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.

This study investigates the simulation skills of RegCM4 for Diurnal Variations (DV) of temperature and precipitation over South Korea according to the Lateral Boundary Conditions (LBCs) using two sets of 30-yr (1981-2010) integration with two LBCs (RG4_HG2: HadGEM2-AO and RG4_ EH6: EHCAM6). In general, RegCM4 successfully reproduces the DV of temperature irrespective of LBCs and seasons. The DV of temperature is well captured in the coastal region compared to that over inland area irrespective of LBCs and season although the magnitude of DV is underestimated. However, it fails to simulate the early morning peak of precipitation irrespective of LBCs, in particular, for summer and autumn although it captures the late afternoon peak over the inland region. And the impacts of LBCs on the simulation skills of RegCM4 for the DV of precipitation are more prominent during summer than other seasons. As a result, the simulation skill of RG4_HG2 for the DV of temperature is better than RG4_ EH6, but the simulation skill for the DV of precipitation is opposite. In general, the impacts of LBCs on the simulation skills for the DV of temperature and precipitation of RegCM4 are different according to the season, time and geographic location.

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 한반도에서의 다양한 기후변화정보 생산 및 앙상블 기후변화 정보 산출을 위한 하나의 앙상블 멤버로서 ECHAM6를 경계자료로 이용한 RegCM4를 이용하여 동북아시아 지역에서의 현재 25년(1981~2005년)간의 상세 기후정보를 생산하였다. ECHAM6를 강제력으로 한 RegCM4(이하 RG4_EH6)의 현재기후의 재현성에 대한 객관적 비교를 위해 RegCM4의 모의환경을 Hong et al.(2013)의 연구와 동일하게 적용하였으며, Hong et al.(2013)에서 생산한 동일기간(1981~2005년)의 모의자료(HadGEM2-AO를 강제력으로 한 RegCM4, 이하 RG4_HG2)를 함께 비교 분석하였다. 생산된 기후 정보의 검증자료로 CRU-TS 3.21 기온/강수 자료와 기상청 소속 59개 관측지점의 강수자료, 그리고 R2 재분석 자료를 이용하였다. 전반적으로 RegCM4는 두 경계자료와 관계없이 CRU 기온, 강수자료와 비교하여 지형 및 지리적 위치에 따른 기온과 강수의 공간분포를 비교적 잘 모의하였다. 그러나 Hong et al.(2013)에서 언급한 바와 같이 RG4_HG2는 계절에 관계없이 기온을 낮게, 강수를 과소하게 모의하는 특성을 보였으며, 특히 여름철 남한강수를 약 -3mm/day 정도 과소하게 모의하였다. 반면, 본 연구의 RG4_EH6는 RG4_HG2보다 여름철 기온의 음의 편의를 작게 모의하는 특성을 보였으며, 겨울철 기온은 지역에 따라 CRU 기온보다 약 +0.5~+2.5℃ 정도 높게 모의하는 특성을 보였다. 강수 또한 여름과 겨울 모두 RG4_HG2보다 많이 모의하는 특성을 보여, 여름철 강수 모의는 개선되었지만 겨울철 강수를 상대적으로 과다하게 모의하는 문제를 보였다. 여름철 강수에 대한 두 실험의 차는 6월과 8월 모의강수 차에 의한 것이며 상대적으로 RG4_EH6가 RG4_HG2보다 남한의 여름철 강수 발생에 주된 영향을 주는 종관(예: 장마전선) 및 중규모 시스템(예: 열적불안정에 의한 대류활동)과 관련된 대기현상을 비교적 잘 모의하였기 때문인 것으로 보인다. 반면, 겨울철 강수의 경우 RG4_EH6가 RG4_HG2보다 상대적으로 남서풍 성분을 강하게 모의함에 따라 저위도의 온난 습윤한 공기의 이류가 강하게 발생한 것과 관련이 있는 것으로 판단된다. RegCM4는 경계자료에 관계없이 여름에 최대가, 겨울에 최소가 되는 기온의 계절변동 패턴을 비교적 잘 모의하였으나 대부분의 계절에서 기온을 낮게 모의하는 특성을 보였다. 