유의한 변화는 아니다.
공간분포에서 일부 보이는 압도적인 증가경향은 엘니뇨와 남방진동 (ENSO, El Nino and Sou- thern Oscillation)에 의한 영향이 큰 것으로 여겨 진다. 한편, 대류권 상층의 경우는 기온은 상승하 지만 상대습도가 거의 변하지 않아, 이로부터 상 층에서는 온도 상승폭만큼 수증기량이 증가하였 음을 유추할 수 있다. 우리나라의 경우에는 상 대 습도가 과거 1970년대에 비해 최근에 4.2 % 감소 했다 (Table 1). 하지만 상대습도의 감소가 기온
요소(전국) 평년값
(1971～2000)
1970년대 (1973～1980)
(a)
2000년대 (2001～2008)
(b)
(b) minus(a)
연간 습도(%) 69.3 71.4 67.1 —4.2
연간 강수량(mm) 1343.9 1296.4 1368.8 72.4(5.6% 증가) Table 1. Change in annual mean humidity and precipitation in Korea
상승에 비해 작아 결과적으로 한반도 상공의 수 증기는 최근 증가한 것으로 해석할 수 있다. 이러 한 수증기의 증가와 함께 2000년대에 들어서면서 한반도 전체 강수량이 1970년대에 비해 약 5.6 % 증가하였다.
최근 들어 대부분의 대륙지역에서 전운량이 증 가하는 경향성이 나타난다 (Henderson-Sellers, 1992;
Sun, 2003; Dai et al., 2006). 전구적으로 구름량 의 변화와 강수량의 변화는 비교적 높은 상관관 계 (상관계수 r =0.5)를 보이나, 이는 남반구의 높 은 상관관계 (r =0.82) 때문인 것으로 보이며, 북 반구에서는 r =0.36으로 낮게 나타난다. 한편, 에 어로졸의 증가에 따른 에어로졸 제 2 간접효과 (Albrecht, 1989)에 의하면 인간 활동에 의한 에 어로졸의 증가가 구름의 강수효율을 감소시켜 구 름의 지속시간을 연장함으로써 지구 냉각화에 기 여할 수 있다고 한다. 그 외 에어로졸의 변화 및 에어로졸에 따른 구름의 변화는 동아시아 지역의 강수 및 복사수지에 큰 영향을 미치고 있는 것으 로 보인다 (Menon et al., 2002; Cheng et al., 2005; Gong et al., 2007 등).
2.3 복사장의 변화
지상관측 자료에 의하면 1960년 이후 1990년 까지 십 년마다 평균 7 W m—2 (1.3 %) 정도씩 하 향 태양복사량이 감소하고 있다 (Gilgen et al., 1998; Liepert et al., 2004). 인구 10만 명 이상인 지역은 연 0.41 W m—2, 10만 명 미만 지역은 0.16 W m—2의 감소율을 보였는데 (Alpert et al.,
Fig. 2. Time series of sunshine duration in Seoul during 1986～2005 (Lee and Kim, 2009).
Fig. 3. Time series of sunshine duration in Bu- san during 1986～2005 (Lee and Kim, 2009).
2005), 이는 인류의 인위적 활동이 영향을 끼쳤음 을 시사한다. Mukai et al., (2008)은 중국에서 방 출된 온실가스와 에어로졸이 구름의 공간적 분포 의 변화를 통해 기후를 변화시키고 있음을 보였 다. 이효정 등 (2009)은 지난 30년간 서울과 부산 의 일조 시간 감소를 에어로졸 간접 효과로 설명 하였다 (Figs. 2, 3). 즉, 인류기원 에어로졸의 증 가로 인해 구름의 강수효율이 감소되면서 운량이 증가하고, 이는 일조시간의 감소로 이어진다. 그 러나 일조시간만으로는 정확한 복사 수지의 변화 를 논할 수 없다는 단점이 존재한다.
