기후과학에서의 확실성과 불확실성

2015 년 10 월 16 일 금요일의 과학터치하경자

부산대학교 글로벌연구실 , 글로벌몬순기후연구실http://gmcl.pusan.ac.kr

“ Everything proceeds mathemati-cally . . .

고트프리트 라이프니츠 Gottfried Leibniz (1646-1716): 독일수학자

닐스보어 Niels Bohr (1885-1962): 덴마크 물리학자

“ Prediction is diffi-cult,especially the fu-ture.”

우연한 발견 : 1972> 2008.4.16조건변수 0.506127 를 두 번 째 실험에서는 0.506 으로만 입력

나비효과란 ?Does the flap of a butterfly’s wing in Brazil set off a tornado in

Texas?

초기치의 작은 차이가 시간이 지나면서 큰 차이를 만든다

순환순환 (C)

연직온도경도(M) Start

End

(a)

순환 (C)

연직온도경도(M) Start

End

(b)

불확실성 : 확실성( 로렌츠의 실험과 비선형방정식의 해 )

대류실험 : 혼돈과 질서

Bo-Wen Shen et al., JGR, 115, D14102, doi:10.1029/2009JD013140, 2010

태풍 5 일 예측 가능 Cyclone Nargis (2008)00GMT 22 Apr-00UTC 29 Apr (Anthes 로 부터 )

기후계와 기후예측기후시스템 ( 대기권 , 해양권 , 생물권 , 빙하권 , 암석권 )

기후모형의 발달 ( 모형과 기상위성사진 )현재 3.5km 격자 기후모형 가능 : 슈퍼컴퓨터사용

지구온난화와 온실효과

온실효과의 원리

PT preceived T, PET physiological equivalent T, PMV predicted mean vote equation, SET standard effective T, UTCI universial thermal climate index

M

AD I

R

E

E R

E

R

QL

QR

EEK

MQH QS

w

The Thermal Environment PT, SET, PET, UTCI

생명기후분야연구PT perceived T, PET physiological equivalent T, SET standard effective

T, UTCI universial thermal climate index

인간의 열반응 : thermal stress-related mortality

전 지구 평균 기온 , 예측 확실성과 불확실성

Global 기후 현황 및 전망 : 동아시아 중심Modelled future change in average surface tempera-

ture and precipitation(1986-2005 to 2081-2100)

Observed change in averaged surface temperature (1901-2012)

IPCC 2013

기후변화 , 확실한 발견과 불확실성

• 확실한 발견

- 지구온난화 : 대기와 해양의 지구 평균 온도의 상승 , 눈과 얼음의 융해 , 지구평균 해수면 고도의 상승- 물리 / 생물계에서 관측 된 변화와 온난화 일치- 해양에 인위적 CO2 가 흡수된 결과로 표층해양의 산성화 - 인위적 온실가스 연간 배출량 1970 년부터 2004 년 사이에 70% 증가- 육지표면은 해수면 온도상승 속도의 두 배- 북반구 10 년 주기 기온 변동성 원인은 자연적 외부 강제력

• 불확실성

- 기후데이터 일부 지역에 제한적- 작은 공간 범위에서의 원인 규명 시 기후변동성 큼- 범위가 작은 기후인자 세부정보 , 모델 결과의 불확실성에 의해 제약- 인간계와 일부 자연계에 대한 기후변화의 결과 탐지 제약- 작은 범위에서 시뮬레이션 , 자연적 및 인위적 원인 규명 , 기후인자가 생물계에 미치는 인위적 온난화 영향 탐지 제약- 변화와 변동성 분석 및 구분 어려움

우리나라 : 전지구

2007 년 노벨평화상( 미국의 앨고어와 IPCC 라젠드라 파차우리 )

글로벌몬순기후연구실 주요결과 :글로벌 몬순의 최근변화 : 인위적 강제력과 자연적 강제력

Anthropogenic Natural

Global Research LaboratoryGlobal Monsoon Climate Change:Understanding, prediction and adapta-tion

Kim and Ha (2014)

미래 기후변화의 전망 및 영향 부분

• 확실한 발견

- 지구 온실가스 배출량 계속 증가- 온실가스 배출량 감소해도 인위적 온난화와 해수면 상승 지속- 육지가 해양보다 , 고위도일수록 더 온난화- 일부 시스템 , 부문 , 지역은 기후변화에 영향

• 불확실성

- 에어로졸이 기후요소에 미치는 영향 불확실- 기후변화 , 특히 강수량의 지역 전망 불확실- 미래 탄소순환 피드백의 크기 측정량 부족

불확실성 : 기후인자들의 기후영향력

주요 온실기체와 에어로졸에 의한 전체 기후영향력의 불확실성 ~50% 이상에 이르며 ,

기후모델의 예측 정확도 향상을 막는 가장 큰 요인 중 하나임 .

IPCC 2013

Column Warming

불확실성 : 블랙카본

Direct Radiative effect Cloud propertiesIce cloud

Water cloud

Surface Dimming (cooling)

Absorption• Atmos. heating• Cloud evaporation

Scattering

Snow-albedo