본 연구는 영국기상청에서 개발된 지역기후모델 Hadley Centre Global Environmental Model version 3 regional climate model (HadGEM3-RA)로부터 모의된 동아시아 지역의 기온과 강수 결과를 평가하였다. HadGEM3-RA 는 Coordinated Regional climate Downscaling Experiment-East Asia (CORDEX-EA) Phase II 영역에서 15년 (2000- 2014년) 모의되었다. 동아시아 여름 몬순에 의한 HadGEM3-RA 강수대 분포는 Asian Precipitation Highly ResolvedObservational Data Integration Towards Evaluation of water resources (APHRODITE) 자료와 잘 일치한다. 그러나, 동 남아시아 강수는 과대 모의하며 남한에서는 과소 모의한다. 특히 모의된 여름철 강수량과 APHRODITE 강수량은 남한 지역에서 가장 낮은 상관 계수와 가장 큰 오차크기(RMSE)를 보인다. 동아시아 기온 예측은 과소 모의하며 겨울철 오 차가 가장 크다. 남한 기온 예측은 봄 동안 가장 큰 과소 모의 오차를 나타냈다. 국지적 예측성을 평가하기 위하여 서 울기상관측소 ASOS 자료와 비교한 기온과 강수의 시계열은 여름철 강수와 겨울철 기온이 과소 모의하는 공간 평균된 검증 결과와 유사하였다. 특히 여름철 강수량 증가시 과소 모의 오차가 증가하였다. 겨울철 기온은 저온에서는 과소 모 의하나 고온은 과대 모의하는 경향이 나타났다. 극한기후지수 비교 결과는 폭염은 과대 모의하여, 집중호우는 과소 모 의하는 오차가 나타났다. 수평해상도25km로 모의된 HadGEM3-RA는 중규모 대류계와 지형성 강수 예측에서 한계를 보였다. 본 연구는 지역기후모델 예측성 개선을 위한 초기 자료 개선, 해상도 향상, 물리 과정의 개선이 필요함을 지시 한다.

본 연구에서는 ECHAM5 모델을 통하여 생산된 현재 및 A1B 미래 기후 변화 시나리오에 따른 미래기후 자료를 미 환경예측 센터의 분광모델인 RSM을 이용하여 역학적 규모축소를 수행하였다. 현재 기후 모의는 1980-2000년 기간에 대하여 수행되었으며, 미래 기후 모의는 2040-2070 기간에 대하여 CORDEX에서 제시한 동아시아 영역에서 수행되었다. RSM의 현재 기후 모의 검증을 통해 이 모델이 기후 관점에서 대기 상태를 적절히 모의함을 판단할 수 있었다. 미래 기후 모의 결과를 현재 기후 모의 결과와 비교하여 본 결과, 여름철에 열대 해양, 남아시아, 일본 부근에서 강수가 증가하였으며, 겨울철에는 서북 태평양 지역과 열대 인도양에서 강수가 증가하였고 열대 동인도양에서는 감소하였다. 동아시아 강수의 기후장에 있어서는 미래 기후가 현재와 큰 차이를 보이지 않지만 2050년 이후의 여름철 강수는 점차 증가하는 추세를 나타내고 있다. 미래 기후의 지상 온도는 현재와 비교해 볼 때 명확한 상승이 분석되었다. 대기장에 있어서는 미래 기후에서 지구 온난화에 대한 반응으로 전체적으로 온도와 지위고도장이 증가하는 변화를 나타내었으며 이에 따라 상층 기압골이 발달함을 보였다.