이미 산업화가 이루어져서 에어로졸이 감소하 고 있는 유럽지역의 경우, 1990년 이후 7 W m—2 정도 태양복사량이 증가한 반면 (Wild et al., 2004; 2005), 산업화가 진행 중인 인도와 중국 양 쯔강 이북을 중심으로 태양복사량이 여전히 감소 하고 있다 (Ohmura, 2006). 특히, 중국의 부도심
지역에서는 에어로졸에 의해 약 30 W m—2의 태 양복사량이 감소했다 (Xia et al., 2007). 이는 중 국지역 에어로졸 광학 두께가 1960년에 0.38, 1990년에 0.47, 그리고 2005년에는 0.72로 계속 증가하고 있다는 사실로 설명될 수 있다 (Luo et al., 2001; Zhao et al., 2006; Liu et al., 2007).
우리나라는 편서풍 지대에 위치하여 중국 등 다른 동아시아 지역으로부터 나오는 에어로졸의 영향을 받고 있는데, 특히 봄철은 황사의 영향으 로 에어로졸 농도가 높다 (기상청, 1982～2007).
그럼에도 불구하고 우리나라의 에어로졸 농도 는 1996년부터 2000년대 초반까지 증가하였으나 2002년을 기점으로 감소 추세를 보이고 있는데 (Kim et al., 2010), 이는 한반도 내 에어로졸 방 출량이 감소하고 있고 향후 미국이나 유럽의 선 진국들처럼 태양복사량이 증가할 수 있음을 시사 한다.
2.4 강수와 가뭄의 변화
기후변화로 인해 최근 들어 전 세계적으로 발 생하고 있는 이상 기후 현상 중 가장 뚜렷이 나 타나는 것은 물 순환과정의 변화이다. 기존 연구 결과들은 온실가스의 증가로 초래된 지구온난화 가 대기 중의 수분량을 증가시켜 물 순환 과정을 강화시킬 수 있음을 시사한다. 우리나라에서도 기 후변화에 따른 물 순환 과정의 변화가 지금까지 관측된 강수 자료에 뚜렷이 나타나고 있다.
이명인 등 (2004)은 한국 지역 14개 지점의 여 름철 강수량을 분석하여 1941～1970년과 1971～
2000년 기간 사이의 변동을 파악하고, 순별 강수 량의 경년 변동과 해양 변동 및 전구 평균 기온 변동과의 관련성을 파악하였다. 그 결과, 한반도 의 여름철 강수량은 전 지역에서 대부분 증가하 였는데, 특히 중서부 지역의 8월 강수량 증가가 뚜렷하였다. 이는 호우의 빈도 증가와 관련이 있 는 것으로 추정된다. 한편, 9월 강수량은 한반도 전 지역에서 감소하였고, 특히 중순에 감소폭이
Fig. 4. Time series of two sets of 5 days mov- ing average precipitation climatologies. One is taken from 1954 to 1977 (dashed line) and other from 1978 to 2001 (solid line). The difference of the two climatologies (1978～2001 minus 1954～
1977) is shown by the shaded area (Ho et al., 2003).
Fig. 5. Time series of 5 year precipitation ave- raged over six cities in Korea: Seoul, Busan, Incheon, Gangneung, Daegu, Mokpo. (Korea Me- teorological Administration, 2008).
크며 강수일수 자체가 줄었다.
Ho et al., (2003)은 한반도 지역 여름철 강수 량의 장기적 변동을 살펴보기 위하여 한반도 내 11개 관측소에서 관측된 여름철 강수량을 1954
～1977년 / 1978～2001년과 같이 분석 기간을 24 년씩 나누어 장기적 변화를 살펴보았다(Fig. 4).
