• 한국지구과학회지
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• 제43권1호
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• pp.60-76
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• 2022

본 연구는 기상청에서 운용 중인 영국 the United Kingdom Earth System Model (UKESM)을 리눅스 클러스터에 설치하여 과거 28년 기간에 대해 적분을 수행하고, 추가적인 수치 실험을 수행하여 얻은 결과와 비교한다. 설치한 UKESM은 저해상도 버전이지만, 대류권 대기 화학-에어로졸 과정과 성층권 오존 화학 과정을 동시에 모의하는 United Kingdom Chemistry and Aerosol (UKCA) 모듈을 포함하고 있는 최신 버전이다. 본 연구에 사용된 UKCA가 포함된 UKESM (UKESM-UKCA)은 전체 대기에서의 화학, 에어로졸, 구름, 복사 과정이 연동된 모델이다. CMIP5 기존 배출량 자료를 사용하는 UKESM 기준 적분 수치 모의와 함께, 동아시아 지역 이산화황(SO₂) 배출이 기상장에 미치는 영향을 평가하기 위하여 CMIP5 SO2 배출량 대신 최신의 REAS 배출자료로 교체한 실험 적분 수치 모의를 수행하였다. 두 수치 모의의 기간은 모두 1982년 1월 1일부터 2009년 12월 31일까지 총 28년이며, 모델 결과는 동아시아 지역 에어로졸 광학 두께, 2-m 온도, 강수 강도의 시간 평균값과 시간 변화 경향의 공간 분포를 분석하고 관측자료와 비교하였다. 모델에서 얻어진 온도와 강수 강도의 공간 분포 패턴은 관측자료와 전반적으로 유사하였다. 또한 UKESM에서 모의된 오존 농도와 오존전량의 공간 분포도 위성 관측 자료와 분포 패턴이 일치하였다. 두 UKESM 실험 적분 모의 결과로 얻어진 온도와 강수 강도의 선형 변화 경향의 비교를 통해, 동아시아 지역 SO2 지면 배출은 서태평양과 중국 북부지역에 대한 온도와 강수량의 변화 경향에 중요한 요인임을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 슈퍼컴퓨터에서만 운용되던 UKESM이 리눅스 클러스터 컴퓨팅 환경에도 설치되어 운용이 가능하다는 점을 제시한다. 대기 환경 및 탄소순환을 연구하는 다양한 분야의 연구자들에게도 대기-해양-지면-해빙이 상호작용하는 UKESM와 같은 지구시스템모델이 활용될 가능성과 접근성이 높아졌다.

• 한국지구과학회지
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• 제43권2호
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• pp.312-323
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• 2022

이 연구는 '태양 복사'가 '가시광선 복사'로, '지구 복사'가 '적외선 복사'로 상호 대체될 수 있는 개념인가에 대한 문제 인식에서 출발하였다. 이를 위해 각 개념을 어떻게 인식하고 있는지를 드러낼 수 있는 질문지를 통하여 지구과학 I을 이수한 고등학생들의 인식을 조사하고, 이들의 인식에 영향을 미칠 수 있는 교과서의 서술 및 삽화를 분석하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 조사에 참여한 학생들은 모두 태양 복사를 가시광선 영역에서만 방출되는 복사로 인식하고 있으며, 지구 열수지에서 대류·전도·숨은열을 복사에 의한 에너지 전달로 인식하고 있는 학생들도 약 35%로 나타났다. 둘째, 2015 개정 교육과정의 지구과학 I 6종 교과서를 분석한 결과, 2종에서는 '단파 복사'와 '장파 복사'라는 용어를 도입하지만 이들에 대한 설명이 없었으며, 다른 2종에서는 태양 복사를 각각 '주로 가시광선 형태의 복사' 또는 '파장이 짧은 가시광선 복사'로 서술하였다. 그 밖의 2종 교과서에 있는 태양 복사와 지구 복사에 관하여, 파장 영역에 대한 설명이 없거나 '단파장/장파장'이라는 모호한 용어가 사용되었다. 아울러 2종의 교과서에서 열수지 삽화에 일부 오류가 발견되었다. 따라서 교과서들이 단파 복사와 장파 복사에 관한 정확한 용어 정의 없이 태양 복사와 지구 복사를 설명함에 따라 학습자들은 태양 복사와 지구 복사를 각각 가시광선 복사와 적외선 복사라는 개념으로 인식할 개연성이 있다. 이를 종합해 보면, 교과서에 기술된 불분명한 진술이나 오류가 학생들의 오개념을 유발하거나 재생산할 수 있음을 함의한다. 이 연구에서 논의된 바가 지구의 열수지와 복사 평형에 대한 교수·학습 과정의 유용한 참고 자료로 활용되고, 추후 교과서 집필에서도 합리적인 서술 방안을 제안하는 데 기여할 수 있으리라 기대한다.

• 한국제4기학회지
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• 제33권1_2호
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• pp.1-23
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• 2021

산업화 이후 대기 이산화탄소를 포함한 온실가스 증가에 따라 전지구 기온이 빠르게 올라가고 있는데, 특히 북극의 온난화가 저위도에 비해 2-3배 빠르다. 그리고 온난화와 함께 북극 해빙의 농도와 면적도 지속적으로 감소추세에 있다. 이는 온난화에 대한 북극의 눈과 얼음에 의한 알베도 피드백, 표면기온 차이에 의해 더 많은 에너지를 잃는 플랑크 피드백, 저위도와 고위도의 안정도 차이에 의한 기온감률 피드백, 북극해 온난화에 의한 구름과 수증기 증가 피드백, 그리고 북극으로의 현열속 증가 등에 의한다. 이와 같이 급격한 북극 온난화에 반해 중위도에는 냉각화가 나타나고, 지역에 따라 한파가 더 자주 나타나고 오래 지속되는 경향을 보이는데, 이는 북극 온난화 증폭과 연관 있다는 연구결과들이 많이 보고되고 있다. 북극 온난화는 2가지 경로를 통해 중위도 냉각화로 연결되는데, 하나는 종관규모로 주로 블로킹과 로스비 파동의 발달에 의한 시베리아 고기압을 강화시켜 대류권에서 일어나는 현상이며, 두 번째는 북극 온난화에 의한 상층으로의 행성파 전달을 활성화하여 폴라보텍스를 약화시켜 성층권을 경유해 수개월 동안 나타나는 경로이다. 중위도 한파와 북극 온난화 증폭 간에는 수주에서 수개월의 시차가 존재하기 때문에, 북극 온난화부터 중위도 한파에 이르는 일련의 연쇄 과정을 이해할 수 있으면 겨울철 중위도 기상 예측의 정확성을 높일 수 있다. 이연구에서는 기존에 보고된 많은 결과들을 종합하고 온도와 해빙 변화 경향 분석을 통해 현재 진행되는 북극 온난화와 중위도 냉각화 경향 그리고 이 둘 간의 관계를 고찰해 보고자 한다.