강수의 경우 여름철 강수를 과소하게, 상대적으로 겨울철 강수를 과대하게 모의하면서 강수의 계절변동 폭을 상대적으로 작게 모의하였다. RG4_EH6는 봄철을 제외한 모든 계절에서 RG4_HG2보다 기온에 대한 편의 및 평균제곱근 오차는 작게, 공간 상관계수는 유사한 모의수준을 보였다. 또한 여름철 강수를 많게 모의하면서 RG4_HG2보다 개선된 결과를 보였다. 그러나 상대적으로 봄철과 겨울철 강수를 약 1.36~1.84mm/day 정도 과다하게 모의하는 특성을 보였다. 강수강도별 강수량 및 강수빈도 또한 RG4_HG2와 유사하게 약한 강수는 많이, 강한 강수를 적게 모의하는 특성을 보였으며, 8월 강수의 경우 상대적으로 100mm/day 이상의 강한 강수모의에서 RG4_HG2보다 더 나은 모의수준을 보였다. 본 연구결과는 앙상블 기후변화 전망자료 산출을 위한 하나의 앙상블 멤버로서 의의가 있으며 향후 수문과 농업, 방재 등과 같은 남한에서의 상세 기후정보를 필요로 하는 응용 연구 분야에서 기초자료로 활용 될 수 있을 것이다. 그러나 여름철 강수의 과소모의와 봄철 및 겨울철 강수의 과대 모의에서 나타나듯이 본 연구의 RG4_EH6의 모의 강수 또한 많은 선행연구들(Im et al., 2007; Park et al., 2008(b); Oh et al., 2014)의 결과와 유사하게 자료 내에 계통적 오차가 존재함을 보였다. 그러나 이는 대부분의 지역기후모델들이 갖는 한계로 향후 편의 보정 또는 다중 모델 앙상블 기법 등의 후처리 방법 등을 통해 어느 정도 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구결과는 Hong et al.(2013)의 RG4_HG2 결과와 비교할 만한 모의수준을 보였으며, 기온모의에 있어서는 대부분에 계절에서 개선된 결과를 보였다. 현재 본 연구에서는 RCP4.5와 RCP8.5에 근거한 미래 32년(2019-2050)간의 미래기후 변화 전망 정보를 RG4_EH6를 이용하여 생산 중에 있으며 본 연구결과를 바탕으로 현재 대비 미래 기후변화 전망 자료를 산출할 계획이다.

본 연구에서는 RCP2.6과 RCP6.0 시나리오에 근거한 HadGEM2-AO 자료를 RegCM4의 경계자료로 처방하여 남한을 중심으로 한 동북아시아지역에서의 미래 32년(2019-2050)간의 상세 기후변화정보를 생산하였다. RegCM4에 처방된 모의영역, 수평해상도(12.5km), 적운모수화방안 등의 모의환경은 미래 기후변화 전망 자료 산출환경의 일관성을 위해 RCP4.5와 8.5 시나리오에 대해 분석한 홍송이 외(2013)과 동일하게 하였다. 또한 홍송이 외(2013)에서 생산된 현재 및 미래(RCP4.5, RCP8.5) 기후정보를 함께 이용하여 현재 30년(1981-2010) 대비 미래 30년(2021-2050)간의 기온/강수 변화를 4개의 RCP 시나리오(2.6, 4.5, 6.0, 8.5) 별로 분석하였다. 본 연구에서는 모의결과의 검증자료로 CRU-TS 3.21 기온/강수 자료와 기상청 소속 59개 관측지점의 강수자료를 이용하였다. 전반적으로 RegCM4는 CRU 자료와 비교하여 지형 및 지리적 위치에 따른 기온, 강수의 공간분포를 잘 모의하였다. 그러나 상대적으로 기온을 낮게, 강수를 과소하게 모의하는 특성을 보였으며, 특히, 남한의 경우 RegCM4는 기온을 약 0.5∼2℃ 정도 낮게, 여름철 강수를 약 -3mm/day 정도 과소하게 모의하는 특성을 보였다. 남한의 여름철 강수의 계절내 변동 모의에서 RegCM4는 남한 전체가 본격적인 장마의 영향을 받기 전인 7월 초-중순까지는 관측과 유사한 강수량(bias: -1.09mm/day)과 계절내 변동(Corr.: 0.84)을 보였으나, 장마가 최대로 활성화 되는 7월 중순, 그리고 중규모 대류계와 태풍 등의 영향으로 국지성 집중호우가 주로 발생되는 8월 말까지 모의수준이 현저히 낮아졌다(bias: -4.02mm/day, Corr.: 0.41). 한편 7월 중순 이후 모의강수 중 대류성 강수 비율을 크게 모의하고 있어 RegCM4가 7월 중순이후 강수의 발생과정 변화는 남한의 강수특성을 어느 정도 모의하고 있는 것으로 판단된다. 또한, RegCM4는 50mm/day 이상의 강한 강수 모의에서 HadGEM2-AO 보다 더 나은 모의성능을 보였다. 현재(1981-2010) 대비 21세기 중반(2021-2050) 남한의 연평균 기온은 대부분 시나리오에서 현재보다 약 +0.97∼+1.50℃ 상승될 것으로 전망되었으며, 기온이 가장 크게 상승되는 계절은 RCP 시나리오에 따라 서로 상이하게 나타났다(봄: RCP2.6, 6.0, 여름: RCP8.5, 겨울: RCP4.5). 그러나 각 시나리오 별 계절 평균 기온변화 차이가 약 0.5℃ 이내로 작게 나타나고 있어 21세기 중반까지는 시나리오 별 남한의 기온 상승변화 차이가 뚜렷하지 않을 것으로 전망되었다. 남한에서의 강수는 대부분의 계절에서 증가 또는 감소가 뚜렷이 나타나지 않았다. 그러나 봄 강수의 경우 RCP4.5와 6.0 시나리오에서 증가가 전망되었고 이는 유의수준 5% 또는 10%에서 유의하게 나타났다. 