온실기체의 증가는 폭염, 혹한, 호우, 폭설 등과 같은 극한기후사상을 빈번하게 발생시켜서, 사회경제시스템과 자연환경에 커다란 영향을 미친다. 우리나라도 최근 연평균기온이 상승(0.27℃/10년)하는 경향이 나타나고, 특히 겨울철 평균기온의 상승률(0.5℃/10년)이 크다. 지역별로는 도시화 영향까지 받는 수도권 및 광역시의 기온 증가율이 주변 지역보다 크다. 한반도 여름철 강수량도 유의한 증가(55mm/10년)를 보였다. 극한기후 현상일수 중 서리일수, 얼음일수, 일최저기온 0℃ 미만 일수 등 저온현상은 감소하고, 일최저기온 25℃ 이상 일수 등 고온현상은 증가했다. 한반도 미래기후전망은 사용하는 시나리오에 따라 달라진다. 예를 들어, IPCC SRES A1B 시나리오를 이용하면 한반도 연평균기온 상승폭은 21세기 후반(2071-2100년)에 지역에 따라 13.2∼18.8℃(2.6∼5.6℃ 편차)로 전망된다. RCP 8.5를 이용하면, 같은 기간에 연평균기온은 13.9∼19.2℃, RCP 4.5를 이용하면 11.2∼16.7℃로 전망된다. 이러한 기온 상승 조건에서 서리일수, 결빙일수의 발생 빈도는 줄어들고, 여름일수, 열대야일수, 폭염일수, 식물성장기간의 발생일수는 증가하는 것으로 전망된다. 규모의 차이는 있지만, 모든 기후변화시나리오가 한반도의 기온상승과 극한기후현상 발생빈도와 강도의 증가를 전망하고 있다.

The present study aims to analyze climate change and trend of extreme temperature events occurred over the Republic of Korea. The observation data used are daily average, maximum, and minimum temperature from 6 weather stations for the period of 1912-2020. Seven extreme indices regarding frequency and extreme value of temperature are calculated in seasonal and annual time range. In addition, hot extremes and their changes by four physical terms that include information on the annual mean temperature, the amplitude of the annual cycle, the diurnal temperature range and the local temperature anomaly on the day of the extreme are analyzed. The climatology for the analysis is updated to the new normal year of 1991-2020. Consistent with the previous findings, statistically significant change was detected in the indices of annual lowest daily minimum temperature, annual extreme temperature range, frequency of daily minimum temperature below -12℃ and 10%ile(TN10p) during winter. Due to the gradual decrease of the occurrence days regarding the extreme minimum temperature during winter, the frequency calculated by the relative threshold in extreme high temperature during summer prevail since 1990s. Indices related with extreme high temperature had larger low-frequency variability than significant climate change during the analysis period. However, the assessment of hot extremes according to the terms describing mean, variability and tails during the new normal year of 1991-2020, significant increasing trend was detected not only in the annual mean and the amplitude of the seasonal cycle, but also in the daily hot extreme anomaly.

This paper has presented not only the spatial coverage change of climate extreme events in summer and winter seasons during the period of 2000-2017, but also their future projections in 2021-2100, South Korea through analysis of a Combined Climate Extreme Index (CCEI). The CCEI quantifies the spatial coverage of climate extreme events based on a set of five indicators. MK (Modified Korean)-PRISM (Parameter-elevation Regression on Independent Slopes Model)v1.2 (1×1km) and RCP scenario data (1×1km) were applied to CCEI. Results indicated that in average, 21.7% of the areas in the summer and 23.6% in the winter experienced climate extremes from 2000 to 2017 regardless of types of climate extreme events in South Korea. The summer of 2003 and 2009 was relatively cool and humid, while the summer of 2014 and 2015 was cool and dry and the summer of 2016 was warm and dry. The extreme events with much above normal maximum and minimum temperature during the study period were detected but not much below normal maximum and minimum temperature after 2015. For RCP2.6 and RCP8.5 scenarios, there were statistically significant trends with spatial coverage expansion of climate extreme events in the future. It might be concluded that climate extreme events in the summer and winter seasons were affected simultaneously by two or more indicators than a single indicator in South Korea.