그림에서 보는 바와 같이 강수량 분포는 여름철 에 두 개의 정점을 가진 형태로서, 두 기간의 기 후값 사이의 차는 4월과 두 정점 사이의 기간에 서 두드러지게 나타난다. 전반기에는 두 개의 정 점이 7월 초와 9월 초에 나타나는데 반해, 후반 기에는 두 번째 정점이 8월 중, 말로 전이되어 나 타난다. 이에 따라 후반기에 두 정점 간의 건조한 기간이 더 짧게 나타나고 8월 강수량이 늘어나는 한편 9월 강수량은 감소한다. 후반기에 전체 강 수량이 증가하는 것은 8월 강수량의 증가 때문이 라 볼 수 있다. 또한, 기상청 (2008)에 따르면 한 반도 지역의 연평균 강수량은 수십 년 주기의 큰 변동 폭을 보이나 장기적으로 증가 추세에 있다 고 한다. Fig. 5는 매 5년 단위로 우리나라 6개 도시의 평균 강수량 변화를 보인 것이다. 최근 10년 (1996～2005년) 평균 연강수량은 1,485.7 mm로 평년에 대해 약 10% 증가하였으며, 호우 일수 (일강수량 80 mm 이상)는 최근 10년간 28 일로 종전 20일보다 증가한 것으로 나타났다. 최 근 한반도에서 관측되는 강수 변동성의 특성은 전반적으로 강수일수는 감소하고 있지만 강수량 은 증가함으로써, 강우강도 (호우일수)가 증가하 는 형태를 보인다. 좀 더 구체적으로 지역적 강수 량 분포의 특성을 살펴보면, 한반도 중서부 지역 의 여름철 강수량은 1941～1970년 기간의 평균 864.5 mm에서 1971～200년 기간의 평균은 867.3 mm로 거의 변하지 않았다. 그러나 6월, 7월, 9월 의 강수량이 감소한 반면 8월의 강수량은 100 mm 이상 증가하였다.
한반도 여름철 강수의 주요한 현상인 장마의 장기적 변화 또한 여러 방면에서 연구되었는데, 류상범 (2001)에 따르면 1960년대와 최근 30년 장마기간 동안의 강수 변동 특성을 비교해 보았 을 때 장마철 동안 비가 온 날의 비율이 1960년 대 62 %에서 최근 30년 동안 56 %로 줄었으며, 장마 기간 동안의 평균 일강수량도 17.9 mm에서 12.3 mm로 줄었다. 전종갑 등 (1997)은 승정원일
기와 일성록에서 측우기로 관측된 강우 자료를 발췌하여 1801년부터 1907년까지의 서울 지역 강수량의 변동 특성을 분석하여 장마 기간의 변 화를 살펴보았는데, 서울지방 최근 30년 동안의 평균 장마와 비교하여 19세기 서울의 장마는 지 금보다 3일 정도 늦게 시작하여 3일 정도 늦게 끝났고 기간은 지금과 거의 같았음을 제시하였다.
강수와 함께 사회, 경제적으로 많은 영향을 끼 치는 가뭄은 일차적으로 장기적인 강수량의 부족 으로 유발되지만, 증발산량이나 토양수분량, 지하 수 유출량 등 물수지의 영향도 받기 때문에 (강 경아 등, 2004) 지구온난화에 따른 물순환 과정의 변화에 따른 가뭄의 변화 또한 관측 자료를 통해 살펴볼 필요가 있다. 한반도 5개 관측소의 평균 일 강수량의 연별 분포 및 각 계절별 가뭄기간 동안의 평균 일 강수량의 연별 분포를 분석한 변 희룡 등 (1994)에 따르면 여름가뭄 시의 평균 일 강수량이 2 mm/일 이상 적었던 해가 전체 86년 중 6회 발생하였는데, 이는 모두 1960년대 이전 이었고 1970년대에는 진폭이 작아진 추세가 있음 이 발견된다. 봄가뭄 시의 일 평균 강수량 역시 1960년대 이후 진폭이 작아진 추세를 볼 수 있 다. 김성 등 (2005)은 회전성 경험적 직교함수 (Rotated Empirical Orthogonal Function, REOF) 분석을 이용해 북반구 대기 순환의 주요 변동 모 드를 추출하여 한반도 봄철 가뭄과 연관된 대기 순환 패턴의 장기적 변화를 살펴보았다. 분석 결 과, 한반도 봄 가뭄은 유라시아 북부 대륙 고기압 의 세력이 지속되거나 북태평양 고기압의 세력이 약화되었을 때 상층 제트의 남하와 함께 한반도 로 유입되는 수증기가 억제되어 발생하는 것으로 밝혀졌다. REOF 분석에서 1980년대 중반을 기점 으로 한반도 봄철 강수량과 연관된 대기 순환 패 턴 시그널의 중심이 유라시아 대륙에서 북서태평 양으로 이동한 것으로 보아 최근 봄 가뭄의 발생 은 대륙 고기압의 발달보다는 북태평양 고기압의 비정상적인 약화 때문인 것으로 추정된다.