We projected the temperature changes in the mid-21st century with Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5 and RCP8.5 using the temperature data simulated by four regional climate models (RCMs: WRF, CCLM, MM5, RegCM4) in Korea. The simulation area and spatial resolution of RCMs were the CORDEXEA (COordinated Regional Climate Downscaling Experiment-East Asia) area and 25 km, respectively. We defined the temperature change as the difference (ratio) between the average annual temperature (IAV: Interannual Variation) over the projected 25 years (2026-2050) and that over the present 25 years (1981-2005). The fact that the average annual temperature bias of the four RCMs is within ±2.5°C suggests that the RCM simulation level is reasonable in Korea. Across all RCMs, scenarios, and geographic locations, we observed increased temperatures (IAV) in the mid-21st century. In RCP4.5 and RCP8.5, 1.27°C and 1.57°C will be increased by 2050, respectively. The ensemble suggests that the temperature increase is higher in winter (RCP4.5: 1.36°C, RCP8.5: 1.75°C) than summer (RCP4.5: 1.25°C, RCP8.5: 1.49°C). Central Korea exhibited a higher temperature increase than southern Korea. A slightly larger IAV is expected in the southeastern region than in the Midwest of Korea. IAV is also expected to increase significantly in RCP4.5 (summer) than in RCP8.5 (winter).

In this study, a high-resolution daily data set of surface weather were obtained from PRIDE(PRISMbased Dynamic downscaling Error correction) model for the period of 2000 to 2017 over South Korea. The simulation data of five RCM(Regional Climate Model) were also used which are forced by the CMIP6 participating model UK-ESM as the boundary condition under historical period (2000-2014) and SSP 5-8.5 period (2015- 2017). Here we compared the RCM data and the PRIDE data with MK-PRISM data in terms of ensemble mean and ensemble spread. Results show that the PRIDE model effectively eliminates systematic error in the RCM up to 63.0% for daily average temperature, 72.2% for daily maximum temperature, 68.2% for daily minimum temperature, and 28.7% for daily precipitation when evaluated from the RMSE perspective. Overall, the ensemble spread of the PRIDE model is significantly decreased from 1.46°C to 0.36°C for daily temperature and from 2.0 mm/day to 0.72 mm/day for daily precipitation compared to the RCM ensemble spread, indicating that the largest systematic error of the RCMs is effectively removed in the PRIDE model.

This study analyzed future projections on daily mean values and extremes for temperature and daily precipitation over Seoul metropolitan city using bias-corrected high-resolution multi-regional climate models. The factors of uncertainty for the future projection of climate variables were defined. In the time series analysis of future projections for regional climate models, the average daily temperature and the number of days of the hot day-hot night were predicted to have a stable trend in the RCP2.6 scenario, and showed a tendency to increase continuously in the RCP8.5 scenario. The daily mean precipitation and RX1day (annual daily maximum precipitation) had large annual variabilities in the models. In the estimation of the fraction of total variance, the daily mean temperature was dominated by the internal variability in the early 21st century and the most contributing to the scenario uncertainty in the late 21st century. The daily mean precipitation showed a remarkable contribution from the internal variability over the entire period. The number of days of the hot day-hot night showed a similar contribution pattern to that of the daily mean temperature. For the RX1day, the internal variability dominated over the entire period, and the scenario uncertainty had little contribution. This study will help establish more scientific climate change adaptation policies by providing the uncertainty information for future climate change projection.

In this study, uncertainty ranges for bias-corrected temperature and precipitation in seven metro-cities were estimated using nine GCM-RCM Matrix, and climate changes were predicted based on the corrected temperature and precipitation. During the present climate (1981-2005), both uncertainties for annual temperature and precipitation and differences in regional uncertainties were reduced by bias correction methods. Model’s systematic errors such as cold bias of surface air temperature and underestimated precipitation during the second-Changma period were improved by a bias correction method. Uncertainties of annual variations for bias corrected temperature and precipitation were also decrease. Furthermore, not only mean values but also extreme values were improved by bias correction methods. During the future climate (2021-2050), differences in temperature and precipitation between two RCP scenarios (RCP4.5/8.5) were not quite large. Temperature had an obvious increasing tendency, while future precipitation did not change significantly compared to present one in terms of mean values. Uncertainties for future biascorrected temperature and precipitation were also reduced. In mid-21st centuries, models prospected that mean temperature increased thus lower extremes associated with cold wave decreased and upper extremes associated with heat wave increased. Models also predicted that variations of future precipitation increased thus the frequency and intensity of extreme precipitation increased.