In order to protect the lives and property of citizens, the central and local governments are responding by enacting municipal ordinances and regulations as the frequency of extreme weather conditions due to climate change increases and intensity increases gradually. Accordingly, the basic contents and strategies of domestic and foreign policies to cope with cold and heat waves were reviewed, referring to measures suitable for application to the Daegu metropolitan area. In addition, it is intended to provide a policy alternative to Daegu metropolitan area to minimize damage from extreme weather by identifying the current status, characteristics, and future prospects of extreme weather in Daegu metropolitan area. Since the damage caused by the cold wave in Daegu area is not as great as that of other regions, it is urgent to come up with cold wave measures for the health and transportation sectors, and to come up with measures against the heat wave as the damage caused by the heat wave is the most serious in the country. Also we will identify spatial characteristics so that the districts and counties with high vulnerability to extreme weather can be identified and implemented first, and present civic life-oriented facilities and civic action guidelines to overcome cold and heat waves.

본 연구의 목적은 금강유역(9,645.5 km2)을 대상으로 극한 기후변화 사상에 따른 수문 및 유황의 변동을 평가하는 것이다. 본 연구에서는 객관적인 극한 기후변화 사상을 평가하기 위해 강우관련 극한지수(STARDEX)를 적용하고, GCM 10개의 RCP 8.5 기후변화 시나리오에 대해 4개의 평 가기간별(Historical: 1975~2005, 2020s: 2011~2040, 2050s: 2041~2070, 2080s: 2071~2100)로 분석하였다. 분석 결과 5개의 습윤 (CESM1-BGC, HadGEM2-ES), 중간(MPI-ESM-MR) 건조(INM-CM4, FGOALS-s2) 극한 기후변화 사상 시나리오를 선정하여 SWAT 모형에 적용하였다. 2080s 기간에서 중간시나리오 대비 2080s의 증발산은 -3.2~+3.1 mm로 변화하였고, 2080s의 총 유출량은 +5.5~+128.4 m3/s 변화하였다. 건조한 시나리오의 경우 2020s 중간시나리오대비 큰 변화를 보였다. 건조한 시나리오에서의 2020s의 증발산량은 -16.8~-13.3 mm 의 변화를 보였고, 총 유출량은 -264.0~132.3 m3/s의 변화를 보였다. 유황 변동의 경우, 2080s 기간의 습윤한 시나리오에서 CFR은 +4.2~+10.5, 2020s 기간의 건조한 시나리오에서는 +1.7~2.6으로 변화 하였다. 극한 기후변화 시나리오를 적용한 금강유역의 수문인자의 변화에 따라 유황분 석을 실시한 결과, INM-CM4는 극한 건조상태를 나타내기에 적절한 시나리오로 나타났고 FGOALS-s2는 유황변동이 큰 가뭄 상태 분석에 적절한 시나리오로 나타났다. HadGEM2-ES는 유황변동이 작게 나타났기 때문에 최대유량 분석 시 활용 가능한 시나리오로 평가되었고, CESM1-BGC 의 경우 유황변동이 큰 것으로 나타나 극한 홍수 분석 시 적용할 수 있는 시나리오로 평가되었다.

Regional climate simulations for the CORDEX East Asia domain were conducted between 1981 and 2100 using five models to project future climate change based on RCP2.6, 4.5, 6.0, and 8.5 scenarios. By using the ensemble mean of five model results, future changes in climate zones and four extreme temperature events of South Korea were investigated according to Köppen-Trewartha’s classification criteria. The four temporal periods of historical (1981-2005), early future (2021-2040), middle future (2041-2070), and late future (2071-2100) were defined to examine future changes. The analysis domain was divided into 230 administrative districts of South Korea. In historical (1981-2005) period, the subtropical zones are only dominant in the southern coastal regions and Jeju island, while those tend to expand in the future periods. Depending on the RCP scenarios, the more radiative forcing results in the larger subtropical zone over South Korea in the future. The expansion of the subtropical zone in metropolitan areas is more evident than that in rural areas. In addition, the enlargement of the subtropical zone in coastal regions is more prominent than that of in inland regions. Particularly, the subtropical climate zone for the late future period of RCP8.5 scenario is significantly dominant in most South Korea. All scenarios show that cold related extreme temperature events are expected to decrease and hot related extreme temperature events to increase in late future. This study can be utilized by administrative districts for the strategic plan of responses to future climate change.