2.5 대기 순환의 변화
한국에서의 여름철과 겨울철의 대기 순환은 동 아시아 여름 몬순과 겨울 몬순으로 대표된다. 동 아시아 여름 몬순의 주요한 특징 중의 하나는 장 마로 불리는 동서 방향으로 뻗은 강수 밴드에 많 은 양의 강수가 집중된다는 것이다. 이러한 아열 대 강수밴드는 6월과 7월에 수천 킬로미터의 규 모로 한국과 중국, 일본과 주변 해양을 아우르는 지역에 걸쳐 나타난다. 이 기간 동안의 강수를 한 국에서는 장마 (Changma), 중국에서는 메이유 (Mei- yu), 일본에서는 바이우 (Baiu)라고 부른다. 아열 대 전선과 관련된 이 강수밴드는 동아시아 몬순 지역에서 강수를 만드는 주요한 시스템으로서 동 아시아 한대 전선이 남쪽의 아열대지역으로 이동 하면서 경압성이 약해지고 깊은 적운대류가 유도 되면서 전선을 따라 조직화된 중규모 대류세포들 에 의해 많은 양의 강수가 유발된다 (Ding and Sikka, 2006). 일반적으로 11월부터 3월까지로 정 의되는 (Ding, 1994) 동아시아 겨울 몬순은 시베 리아에 중심을 둔 고기압성 순환과 북태평양에 중심을 둔 저기압성 순환으로 대표된다. 서고동저 의 기압 패턴에 의한 북서풍과 함께 유라시아 대 륙으로부터 차가운 공기가 동아시아 쪽으로 유입 되고, 동아시아 상공에 기압골과 강한 제트기류가 형성된다 (Boyle and Chang, 1984; Lau and Li, 1984; Lau and Chang, 1987; Boyle and Chen, 1987). 동아시아 겨울 몬순은 시베리아 고기압과 알류샨 저기압으로 형성된 북풍 계열의 강한 한 랭 이류와 함께 발생하는 극한 기온 현상과 한파 와 밀접한 관련이 있다.
최근 다양한 규모, 형태의 기후변화가 동아시 아 몬순의 강도나 특성에 영향을 준다는 보고가 이어지고 있다. 특히 전지구적으로 가장 큰 기후 변동의 시점으로 여겨지는 1970년대 후반과 1990 년대 중반에는 동아시아 지역 여름 몬순에도 큰 변화가 나타났다. 우선 1970년대 후반에 나타난 변동에 따른 여름 몬순 변화를 살펴 보면, 중국
Fig. 6. Difference in the summer rainfall bet- ween decades (1980～1995 minus 1961～1979) for (a) total summer rainfall and (b) accumulated rainfall contributed from rain rate ≥ 30 mm day−1. Open circles are significant at 90 % confidence level; closed circles, 95 %; and triangle circles, 99 %. Negative values are shaded. Contour in- terval is 50 mm 3-month−1 (Ho et al., 2005).
Fig. 7. (a) Typhoon passage frequency per year passing through each grid points of 2.5 by 2.5 degrees for the period 1979～1993 and typhoon tracks passing through southeastern part of China (boxed area) for the period 1985～1993. Open circles indicate the generation position of the each typhoon. (b) Same as Fig. 7a but for the period 1994～2002 (Kwon et al., 2007).
