Trends of phenological responses to climate change and urbanization in South Korea

Abstract

본 연구는 기후변화로 인하여 나타나는 우리나라의 식물계절현상 변화를 알아보기 위해 수행되었다. 1973년부터 2008년까지 총 4종의 식물 개나리(Forsythia, Forsythia koreana), 진달래(Azalea, Rhododendron mucronulatum), 벚나무(Yoshino cherry, Prunus yedoensis) 매화(Japanese apricot, Prunus mume)의 발아 및 개화현상과 여기에 직접적인 영향을 미치는 1월, 2월, 3월의 평균, 최고, 최저 기온과 강수량의 변화를 함께 살펴보았다. 하지만 좁은 국토의 70% 이상이 산지이며, 동고서저형의 지형을 형성하고 있는 우리나라는 지역별로 다양한 기후 특성을 갖는다. 이러한 기후의 영향으로 지역별로 식물계절현상의 시기가 다르게 나타나므로 식물종과 식물계절현상에 따라 3가지 타입으로 지역을 구분하였다. 각 타입 안에서 2개 또는 3개의 지역으로 구분된다. 타입I은 개나리, 진달래, 벚나무의 발아와 매화의 개화현상, 타입 Ⅱ는 개나리, 진달래, 벚나무의 개화현상, 타입 Ⅲ는 매화의 발아현상이 해당된다. 매화는 4종의 식물 중에서 가장 먼저 발아하여 다른 식물과 다르게 나타난다. 각 타입에서 구분된 지역은 우리나라의 큰 산맥을 따라 구분되기도 하며, 이는 역 L 형상(┛)을 나타낸다. 타입 Ⅰ과 타입 Ⅱ의 군집 1은 동일한 지역이며, 이 지역은 겨울 또는 이른 봄 시기에 시베리아고기압의 영향을 크게 받아 춥고 건조한 지역이다. 그 외의 지역은 해안가에 위치하고 남동풍의 영향으로 군집 1지역보다 따듯하고 습하다. 연구기간 동안 개나리는 3.1일, 진달래는 5.5일, 벚나무는 6.5일, 그리고 매화는 18.6일 앞당겨 졌다. 온도는1월의 최저온도와 2월의 최고온도 변화가 두드러지게 나타났으며, 강수량의 변화는 산발적이며 대부분 유의하지 않다. 나누어진 지역별로 식물계절현상에 영향을 미치는 기후요소는 다양하다. 모든 식물의 발아현상은 온도변수만이 유의한 영향을 미친다. 위도가 높은 지역은 2월과 3월의 온도가 영향을 미치며, 낮은 지역의 경우 2월의 최고온도, 평균온도가 대부분 유의한 영향을 미친다. 우리나라의 겨울 또는 이른 봄은 강수량이 적은 시기이나 타입 Ⅱ의 군집 1지역에서 강수량이 식물개화현상에 유의한 영향을 미친다. 이 지역에서 개나리와 진달래는 발아 후 1mm 이상, 벚나무는 발아 후 2mm 이상, 그리고 매화는 발아 후 7mm 이상의 강수량이 충족되면 80% 이상의 지역에서 개화가 이루어진다. 도시의 인구밀도가 높은 우리나라는 지구 온난화의 영향뿐 아니라 도시화의 영향을 크게 받는다. 광역도시 7개와 인구 1,000,000 명 이상인 수원 지역은 그 외의 지역에 비하여 식물계절현상은 물론 기후요소의 변화가 더욱 두드러지게 나타난다. 타입 Ⅱ의 군집 3지역은 8개의 도시 중 대구, 울산, 부산광역도시가 속한 지역으로서 그 변화가 가장 크게 나타나며 도시화 효과를 증명한다. 또 각 도시의 식물계절현상을 관찰한 결과 관목의 경우 서울, 인천, 울산지역에서 연구기간 동안 식물계절현상이 늦춰지는 현상이 나타난다. 이는 도시화로 인한 기온변화 외에도 공기오염, 건물로 인한 그늘 등 부적인 영향도 함께 받고 있음을 암시한다. 기후변화에 따른 식물계절현상의 변화에 관한 다양한 연구가 있으나, 본 연구와 같이 장기간 다종의 식물에 대하여 우리나라 전역에 걸친 연구는 수행된 바 없다. 또한 우리나라의 지형학적인 특성상 나타나는 지역별 기후 다양성과 다양한 물리적, 생물학적 조건이 요구되는 식물계절현상에 대하여 기온 외에 강수량 요소를 함께 고려하여 수행하였다. 지구온난화와 함께 고려되는 도시화 효과도 증명하였다. 이 연구의 결과는 앞으로 우리나라의 봄철 식물계절현상 연구에 기본자료가 될 수 있으며, 기후요소 외에 우리나라의 지형적 특성을 고려해야 함을 암시한다. 또한 다양한 기후요소를 고려하여 더욱 정확하고 세밀한 기후변화예측모델을 만들어가는 과정이라 생각한다.;Current studies are either region-limited, sole species or short researching period so the studies about various species are necessary throughout South Korea. In this study, trends of change the budding and flowering dates of spring plants in South Korea by climate factors such as temperature and precipitation according to the climate change and urbanization. Four species such as Forsythia koreana (forsythia), Rhododendron mucronulatum (azalea), Prunus yedoensis (Yoshino cherry) and Prunus mume (Japanese apricot) are focused during the period from 1973 to 2008. However, 70% of Korean peninsula consists of mountains and those mountain type lands created high-east and low-west topography so that formed the various climates per regions. With those reasons, it is required to classify the several regions on phenological change research. 