본 연구에서는 HadGEM2-AO 자료를 처방한 RegCM4를 이용하여 CORDEX 동아시아 영역에 대한 27년(1979-2005)간의 장기적분을 수행하였고, 기온과 강수에 대한 모의성능을 분석하였다. RegCM4는 전반적으로 기온의 공간분포, 계절 및 경년변동을 현실성 있게 잘 모의한 반면, 강수의 경우 시 공간 분포를 적절히 모의하지 못하였다. 특히, RegCM4는 동아시아 여름몬순에 의한 강수대를 위도 30˚N 이하에서 정체하게 모의하면서 여름철 남한의 강수를 매우 과소하게 모의하였다. HadGEM2-AO를 적용한 RegCM4는 기온모의에서는 재분석자료를 처방한 경우와 유사한 모의성능을 보이지만, 강수모의에서는 현저히 낮은 모의성능을 보였다. 이는 여름철 남서풍을 상대적으로 저위도에 치우치게 모의하는 HadGEM2-AO의 특성이 RegCM4에 영향을 주어 동아시아 여름몬순 강수대의 발달-쇠퇴과정을 RegCM4가 적절히 모의하지 못하면서 나타난 결과로 판단된다.

본 연구에서는 CORDEX 동아시아 영역에서 경계조건(ERA-Interim, NCEP/DOE2) 및 적운모수화방안(Grell, Emanuel)이 2010년 7월에 공개된 지역기후모델(RegCM4)의 모의성능에 미치는 영향을 평가하기 위해 1989년에 대해 총 4개의 민감도 실험(EG, EE, NG, NE)을 수행하였다. 남한에서의 기온, 강수에 대한 RegCM4의 모의성능을 분석하기 위해 기상청의 기온, 강수자료를 이용하였다. RegCM4는 경계조건 및 적운모수화방안에 관계없이 기온의 공간분포, 계절변동을 잘 모의한 반면, 모든 실험에서 강수의 시 공간 분포를 적절히 모의하지 못하였다. 특히, EG, NG, NE 실험은 여름 강수를 관측보다 현저히 적게 모의하는 등 강수의 계절변동을 전혀 모의하지 못하고 있다. 하지만 EE 실험에서는 여름 강수를 포함하여 계절변동을 상대적으로 잘 모의하였다. 동아시아 여름 몬순 및 강수강도별 강수량, 강수빈도 모의에서도 EE 실험이 우수한 모의성능을 보였다. RegCM4는 경계조건에 관계없이 기온, 강수 모두 여름보다는 겨울에, Grell 보다는 Emanuel 방안을 적용할 때 높은 모의성능을 보였다. 또한 전체적으로 모의성능은 경계조건보다는 적운모수화방안에 더 큰 영향을 받는다.

We estimated changes in temperature-related extreme events over South Korea for the mid and late 21st Century using the 122 years (1979-2100) data simulated by RegCM4 with HadGEM2-AO data as boundary conditions. We analyzed the four extreme events (Hot day: HD, Tropical day: TD, Frost day: FD, Icing Day: ID) and five extreme values (Maximum temperature 95/5 percentile: TX95P/TX5P, Minimum temperature 95/5 percentile: TN95P/TN5P, Daily temperature range 95 percentile: DTR95P) based on the absolute and relative thresholds, respectively. Under the global warming conditions, hot extreme indices (HD, TD, TX95P, TN95P) increase, suggesting more frequent and severe extreme events, while cold extreme indices (FD, ID, TX5P, TN5P) decrease their frequency and intensities. In the late 21st Century, changes in extremes are greater in severe global warming scenario, RCP8.5 rather than RCP4.5. HD and TD (FD and ID) are expected to increase (decrease) in the mid 21st Century. The average HD is expected to increase by 14 (17) days in RCP4.5 (8.5). All the percentile indices except for DTR95P are expected to increase in both RCP4.5 and RCP8.5. In the late 21st Century, HD and TD are significantly increased in RCP8.5 compared to RCP4.5, but FD and ID are expected to be significantly reduced. HD is expected to increase mainly in the southwestern region, twice (+41 days) in RCP8.5. TD is expected to increase by 17 days in RCP8.5, which is 5 times greater than that in RCP4.5. TX95P, TN95P and TX5P are expected to increase by about 2°C and 4°C in RCP4.5 and RCP8.5, respectively. TN5P is expected to increase significantly by 4°C and 7°C in RCP4.5 and RCP8.5, respectively.

We investigated on the proper combination of physical parameterization schemes of RegCM4.0 for the simulation of regional climate over CORDEX-East Asia Phase 2 domain. Based on the Lee(2016)’s sensitivity experiments for the four combination using two land surface schemes and two cumulus parameterization schemes during 5 years (1979-1983), we selected the two combinations (CE: CLM+Emanuel and BG: BATS+Grell). The ERA-Interim was used as lateral boundary data of RegCM4.0 for the two experiments during 25 years (1981-2005). Simulation skills of temperature were similar in the two combination of physical processes irrespective of seasons and locations. However, there were a substantial differences in the simulation skills of precipitation according to the combination of physical processes, which were better in CE than BG combination. In general, the CE combination better simulated the precipitation characteristics in July and August over South Korea than BG combination, in terms of frequency and amount of precipitation according to the intensity. The superior skills of CE in simulating precipitation over South Korea can be related to the better simulation of seasonal march of the East Asian summer monsoon including the location and intensity of the North Pacific high pressure system than BG. The results suggested that the CE combination can simulate the climate characteristics in the CORDEX East Asia Phase 2 region better than the BG combination.

We conducted dynamic downscaling using the RegCM4.0 with 25 km of horizontal resolution over CORDEX-East Asia phase 2 domain for the current climate (1981-2005) and evaluated its performance using various reference datasets. The HadGEM2-AO with about 110 km of horizontal resolution provided by the Korea Meteorological Administration (KMA) was used as the forcing data of RegCM4.0. the RegCM4.0 generally well simulated the spatial patterns of temperature and precipitation by representing geographical and topographic conditions, compared with HadGEM2-AO. In particular, the warm biases in Mongolia, northern China, and Russia during summer and cold biases in Tibetan Plateau, Mongolia, northeast China, and northern India during winter were reduced. However, the systematic wet (dry) biases of summer precipitation in the most of model domain (South Korea) were still remained. It was associated with the southward shifting of low-level jet caused by the weakened North Western Pacific High in HadGEM2-AO. In South Korea, the RegCM4.0 showed a better performance than HadGEM2-AO in terms of the magnitude and spatial variability of both temperature and precipitation. In particular, the RegCM4.0 performed better in simulating the ratio of extreme precipitation over 100 mm/day to total precipitation than HadGEM2-AO. The RegCM4.0 reasonably reproduced the frequency and inter-annual variability of heavy rainfall, frost day, and tropical night over South Korea.

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.