에서의 여름 몬순과 관련된 강수의 대표적인 패 턴인 중국 중부와 남․북부가 반대의 위상을 보
이는 밴드 구조는 1970년대 후반을 전후하여 장 기변동을 겪었음을 알 수 있다 (Fig. 6). 또한 이 러한 강수의 변화는 30 mm day—1 이상의 강한 강수 강도에서 주로 나타났다 (Ho et al., 2005).
이러한 장기변동은 앞 절에서 살펴 보았던 한국 지역의 여름철 강수 특성 변화에서도 잘 나타난 다 (Fig. 4). 한국 여름철 강수는 장마 기간에 나 타나는 1차 피크와 장마 기간 이후에 나타나는 2 차 피크로 특징을 지을 수 있는데, 1970년대 후 반 이전의 시기에는 1차 피크에 비해 약하게 나 타나던 2차 피크가 1970년대 후반 이후에는 1차 피크와 거의 비슷한 강도를 보일 정도로 증가한 것을 볼 수 있다. 이렇게 2차 피크가 증가한 것은 앞서 언급한 중국 북부 지역에서 나타난 장마 강 수의 약화와 관련된 한국 지역 1차 피크의 약화 와도 연관이 있지만, 태풍에 의해 야기되는 집중 호우에 의해 2차 피크 자체가 강화된 것에도 기 인한다 (Kim et al., 2006).
1970년 후반 이후 더욱 최근인 1990년대 중반 에도 큰 기후 변화가 존재했고, 그로 인해 동아시 아 지역 몬순에도 영향이 나타난 것으로 보고된 바 있다. Kwon et al., (2007) 은 1990년대 후반 이후 동아시아 지역의 제트 기류가 약화되고 남 중국 지역에 강수의 증가가 나타났음을 밝혔다.
이는 남중국 지역의 강수량이 증가하면서 대기에 방출된 잠열이 대기 순환장에 순압구조의 파장 전파를 유도하면서 제트 기류 남단에 생성된 고 기압성 흐름으로 인해 상층의 서풍 아노말리가 약화되어 나타난다. 같은 시기를 기점으로 북서태 평양 태풍의 활동도 크게 증가한 것을 볼 수 있 다. 남중국 지역에 영향을 주는 태풍의 개수는 1990년대 중반 이전에는 23개이던 것이 이후에는 31개로 크게 증가하였다. Fig. 7에서 실제 트랙과 2.5°×2.5° 격자를 통과하는 빈도수를 살펴보더라 도 태풍 활동이 뚜렷하게 증가했으며, 특히 필리 핀 인근을 통과하는 태풍의 수는 전반기 연 1.2 개이던 것이 후반기에는 2.8개의 2배 수준으로
증가한 것을 알 수 있다. 위와 같은 실제적인 값 들 외에도 동아시아 몬순과 다른 인자들 사이의 관계 또한 1990년대 중반을 기점으로 변화한 것 으로 나타났다. 중국, 일본, 한국을 포함하는 지 역의 동아시아 몬순은 필리핀과 그 동쪽 태평양 을 포함하는 지역의 북서태평양 몬순과 음의 상 관관계를 갖는 것은 널리 알려져 있다. 다시 말 해, 동아시아 몬순이 강화되는 해에는 북서태평양 몬순은 약화되고, 동아시아 몬순이 약화되는 해에 는 북서태평양 몬순이 강화된다는 것이다. 그런데 이러한 음의 상관관계는 1990년대 후반을 기점으 로 99% 신뢰 수준에서 유의한 값으로 증가하는 것으로 보고되었다.
동아시아 겨울 몬순의 변화는 시베리아 고기압 의 변화나 극한 기온, 또는 한파의 변화로 나타난 다. Fig. 8은 기후변화와 관련하여 시베리아 고기 압의 평균 강도가 약화되었고, 동아시아 겨울철 평균 온도가 상승함에 따라 극한 기온의 발생 횟 수가 감소하였음을 보여준다 (Kim et al., 2005).