3 types of regions were divided by plant species and phenological events. There were various climate factors that impacted by divided regions and plant species. Finally, budding of Forsythia koreana, Rhododendron mucronulatum, Prunus yedoensis and flowering of Prunus mume are defined as Type Ⅰ, and flowering of Forsythia koreana, Rhododendron mucronulatum, and Prunus yedoensis were grouped as Type Ⅱ. Prunus mume budding was different from others so that it defined as Type Ⅲ. Each cluster in each types can be divided by domestic huge mountain range.This resembled as revered L-shape (┛).There are no differences between Type Ⅰ and 2. Cluster 1 region is cold and dry area that affected by Siberian high atmospheric pressure, on the other hand, cluster 2 and 3 are humid and warm coast areas even in winter season due to the southeastern wind. There were the advancements for 3.1 days of forsythia, 5.5 days of azalea, and 6.5 days of cherry tree and 18.6 days of apricot during the research period. These phenological events are due to climate changes. The observation of the temperature and precipitation changes from Jan to Mar which are the biggest impacts was done. The most changes were occurred in Jan minimum temperature and Feb. maximum temperature and precipitation change was not significant. Budding of all plants were significantly influenced only by temperature variable. In cluster 1 of type Ⅱ, the precipitation significantly impacted on plant flowering events. Precipitation would be the lowest in early spring in South Korea, and especially the flowering of plants were impacted by few amount of precipitation in this region. Also, if precipitations after budding are over 1mm for forsythia, 2mm for cherry tree and 7mm for apricot, flowering was done in over 80% of regions. South Korea has a small land and high density population in cities so it gets huge influence by global warming as well as urbanization. 7 metropolitan cities and Suwon that has over 1,000,000 populations showed more remarkable phenological events and changes of climate factors than the other regions. The phenological event change ratio in cluster 2 and 3 of Type Ⅱ was the evidence. This region is the same as cluster 2 of Type Ⅰ. However, change ratio in cluster 3 of Type Ⅱ is massive so it leaded the overall changes in cluster 2 and 3 of Type Ⅱ. In case of shrubs, the phenological events were delayed in urban areas during this research. These phenomena are the evidence to explain the quality of the air and decreasing of the amount of light from buildings were the factors for impacting on shrubs.