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.

In this study, global climate change scenario by Hadley Centre Global Environmental Model version 2-Atmosphere and Ocean (HadGEM2-AO) is dynamically downscaled using four regional climate models (RCMs). All RCMs with 12.5-km and 50-km resolution are integrated for continuous 27 years (1979-2005). In general, RCMs with higher horizontal resolution more reasonably capture the spatial distribution of precipitation over South Korea compared to those with lower resolution. In particular, heavy precipitation regions related to complex mountain ranges are well simulated due to detailed topography in RCMs with higher resolution. Difference between RCMs with dissimilar resolutions is relatively robust in summer compared to other seasons. This could be associated with that higher resolution and detailed topography lead to more realistic simulation of heavy summer precipitation related to mesoscale phenomena.

본 연구에서는 신뢰할 만한 기후변화정보를 생산하기 위하여 CORDEX 권고사항을 바탕으로 5개의 지역기후모델을 이용하여 동아시아 지역의 상세 기후변화 시나리오를 생산하였고, 관측과의 비교를 통하여 모델 성능을 평가하였다. 이후 현재(1981~2005년)와 미래(2025~2049년) 기후전망 자료의 비교를 통하여 강수와 지상온도에 대한 기후변화 전망을 수행하였다.동아시아 강수와 온도에 대한 개별 모델의 모의성능을 검증하기 위하여 Historical 실험 결과를 관측자료와 비교하였다. 모든 모델이 남중국해를 포함한 아열대 태평양의 강수를 과다 모의하고, 벵골만 부근에서 강수를 과소 모의하였다. 동아시아 몬순 강수대는 모든 모델에서 비교적 현실적으로 모의되어 중위도 지역의 강수 오차는 작게 나타났다. 그리고 모든 모델이 0.7 이상의 공간상관관계를 보이며 동아시아 지역의 강수 공간 분포를 현실적으로 모의하였다. 지상온도의 경우 모델 모두 관측자료에 비하여 동아시아 대륙에서 한랭편차를 갖는 공통된 문제점이 나타났지만, 높은 공간상관관계를 보이며 비교적 현실적인 동아시아 온도를 모의하였다. 이러한 결과는 지역기후모델을 이용하여 산출된 미래 기후변화시나리오가 신뢰할 만하다는 것을 의미하기도 한다.미래 기후변화에서 강수의 경우 모델 모두 전반적으로 열대지역에서 강수가 증가하고, 아열대 북서태평양 부근에서 강수가 감소하는 패턴을 보였다. 5개 모델 결과를 단순 평균 앙상블한 결과, 중위도 부근에서 대류성 강수는 증가하는 반면 비대류성 강수는 감소하였다. 대류성 강수의 증가는 지구 온난화에 의한 대기불안정도의 증가, 비대류성 강수의 감소는 제트기류의 약화뿐만 아니라 북서태평양 고기압의 확장과 관련이 있을 수 있다. 지상온도의 경우에 모든 모델에서 전반적인 온도 상승이 나타나고 고위도에서 상승이 뚜렷한 패턴을 보였다. 이들 모델의 앙상블 평균 결과 해양에 비해 대륙에서 온도가 크게 증가되었는데, 지구온난화에 의해 비열이 작은 대륙에서 장파 복사량이 크게 증가하여 온도 증가율이 더 크게 나타나는 것으로 추정된다. 그리고 대륙에서 최저온도가 최고온도보다 상대적으로 뚜렷하게 증가하였다.기존의 단일 지역기후모델 대신 다중 지역기후모델을 이용함으로써 동아시아 강수와 온도 전망의 불확실성이 감소되어 신뢰할 만한 기후변화전망 자료 생산이 가능해졌다. 이를 기반으로 동아시아 몬순, 태풍, 가뭄, 열파 등의 극한 기후에 대한 전망을 산출할 계획이다. 더 나아가 이렇게 신뢰도가 확보된 기후변화전망자료는 농업, 수산업 등 다양한 분야에 기초자료로 활용될 것이다.