그러나 시베리아 고기압의 주기적인 확장과 갑작 스런 온도 감소로 정의되는 한파의 발생 빈도는
Fig. 8. Time sieries of occurrence days of (a) the Siberian High pressure (SPH) greater than 1,030 hPa and (b) sea level pressure (SLP) grea- ter than 1,050 hPa over the Siberian High area (SHA) for 56 winters (Kim et al., 2005).
Fig. 9. Relative frequency distributions of win- tertime regional daily minimum temperatures over Korea during the period from 1986～87 to 2000
～01 (solid line), and the perod from 1971～72 to 1985～86 (dotted line with circles) (Ryoo et al., 2004).
큰 변화를 보이지 않았다 (Fig. 9, Ryoo et al., 2004). 이는 지구온난화로 인해 겨울철 몬순이 약 화되지 않을까 하는 선형적 관계에 근거한 추측 이 적어도 한국에서만큼은 유의하지 않다는 것을 보여준다고 하겠다.
북반구의 대표적인 기후변동성인 극진동 (AO, Arctic Oscillation)의 봄철 변동은 오랜 메모리를 가지기 때문에 동아시아 여름 몬순 강수에도 영 향을 주는 것으로 보고된 바 있다. AO 지수가 양 의 값을 가질 때 동아시아 제트 기류는 기후값에 비해 극 쪽으로 이동하는데, 제트의 위치에 따라 조절되는 자오순환에 의해 양쯔강 유역에는 하강 기류가 형성되면서 해당 지역의 강수는 감소하게 된다. 그런데 최근 이러한 관계가 더욱 강해졌다 고 Gong and Ho (2003)은 밝히고 있다. 동아시 아 여름 몬순 강수는 또한 12월 북대서양진동 (NAO, North Atlantic Oscillation)과 관련성을 보 여준다 (Sung et al., 2006). 북대서양진동이 만드 는 파동 열이 동아시아 지역의 제트기류에 영향 을 주면서 한국과 남중국과는 음의 상관관계를, 북중국과는 양의 상관관계를 유도한다. 북대서양
진동이 동아시아 지역에 미치는 영향은 최근 들 어 변화해 왔다. 북중국 지역은 전 기간에 걸쳐 북대서양진동과 높은 상관관계를 보이고 있으나, 남중국 지역은 1970년 후반 이후 상관성이 떨어 진다. 한국 지역은 반대로 1970년 후반 이후 더 높은 상관관계를 보이고 있다. Nino 3 지역의 해 수면 온도와 중국 지역 강수와의 상관관계에 대 한 분석은 1970년 중반 이후의 중국 지역 여름 강수에 대한 엘니뇨의 영향이 최근 들어 점점 줄 어들고 있음을 보이고 있다 (Hui et al., 2006).
그러나 인도양 지역의 해수면 온도와 동아시아 몬순 사이의 관련성은 최근에 증가한 것으로 보 고되었다 (김원모 등, 2008). 1970년대 후반 이후 벵갈만 근처의 인도양에서 특히 높은 상관성이 나타났다.
대표적 겨울 몬순인 한파도 극진동, 엘니뇨와 같은 대규모 기후변동성에 영향을 받고 있다. 음 의 극진동 위상일 때 한파의 발생 빈도수가 양의 위상에 비해 증가하는데 (Jeong and Ho, 2005;
신성철 등, 2006), 최근 극진동의 양의 위상으로 의 변화 (Gillett et al., 2002)는 극진동에 영향을 받는 한파 발생 빈도수에도 변화가 발생할 수 있 음을 보여준다. 또한 대표적인 강한 엘니뇨 시기 인 1982/1983 겨울과 1997/1998 겨울의 빈번한 한파의 발생은 엘니뇨와 한파 사이의 양의 관계 를 보여주고 있다 (Zhang et al., 1997; Chen et al., 2004). 이러한 극진동, 엘니뇨 등의 대규모 기후 현상에 의한 영향은 한파뿐만 아니라 월평 균 기온에도 나타나고 있다. 임은순 등 (2004)는 92년간의 한국의 월평균, 최대, 최저 온도 자료를 이용해서 한국의 온도의 극진동, 엘니뇨와의 관련 성에 대해 분석하였다. Fig. 10은 AO 및 엘니뇨 와 남방진동과의 상관성이 가장 크게 나타난 한 국 4개 지점의 겨울철 최저 온도 편차의 시계열 을 극진동 지수 및 엘니뇨 지수와 함께 나타낸 것이다. 극진동 지수와 월최저 온도는 높은 양의 상관관계를 보이고 있다. 이는 겨울철 온도의 장 기예측에 대한 극진동 지수의 활용가능성을 제시
Fig. 10. Time series of minimum temperature anomaly, (a) AO index and (b) SO index for winter seasons (임은순 등, 2004).
