기후의 예측성 1. 기후 예측성 2. 앙상블 평균과 예측성 3. Signal-to-Noise 비와 잠재 예측성

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1 기후의 예측성 1. 기후 예측성 2. 앙상블 평균과 예측성 3. Signal-to-Noise 비와 잠재 예측성
4. 다중모형 앙상블 예측 기법

2 1. 기후 예측성 기후 예측성은 장기 예보를 포함하는 그 이상의 시간에 대한 예측 수준을 의미
기후 예측 기술 향상에 다중 모형 앙상블(multi model ensemble)  예측 기법을 적용

3 2. 앙상블 평균과 예측성 N 개의 앙상블 멤버에서 모형의 에러 i 번째 예측의 에러 앙상블 평균 앙상블 평균의 예보 오차

4 3. Signal-to-Noise 비와 잠재 예측성
내부 변동성 : 각 해의 앙상블 평균으로부터 각 관측의 분산 앙상블 평균 분산 총 분산 모형의 오차 분산 모형의 예측성 평가 signal-to-noise 비 : 내부 분산에 대한 외부 강제 분산의 비

5 3개월 예보 시스템 기반 구축  GCPS 및 GDAPS의 예측 기후값(SMIP/HFP) 생산 : 강수 Summer
Winter

6 3개월 예보 시스템 기반 구축  SMIP 기후값과의 비교 : 강수 (HFP-SMIP)

7 3개월 예보 시스템 기반 구축 ANOVA : 예측성 특성 GCPS SMIP/HFP(SUM) GDAPS SMIP/HFP(SUM)
Forced variance Climate signals caused by external forcing Free variance Intrinsic transients due to natural variability

8 3개월 예보 시스템 기반 구축 HFP 예측의 Forced signal reduction 에 대한 분석
SMIP signal – SMIP/HFP signal (a) GCPS (b) GDAPS Absolute value of COV of Prcp & Central Equatorial Pacifc SST (c) GCPS (d) GDAPS Central Equatorial Pacific SST : 180E-220E, 5S-5N

9  APCC모델별 기후모의 및 특성 평가 (ANOVA)
Forced Variance Free Variance Signal-to-noise ratio

10 4. 다중모형 앙상블 예측 기법 두 모형의 앙상블을 통해 얻어지는 최종 예측
3개 이상의 다수의 예측결과를 이용한 다중모형 앙상블 예측 기법 각 모형의 가중치를 결정하는 법 각 모형사이의 교차 공분산 행렬을 이용 : 가우스-조던 (Gauss-Jordan) 소거법과 SVD (Singular Value Decomposition) 과거 값으로부터 모형이 최소 에러를 가지게 하는 최적 결합 결정법

11  APCC MME prediction skill
Pattern correlation precipitation over monsoon region (40E-160E, 20S-40N) Prediction SST used (real forecast)

12 그림 5. APCC에서 사용하고 있는 세 가지 MME의 결과의 예이며 이는 아시아 몬순 지역 부근 (40-160E, 20S-30N)에서의 모의된 강수량과 관측 강수량과의 사이에 상관 계수의 시계열이다.

13 기후 변화 I. 이론 1. 기후변화의 정의 2. 기후변화의 요인 3. 자연적 기후변동 4. 인위적 기후변동 5. 기후 되먹임
6. 배출 시나리오에 관한 특별보고서

14 1. 기후변화의 정의 장기간에 걸친 기간(대체로 수 십년 또는 그 이상) 동안 지속되는 기후의 평균 상태가 통계적으로 의미있는 변동을 가지는 것 기후 변화는 자연적인 내부 과정이나 외부의 강제력에 의해서 야기

15 2. 기후변화의 요인 1) 되먹임 이론(Feedback theory) 2) 판구조론(Plate tectonics theory)
가. 기후 변화의 자연적 요인 1) 되먹임 이론(Feedback theory) 2) 판구조론(Plate tectonics theory) 3) 화산 폭발 4) 궤도 변화 (가) 지구 공전 궤도의 이심율 (eccentricity)의 변화, (나) 지구 자전축의 황도 경사 (obliquity)의 변화 (다) 지구 자전축의 세차 (precession) 운동 5) 태양에너지와 태양 흑점의 변화 나. 인위적 요인에 의한 기후 변화 1)이산화탄소 및 기타 온실기체와 기후 변화 2) 인위적 활동에 의한 지면 상태의 변화

16 3. 자연적 기후변동 4. 인위적 기후변동 인위적 대기 조성 변화 태양과 지구에너지 수지 온실효과 강화 자연 온실효과
복사강제력과 강제력의 변동성 궤도 변화 태양에너지와 태양 흑점의 변화 인위적 대기 조성 변화 온실효과 강화 에어러솔 효과 토지이용의 변화

17 5. 기후 되먹임 (Climate feedback)
Vs : the initial input V1: input signal V2 : output signal G : gain transfer function of system H : feedback factor GF : effective gain of the system (effective transfer function)  f : feedback of the system Zero feedback 에서는 f = 0, 이고  GF = G Negative feedback 에서는  f < 0,   0 < GF < G Positive feedback에서는  0 < f < 1,   GF > G 그림 2.  기후 되먹임을 보이는 도식도 (Smith,1987)

18 그림 3-2. 기후계에서 실현가능한 양의 기후 되먹임의 예 2: 수증기 되먹임 과정.
그림 3-1. 기후계에서 실현가능한 양의 기후 되먹임의 예 1: 알베도-기온 되먹임 과정 그림 3-2. 기후계에서 실현가능한 양의 기후 되먹임의 예 2: 수증기 되먹임 과정.

