제2차 고기후 모델링 비교 프로그램 시뮬레이션 자료를 이용한 마지막 최대빙하기의 북극 기후변화 연구

Arctic Climate Change for the Last Glacial Maximum Derived from PMIP2 Coupled Model Results

제2차 고기후 모델링 비교 프로그램(Paleoclimate Modelling Intercomparison Program phase II, PMIP2)의 대기-해양-해빙 접합모형을 통해 얻어진 시뮬레이션 자료를 이용하여 마지막 최대빙하기(Last Glacial Maximum)의 북극 기후변화를 연구하였다. 연구에 이용된 모형은 미국 해양대기청의 CCSM, 독일 막스플랑크 연구소의 ECHAM3-MPIOM, 영국 기상청의 HadCM3M2, 프랑스 라플라스 연구소의 IPSL-CM4, 프랑스 기상연구소의 CNRM-CM3, 일본 동경대 기후연구소의 MIROC3.2, 그리고 중국 대기물리연구소의 FGOALS을 포함해 총 7개로 구성된다. 7개 모형들에 의해 재현된 현재 기후를 관측에 기초로 한 재분석 자료와 비교해 본 결과, 모든 모형에서 관측에 나타나는 북극기후의 특징들이 비교적 잘 재현되었다. 모든 기후 모형들에 마지막 최대빙하기의 대기 이산화탄소 농도를 포함한 온실기체, 지구공전궤도함수, 그리고 빙상 및 지형의 경계 조건이 적용되었다. 빙하기 경계 조건에 대하여 대륙빙하가 발달했던 북미와 북유럽에서 $24^{\circ}C$ 이상의 온도 감소가 나타나는데, 이는 빙하의 발달에 따른 표층의 알베도 증가와 고도의 증가에 기인하는 것으로 여겨진다. 또한 빙하의 발달에 기인하여 북극해에서도 $10^{\circ}C$ 이상의 온도 감소가 나타난다. 여름철에 비해 겨울철 온도 감소가 대체로 더 크게 나타나며, 북극 주변에서 평균 약 $14^{\circ}C$ 정도의 연평균 온도 감소를 보이고 있다. 저위도에 비해 북극 지역의 온도 감소가 모든 계절, 특히 겨울철에 더 크게 나타나는데, 이는 최근 지구 온난화의 정도가 극 지역에서 저위도나 중위도에 비해 더 크게 나타나고 있는 것과도 잘 대비된다. 본 연구결과와 최근의 온난화가 서로 대비되게 일어나기 때문에, 마지막 최대빙하기의 연구를 통해 미래 지구온난화 하에서 나타날 수 있는 기후변화를 간접적으로 이해할 수 있을 것으로 사료된다.

The Arctic climate change for the Last Glacial Maximum(LGM) occurred at 21,000 years ago (21ka) was investigated using simulation results of atmosphere-ocean coupled models from the second phase of the Paleoclimate Modelling Intercomparison Program(PMIP2). In the analysis, we used seven models, the NCAR CCSM of USA, ECHAM3-MPIOM of German Max-Planxk Institute, HadCM3M2 of UK Met Office, IPSL-CM4 of France Laplace Institute, CNRM-CM3 of France Meteorological Institute, MIROC3.2 of Japan CCSR at University of Tokyo, and FGOALS of China Institute of Atmospheric Physics. All the seven models reproduces the Arctic climate features found in the present climate at 0ka(pre-industrial time) in a reasonable degree in comparison to observations. During the LGM, the atmospheric $CO_2$ concentration and other greenhouse gases were reduced, the ice sheets were expanded over North America and northern Europe, the sea level was lowered by about 120m, and orbital parameters were slightly different. These boundary conditions were implemented to simulated LGM climate. With the implemented LGM conditions, the biggest temperature reduction by more than $24^{\circ}C$ is found over North America and northern Europe owing to ice albedo feedback and the change in lapse rate by high elevation. Besides, the expansion of ice sheets leads to the marked temperature reduction by more then $10^{\circ}C$ over the Arctic Ocean. The temperature reduction in northern winter is larger than in summer around the Arctic and the annual mean temperature is reduced by about $14^{\circ}C$. Compared to low mid-latitudes, the temperature reduction is much larger in high northern altitudes in the LGM. This results mirror the larger warming around the Artic in recent century. We could draw some information for the future under global warming from the knowledge of the LGM.