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미래 기후변화에 따른 남한지역 육지표면에서의 에너지 및 물 순환 특성 변화에 대한 수치모델 연구

Title
미래 기후변화에 따른 남한지역 육지표면에서의 에너지 및 물 순환 특성 변화에 대한 수치모델 연구
Other Titles
A Numerical Modeling Study on the Changes of Land Surface Energy and Water Cycle Characteristics for Climate Change in South Korea
Authors
공소연
Issue Date
2011
Department/Major
대학원 환경공학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
박선기
Abstract
지구 온난화는 전 지구적인 기후 현상으로, 지구 시스템 전반에 영향을 미친다. 그 중 수자원에 대한 영향은 인간 활동과 생태계에 지대한 영향을 미치므로 수자원 관리의 중요성이 강조되고 있다. 이에 따라 지구 온난화가 수자원에 미치는 영향에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는데 국내의 경우, IPCC SRES를 기반으로 한 전구기후모델 (GCM) 규모의 분석이 주로 이루어지고 있다. 그러나 복잡한 지형에 따른 국지적 기후 특성을 가진 한반도에서 저해상도의 GCM 자료는 수자원 관리에 실질적으로 이용하기에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 한반도 특성을 반영한 보다 정밀한 분석을 위해 지역기후모델 (RCM) 자료인 MM5 지역 기후 시나리오를 경계 자료로 하여 지표면 과정을 모의하는 육지표면과정 모델 (University of Torino model of land Process Interaction with Atmosphere; UTOPIA)와 강우-유출 모델 (Hydrology Simulation Program in Fortran; HSPF)를 이용하여 지구 온난화에 따른 한반도의 에너지 및 물 순환 요소의 특성 변화를 살펴보았다. UTOPIA는 강수, 복사량, 바람, 기온 등 대기와 관련된 변수를 경계 자료로 사용하므로 IPCC의 온실가스 배출 시나리오 중 A2 (상대적으로 많은 배출)및 B1 (상대적으로 적은 배출)시나리오를 기반으로 모의된 MM5 지역 기후 시나리오 값을 미래 자료로 이용하였다. HSPF는 MM5의 미래 강수량과 UTOPIA에서 생산한 증발 산 량을 경계 자료로 사용하여 모델 간의 연계를 시도하였다. 모의 기간 1996년-2005년, 2046년-2055년, 2091년-2100년 동안 UTOPIA로 남한 전 지역의 토양 온도 및 수분 변화를 모의하고, 최종적으로 HSPF를 사용하여 대청댐 유역의 장기 유출을 모의하였다. 모의 결과, A2와 B1 시나리오 모두 남한 지역의 토양 온도는 대부분 지역에서 먼 미래일수록 증가하는 경향을 보였으며, 그 증가 폭은 기온과 비례하였다. 토양 수분의 경우, 강수가 크게 감소하는 A2 시나리오에서 감소하였다. 또한 대청댐 유역의 장기 유출은 점차 증가하였으나, 갈수기인 겨울의 경우 유출량이 감소해 겨울 가뭄이 심화되었다. 가까운 미래에는 단 기간에 걸쳐 극심한 유출량 변화가 일어났는데, 봄에서 초여름까지 극심한 유출량 감소를 겪다가 늦여름 큰 폭의 유출량 증가를 시작으로 가을까지 그 증가 추세가 이어졌으며, 농촌 지역인 해당 지역의 특성상 물 수요가 많은 5월에 유출량 감소를 보여 이 지역의 수자원 관리가 매우 중요해 질 것이다. 또한 이러한 유출량 변화는 강수에 대한 민감도가 매우 높게 나타나 수자원 관리를 위해서는 미래 강수 변동에 주의를 기울여야 한다. 이러한 분석은 향후 수자원 관리 대책 마련을 위한 기초 자료로 이용될 수 있으며, 지표면 관련 변수 모의 결과는 기타 토양과 관계된 수문, 관개, 식생 등의 분야에도 활발히 이용될 수 있을 것이라 기대된다.;Global warming is a worldly climate phenomenon that affects the whole earth system. Among various effects, water resources have been emphasized with importance with their great impact on human activities and ecosystem. Currently there are various experiments running to investigate about the climatic phenomenon’s impact on water resources. In Korea, there are usually GCM scale analyses that are based on IPCC SRES. However, GCM data are limited to apply in the Korean Peninsula’s regional climatic characteristics because of Korean Peninsula’s complicated topography. In order to obtain a reliable analysis that reflects the characteristics of the Korean Peninsula, this experiment used the University of Torino model of land Process Interaction with Atmosphere (UTOPIA) that simulate the land surface process using RCM data, MM5 regional climate scenario as boundary condition and Hydrology Simulation Program in Fortran (HSPF) which is a precipitation runoff model to find out changes in characteristics of Korean Peninsula’s soil energy and water budget under global warming. We used atmosphere variables such as precipitation, solar radiation, wind and temperatures as boundary conditions of UTOPIA, and these boundary conditions were extracted from MM5 regional climate scenario that were based on A2 and B1 emission scenarios of IPCC for future simulation. Also, HSPF attempted to link three models by using boundary conditions of precipitation from MM5 regional climate scenario and evapotranspiration from UTOPIA. Simulation periods consist with present climate, 1996 to 2005, near future climate 2046 to 2055, and far future climate, 2091 to 2100. For these periods, we simulated soil temperature and soil moisture for whole Southern part of Korean Peninsula using UTOPIA, and finally, we simulated runoff change of Daechong Dam basin through HSPF. According to simulations, soil temperature of southern region will increase in the future with the increase proportional to the air temperature. The soil moisture, however, is decreased under A2 scenario with a huge decrease in precipitation. Also it is expected with a severe winter drought as the runoff near the Daechong Dam Basin steadily increases but decreases during winter, a period of water shortage. In the near future, there will be a severe change in runoff within a short period. From spring to the beginning of summer, there will be an intense decrease in runoff but in the late summer to fall, there will be an increase in the runoff. In agricultural districts, there will be a decrease in runoff in May, when is the time with great demand of water; therefore, the management of water resources in such districts is crucial. The change in runoff is very sensitive to precipitation that an attentive care for future precipitation changes is crucial for water sources management. Following analysis can be used as a base data for water sources management policy. The results of the land surface variables can also be applied in various fields including flood management, irrigation and vegetation related to soil.
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