하고 있다. 반면, 엘니뇨 지수와 월최저 온도는 약한 음의 상관관계를 보이고 있다.
3. 결론 및 토의
한반도를 포함한 동아시아 지역의 기후변화를 논함에 있어 가장 먼저 이루어져야 할 일은 과거 수 백 년 전부터 현재까지 쌓여 온 관측 자료를 면밀히 분석하는 작업이다. 우리나라의 관측 자료 는 1900년대 초를 기점으로 누적되기 시작하였으 나 이는 몇 지역에 국한되어 있었고, 1970년대 이후 비로소 전국 약 60개 기상관측소에서 다양 한 기상요소에 대해 관측을 시작하게 되었다.
전지구적으로 나타나는 기온 상승 현상은 지난 100년간의 한반도 관측 자료에서도 어김없이 찾 아볼 수 있다. 특히, 수도권 일대, 원주, 청주, 대 전, 대구 등지에서 온도 상승폭이 매우 크게 나타 나는데, 이 같은 한반도 내의 지역적 기온 변화량 의 차이는 인구증가율이나 도시 성장률 등의 영 향을 받는 것으로 보인다 (이명인 등, 1997; 김경 환 등, 2000). 해수면 온도의 경우, 전구 평균 해 수면 온도 상승에 비해 한반도 주변 해역의 온도 상승이 더욱 두드러지게 나타났는데, 이러한 변화 는 직/간접적으로 태풍이나 강수와 같은 다른 기
상 현상의 강도 변화에 영향을 줄 수 있다. 실제 로 한반도의 여름철 강수량은 전 지역에 걸쳐 크 게 증가하였고, 특히 중서부 지역의 8월 강수량 의 증가는 뚜렷하였다 (이승호 등, 2004). 여름철 두 개의 정점을 가지는 강수의 연간 분포 역시 최근 들어 정점 사이의 간격이 좁아지고 두 번째 정점의 강수량이 증가하는 형태로 변화하였다 (Ho et al., 2003). 강수일수는 점차 감소하는 추세이 지만 강수량은 증가함에 따라, 호우일수로 대표되 는 강우강도도 종전 20일에 비해 최근 10년간 28 일로 크게 증가하였다. 강수의 부재로 인해 발생 하는 가뭄의 경우 한반도 5개 관측 지점에서 얻 은 자료에 따르면 1960년대 이전에 비해 이후에 여름가뭄과 봄가뭄의 진폭이 모두 감소하였고 (변희룡 등, 2004), 특히 봄철가뭄과 연관된 대기 순환 패턴의 중심이 1980년대 중반을 기점으로 대륙에서 해양으로 이동한 것으로 나타나, 이 또 한 해수면 온도의 기후체계 변이와 관련되어 있 을 가능성이 제시된 바 있다 (김성 등, 2005).