본 연구에서는 전지구 기후모델의 성능을 평가함에 있어 기후 요소와 평가 지표에 따른 분석 결과의 다양성에 대해 살펴보고자 하였다. 미국 남동부 지역을 대상으로 17개의 CMIP5 GCM의 강우량, 일 최대 최저기온, 풍속에 대한 과거기간(1950~2000)의 모의 결과를 같은 기간의 관측치와 비교한 오차와 상관도를 이용하여 정량적으로 평가하였다. 기후 모델 산출물을 효과적으로 분석하기 위해 격자 단위 관측 자료를 평가기준으로 사용하였으며 다양한 형태의 기상 특성에 대한 모의 성능을 다각적으로 진단하기 위해 기후 정보(평균적 기후 통계량, 시간 변동성, 극한 사상 빈도 등)를 16개 지표로 정의하여 평가에 적용하였다. 또한 산정된 오차와 상관도를 기반으로 대상지역에 대한 기후요소별 GCM 성능 순위를 도출하여 비교하였다. 연구 결과, 기온에 대한 기후 특성에 대한 모델 재현성은 전반적으로 뛰어난 반면 강우량 및 풍속에 대한 모델 성능은 일 변동성을 제외한 대부분 지표들에 대해 비교적 낮은 것으로 나타났다. 더불어 모델의 정확도 순위는 기후 요소, 평가 지표, 그리고 오차 산정 방법에 따라 다양하게 나타남을 확인하였다. 특히 IPSL-CM5A-LR 모델은 대상지역에 대한 적용성이 현저히 낮은 것으로 나타났다. 본 연구는 다양한 기후변화 영향 연구에 적합한 모델 선정과 기후 모델의 불확실성을 고려한 합리적 미래 예측을 위해서는 다각적이고 면밀한 모델 평가가 선행되어야 함을 시사한다.

본 연구에서는 지역기후모델(RegCM4)로 모의한 남한지역에서의 월 평균기온 및 최고/최저기온 자료의 모의수준을 개선하기 위해 모델의 모의자료와 남한의 59개 관측지점자료를 이용하여 선형 회귀식을 개발하였다. RegCM4의 25년(1981~2005년) 모의자료 중 20년(1981~2000년)의 자료를 이용하여 선형 회귀식을 개발하고 그 결과를 남은 5년(2001~2005년)에 적용하여 모의수준 향상을 평가하였다. 선형 회귀식은 RegCM4가 모의한 지상 2m 기온자료를 예측인자로 이용하는 방법(LR_T2m)과 모델의 잠재예측인자 중 관측기온(평균, 최고/최저)과 가장 높은 상관성을 보이는 예측인자를 선택하는 방법(LR_Corr)으로 나누어 연구를 수행하였다. 전반적으로 선형 회귀 기법들은 지리적 위치, 계절 및 변수에 관계없이 기온의 정확도를 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 그 결과 RegCM4의 각 계절별 평균기온 및 최고/최저기온 모의결과에서 나타나는 여름철 내륙에서의 한랭편이와 겨울철 해안가의 온난편이 현상을 크게 감소시켜 관측과 유사한 공간분포를 보였다. 선형 회귀 기법 2가지 모두 계절별 평균기온 및 최고/최저기온의 공간상관계수, 편이 그리고 평균제곱근오차를 계절에 관계없이 각각 0.90 이상, -0.68℃ 및 1.35℃ 이하로 향상시키는 성능을 보였다. 하지만 LR_T2m 기법과 LR_Corr 기법은 매우 유사한 성능을 보여 두 기법 간의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다.