19 그림 4. 이산화탄소의 배증을 한 경우에 대한 GCM 모의 강수량 증가율 (%) 과 전구 평균 기온의 증가 (C)의 결과

20 그림 5. 1750년과 비교하여 볼 때 서기 2000년에 있어서 기후 시스템의 전 지구적 평균 복사 강제력
그림  5.  1750년과 비교하여 볼 때 서기 2000년에 있어서 기후 시스템의 전 지구적 평균 복사 강제력

21 6. 배출 시나리오에 관한 특별보고서 (Special Report on Emission Scenarios, SRES)
1996년 IPCC는 새로운 배출시나리오 (SRES 시나리오)를 개발 A1 지역 간의 수렴, 가능성의 축적 및 사회 문화적 교류의 증대 A2. 지역 중심의 경제 본위의 정책 구조 B1 A1 줄거리와 같은 세계를 설정하지만, 물질력의  감소와 깨끗하고 재생효율적인 기술의 도입 B2.   지역 중심의 환경 지속형 정책 구조

22 그림 6. 시나리오 A2와 B2에 대한 기온 변화 경향 (from IPCC 제 3차 평가 보고서)

23 그림 7. 시나리오 A2와 B에서 대한 강수량의 변화 경향 (from IPCC 제 3차 평가 보고서)

24 1. 지구 온난화 2. 오존층 파괴 3. 사막화 4. 산성비 5. 극한 기후 발생의 증가
기후 변화 II. 이슈들 1. 지구 온난화 2. 오존층 파괴 3. 사막화 4. 산성비 5. 극한 기후 발생의 증가

25 1. 지구온난화 그림1-1.지난 1000년간의 북반구 기온. (from IPCC, 2001).

26 그림 1-2. 온도계로 관측된 지난 140년 간의 전 지구 기온 변화
그림 1-2.  온도계로 관측된 지난 140년 간의 전 지구 기온 변화

27 그림 2. 서울, 대구, 부산, 목포에서의 연평균 기온의 시계열.
우리나라에 나타나는 온난화 그림 2. 서울, 대구, 부산, 목포에서의 연평균 기온의 시계열.

28 2. 오존층 파괴 성층권에서는 다음과 같은 과정을 통해 오존이 생성된다. O2 + hv -> O + O
    O + O2 + M -> O3 + M   이와 동시에 성층권에서 질소화합물 등에 의해 오존이 파괴된다.( 크루첸 ,1970)     NO + O3 -> NO2 + O2     NO2 + O -> NO + O2 1985년 파멘 등은 오존홀이 CFC와 관련이 있다고 주장하였고 이 화학적 메커니즘은 성층권에서의 오존 파괴에 매우 효과적이다. (초기 이론은 몰리나와 로랜드, 1974)     Cl + O3 -> ClO + O2     ClO + O -> Cl + O2

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30 그림 4. 오존층의 파괴를 보여주는 돕슨단위의 오존전량의 시계열. 매해 남반구 봄철인 10월의 월평균 장이다.

31 3. 사막화 (desertification)
Charney의 양의 피드백 과정이 사막화의 가설 과잉 방목 -> 지면 알베도의 증가->알베도가 증가되면 지표에서 흡수되는 태양 복사량의 감소 -> 대기는 복사 냉각 -> 복사 냉각을 보상하는 하강류에 의해 기온은 증가하고 수는 감소한다 ->강수량의 감소에 의해 식생을 포함한 지표는 더욱 약화되는 양의 피드백이 가동 그림 5. 사막화는 사막 (가운데 지역)이 한번 형성되면 주위를 점점 사막으로 변화시키는 과정이며 가운데 사막 지역은 점점 넓어져 사막을 넓혀간다

32 4. 산성비 화석 연료 연소시(공장, 화력발전소), 화산의 분출물, 식물의 부패시 SO2 + H20 → H2SO3 (아황산)
          자동차 배기 가스를 통해 나오는 질소 화합물과 결합           N2 + O2 → 2NO           2NO + O2 → 2NO           3NO2 + H2O → 2HNO3 (질산) + NO

33 5. 극한 기후 발생의 증가 그림 6. 극한 날씨와 이상 기후의 발생에 있어서의 변화를 보여주는 도식도