전지구적인 기후변화와 관련하여 각 지역의 기 상요소도 변화하고 있지만, 전반적인 대기 순환 역시 변화 양상을 보인다. 한반도에서의 대표적인 여름, 겨울 대기 순환은 동아시아 몬순으로 대표 된다. 여름철 몬순의 주요한 특징은 장마로 불리 는 동서방향으로 뻗은 강수 밴드에 많은 양의 강 수가 집중되는 것이고, 겨울 몬순의 특징은 시베 리아고기압과 알루시안 저기압으로 형성된 북풍 계열의 강한 한랭이류와 함께 발생하는 극한 기 온 현상과 한파로 대표된다. 이러한 몬순은 기후 변화에 따라 1970년대 후반과 1990년 중반을 전 후하여 큰 변화를 겪었다. 중국의 여름 몬순과 관 련된 대표적인 공간 패턴은 중국 중부와 남․북 부가 반대의 위상을 보이는 것인데, 이러한 패턴 이 1970년대 후반을 기준으로 변화한 것으로 관 측되었다 (Ho et al., 2005). 앞서 언급했던 한국 지역의 강수 특성 역시 1970년대를 기준으로 변 화하였는데, 이러한 변화는 모두 1970년대 후반의
동아시아 지역 제트 기류의 남하와 밀접한 관련 이 있는 것으로 드러났다. 1990년대 중반 이후에 는 제트 기류가 약해지면서 태풍 활동은 크게 증 가하였고, 약한 음의 상관관계를 보이던 동아시아 몬순과 북서태평양 몬순의 관련성이 더욱 강해졌 다 (Kwon et al., 2005). 동아시아 겨울 몬순의 변화는 시베리아 고기압의 변화나 한파의 변화로 나타나는데, 최근 시베리아 고기압의 평균 강도는 약화되었고, 동아시아 겨울철 평균온도 상승과 맞 물려 극한 기온의 발생 빈도도 감소하였다. 그러 나 시베리아 고기압의 주기적인 확장과 갑작스러 운 온도 감소로 정의되는 한파의 발생 빈도는 크 게 변하지 않았다 (Ryoo et al., 2004).
동아시아 지역 기후는 지구온난화로 대표되는 기후변화 외에도 이미 대기 내에 존재하는 장주 기 변동성에도 영향을 받는다. 북반구 대표적인 기후 변동의 하나인 AO의 봄철 변동은 동아시아 여름 몬순 강수와 음의 상관관계를 보이는데, 이 러한 관계가 최근 더욱 강화되었다 (Gong and Ho, 2003). 12월 NAO 역시 여름 강수에 영향을 주는데, 이 영향은 지역마다 다르게 나타나 북중 국 지역과는 양의 상관관계를, 한국 및 남중국과 는 음의 상관관계를 가진다. 그런데 이러한 관계 가 1970년대 후반 이후 북중국 및 한국 지역의 상관관계는 더욱 증가하고, 남중국지역 상관관계 는 감소하는 것으로 밝혀졌다 (Sung et al., 2006).
겨울 몬순의 대표 현상인 한파도 AO나 ENSO와 같은 대규모 기후변동성에 영향을 받고 있다.
AO의 위상이 음일 때가 양일 때에 비해 한파가 자주 발생하는데, 최근 AO의 위상이 양으로 변 화하고 있어 AO에 영향을 받는 한파 발생 빈도 수에도 변화가 예상된다 (Jeong and Ho, 2005;
신성철 등, 2006). 또한, 강한 엘니뇨 (El Nino) 시기로 알려진 1982/1983, 1997/1998 겨울에 한 파의 발생이 빈번해진 것은 ENSO가 한파의 발 생을 유도할 수 있음을 보여준다 (Zhang et al., 1997; Chen et al., 2004).
이 연구에서는 위에서 요약한 바와 같이 전지 구적으로 나타나고 있는 기후변화의 양상이 한반 도를 포함한 동아시아 지역에서는 어떻게 나타나 고 있는지, 관측 자료를 이용하여 기온 및 해수면 온도, 수증기 및 구름, 복사장, 강수와 가뭄, 대기 순환의 변화에 초점을 맞추어 살펴보았다.
감사의 글
본 연구는 기상청 기상지진개발사업 (CATER 2006-4204) 및 국립환경과학원(Grant NO. 1600- 1637-303-210-13)의 지원으로 수행되었습니다. 논 문을 자세히 읽어주시고, 조언해 주신 심사위원들 께 감사드립니다.
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