최근 극심한 기후변화로 인하여 재해기상 현상의 발생 빈도와 강도가 증가하고 있다. 우리나라의 자연재해 피해는 대부분 극한 강수 현상과 연관되어 있기 때문에 미래 재해 피해를 줄이기 위해서는 기후변화로 인한 극한 강수 현상의 변화를 정확히 예측해야 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 지역기후모델을 이용하여 생산한 한반도 상세 기후변화 시나리오의 미래 극한 강수 지수 변화를 분석하였다. 5개의 지역기후모델로 생산한 현재 25년 실험값과 RCP8.5 기후변화 시나리오 기반의 미래 25년 실험값을 비교해 STARDEX 극한 강수 지수의 변화를 산출하였다. 지역기후모델이 모의한 격자 강수값을 230개 시군구 단위로 2중 선형 내삽한 후, 각 단위의 STARDEX 극한 강수 지수를 계산하였다. 그 결과 기상청 HadGEM3-RA 모델을 제외한 4개의 지역기후모델이 남한지역의 미래 극한 강수가 현재보다 증가한다고 예측하였는데, 특히 한반도 남부 지역에서 증가폭이 크게 나타났다. 또한 중부 지방의 가뭄지속기간이 현재보다 더욱 길어질 것으로 모의되었다. 본 연구를 통하여 산출된 미래 극한 강수 지수의 변화가 남부 지방의 집중 호우와 중부 지방의 가뭄과 같은 풍수해 대책 수립에 중요한 기초 자료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

본논문에서는미래극한기후의변화를확인하고자지역기후모형을이용하여, STARDEX에서제시한극한지수를계산하고 경향성 분석을 통해 미래 극한기후의 지속성과 공간적 분포의 변화양상을 파악하였다. 강수관련 극한지수를 분석한 결과, 수도권과 경기도, 강원도 영동지역, 남해안 지역에서 증가경향성이 확인되었고, 중부 내륙지역에서는 감소경향성이전망되었다. 기온관련 극한지수를 분석한 결과 기후변화로 인해 미래 우리나라의 평균 기온이 현재보다 증가하는 것을알 수있었다. 강수관련 극한지수중 집중호우 한계점은경향성에대한기울기값이 서귀포에서0.229, 지속기간5일최대강수량은 서귀포에서 5.692, 최대 건조지속기간은 속초에서 0.099로 확인되었다. 기온관련 극한지수 중 Hotdays한계점의경향성에대한기울기값은인천에서0.077, 최대혹서기기간은울진에서0.162, Coldnight한계점은인제에서0.075, 동결일수는 통영에서 -0.193으로 확인되었다.