여름강수의 경우 RCP 시나리오에 관계없이 남부지역에서는 약 +0.2∼+0.8mm/day 정도 증가되는 반면 중부지역은 약 -0.2∼-1.0mm/day 정도 감소될 것으로 전망되어 공간적으로 서로 다른 변화가 나타날 것으로 전망되었다. 21세기 중반 남한의 여름철 강수의 계절내 변동은 RCP 시나리오에 관계없이 현재와 유사할 것으로 전망되며, 상대적으로 7월 중순 이후 대류성 강수의 비율이 현재 보다 더 증가될 것으로 전망되었다(RCP2.6: +9.54%, RCP4.5: +3.85%, RCP6.0: +11.62%, RCP8.5: +4.89%). RCP 시나리오 별 남한에서의 강수강도 별 강수빈도 현재와 유사할 것으로 전망되며, 강수량에서는 RCP 시나리오에 따라 상이하게 나타났다. 즉, RCP6.0에서는 약한 강수는 증가되나 강한 강수는 감소가 전망되며, RCP4.5와 RCP8.5에서는 강한 강수에서 강수량이 상대적으로 크게 증가될 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 향후 수문과 농업, 방재 등과 같이 남한에서의 상세 미래 기후변화 정보를 필요로 하는 응용 연구 분야에서 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 그러나 강수에 대한 낮은 모의성능과 경계자료(예: HadGEM2-AO)에 따라 지역기후모델의 모의성능이 상이하게 나타날 수 있다는 점을 고려했을 때 본 연구결과만을 이용하기 보다는 다른 경계자료를 처방한 다양한 지역기후모델들의 모의결과를 함께 이용할 필요가 있다. 그리고 향후 다양한 통계적 기법(편의보정, 결정론적/확률론적 앙상블)들을 결합하여 모의결과의 예측수준을 향상시키는 연구를 수행한다면 평균 기후뿐만 아니라 집중호우, 가뭄 등과 같은 극한기후들에 대한 신뢰성 있는 정보도 함께 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, long term simulations for current(1979-2010) and future(2019-2050) climate over North-East Asian region were performed using RegCM4 driven by HadGEM2-AO provided by the KMA(Korean Meteorological Administration). The spatial resolution is 12.5㎞ and two RCP scenarios(4.5, 8.5) are applied for the future climate simulation. The RegCM4 simulates well the spatial and temporal variations of air temperature of current climate. However, it weakly simulates the intensity of rain band associated with the seasonal march of the East Asian summer monsoon and thereby significantly under simulates the summer rainfall and fails in reproducing the seasonal and spatial variations of precipitation. The 20-year averaged differences between current(1986-2005) and future(2031-2050) simulations showed that the temperature increases are generally greater in RCP8.5(1.93K) than RCP4.5(1.86K) and all the changes are statistically significant at 1% level. In general, the temperature increases are greater in the northern region(autumn, winter) than in the southern region(spring, summer) irrespective of RCP scenarios. The temperature over South Korea is expected to increase by 1.53K to 1.87K irrespective of RCP scenarios and seasons. The precipitation changes vary significantly according to the season and region irrespective of RCP scenarios and the changes of spring and autumn in the certain regions are statistically significant at 5% level. The precipitation over South Korea is expected to increase by +0.42㎜/day in RCP4.5 during spring but it is expected to significantly decrease during autumn(-0.35㎜/day) and in RCP 8.5 during summer(-0.30㎜/day).