전 세계적으로 기후변화와 변동으로 인해 기온, 강수 등의 수문수환 요소들이 과거와는 다르게 빠른 속도로 변하고 있다. 이에 따라 기후변화가 수문학적 극한사상에 미치는 잠재적 영향은 지난 수십 년간 수자원 공학 관련 분야에 많은 관심을 이끌어 왔으며 많은 선행 연구들은 극한 수문사상의 규모 및 빈도가 증가한다는 결과를 보여주었다. 또한 최근 들어서 설계규모를 넘어서는 극한강우사상의 발생은 다양한 수공구조물 들과 수자원 관련 방재체계를 파괴하는 원인이 되고 있다. 또한 최근 들어 이들의 출현빈도는 점차 증가하고 있으나 규칙적인 패턴이나 일정한 주기에 따라 발생하지 않는 것이 큰 특징이라 할 수 있다. 본 논문에서는 2008년 김 병식 등(2008)이 제시한 강우와 온도에 관한 극한지수 총 10개 항목을 우리나라 전역에 적용하였다. 이 논문에서 제시한 일 강우와 기온의 극한지수 산정방법을 근거하여 우리나라 전역에 위치한 기상청 산하 총 59개 관측소의 과거자료(1980년~2005년)를 분석하고, 새로운 기후시나리오를 근거하여 3개의 기간(Period1：2011년~2040년, Period2 2041년~2070년, Period3：2071년~2099년)으로 구분하여 미래극한지수 변화를 전망하였고 각 기간별 연별, 월별 극한지수를 평균하여 각 기간을 비교분석 하였다. 미래로 갈수록 강수, 기온과 증발산이 증가하고 있었으며 특히, 21세기 말에는 2월과 12월의 평균기온이 영상으로 2월과 12월에도 증발산량의 증가를 확인할 수 있었다. 증발산량에 대한 강수량의 비율 또한 전반적으로 미래로 갈수록 증가하고 있어서 미래 기후에서 가뭄 위험도가 증가하리라 전망되었다. 이를 확인하기 위하여 가뭄지수를 이용한 분석에서도 미래로 갈수록 전반적으로 발생 빈도수가 증가되고 있음을 확인하였다. 대부분의 선행연구에서는 미래로 갈수록 극한강수의 비정상성이 증가되리라 전망하고 있다.

최근 기후변화로 인한 강우의 변화는 지역적 집중현상이 심화되어 도시지역의 배수단면 부족으로 인한 내수침수 피해 증가 및 상대적으로 취약한 도시외각 절개지 붕괴 등으로 2차 피해가 가중되고 있다. 또한 기후변화의 영향으로 인하여 지속기간별 강우량의 크기가 증가하고 기준강우량의 발생빈도가 증가하고 있다. 도시지역의 홍수피해 직접적인 원인으로는 외수의 범람에 의한 침수와 내수 배제불량으로 침수피해로 구분할 수 있으며 최근 도시지역에 발생하는 홍수피해의 대부분은 외수의 직접범람에 의한 피해보다는 각종 수리구조물의 배제능력 부족이나 방류지점에서의 배수위의 영향으로 인한 내수의 배제불량에 기인한 피해가 증가하는 추세이나 이는 환경적 변화에 따른 기후변화가 중요한 원인이 되고 있다. 이에 본 연구는 국내의 주요도시(1개 특별시, 6개 광역시)에 대하여 강우분석을 실시하여 확률강우량을 초과하는 사상에 대하여 분석하고 초과사상에 대한 확률강우를 재 산정하였다.

본 연구에서는 제주도 극한기후사상의 특성 및 변화를 파악하고, 이에 대한 전구연평균기온과 대규모 기후변동성의 영향을 조사하였다. 제주도의 연평균기온, 연평균 최고기온, 연평균 최저기온은 모두 상승하지만, 연강수량은 뚜렷한 변화경향이 나타나지 않았다. 더위 관련 지수 중 온난야율, 열대야일수는 제주와 서귀포에서, 열대일수는 서귀포에서 증가했고, 추위 관련 지수인 서리일수는 제주, 서귀포, 성산에서 감소하였다.호우관련 지수인 10mm 이상 강수일수, 5일 최대강수량, 95퍼센타일 호우율은 서귀포에서만 증가경향이 나타났다. 제주의 겨울 강수일수와 서리일수는 전구연평균기온, Niño 3.4 해수면온도 아노말리, 남방진동지수, 북극진동지수와 밀접한 관련이 있어서, 변동성의 설명력이 높게 나타났다. 또한 온난화가 지속될 경우 제주도의 온난야율과 열파지속일수가 모든 지점에서 증가할 것으로 전망되었다.

최근 수공시설물의 설계규모를 넘어서는 극한 강우사상이 발생하여 홍수방어를 위하여 구축된 수리구조물이 파괴 되는 등 많은 홍수피해가 발생하고 있다. 따라서 극한 강우사상의 시공간적 발생 특성을 파악하고 미래의 기후변화하에서 극한강우사상이 어떻게 변화하고 설계수명기간(Design period)동안 분포 특성이 어떻게 변화할지를 이해하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 논문에서는 미래의 기후변화가 극한 강우에 어떠한 영향을 미치는지를 평가하기 위해 기후변화 시