상세화된 CMIP5 기후변화전망의 다중모델앙상블 접근에 의한 농업기후지수 평가

정유란 ( Uran Chung ),조재필 ( Jaepil Cho ),이은정 ( Eun Jeong Lee ) 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.2

다수의 기후요소를 지수화하고 특정지역의 기후 자원량을 분석하여, 종합 및 판단하는 과정은 특정지역의 농업기후자원의 특성을 한 눈에 알 수 있게 한다. 농업기후자원의 특징을 단순 명료하게 표현한 것을 농업기후지수라고 하는데, 이 지수는 기후자원(예, 기온, 일사, 강수)으로부터 작물의 생육과 수량 추측을 위한 가능성과 여러 가지 영농기술을 실시하는데 필요한 기초자료를 제공함으로써 농업생산성의 주요 지표가 될 수 있다. 그러나 농업기후지수는 절대적인 것이 아니기 때문에 기후변화에 따라 항상 변화할 수 있다. 최근 IPCC 제5차 평가보고서에서 온실가스 대표경로 (RCP)에 따른 시나리오가 많은 연구에 이용됨에 따라서 기후정보의 역학 및 통계적 규모축소를 통한 미래 기후변화전망정보의 불확실성을 고려한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 IPCC 제5차 평가 보고서에 사용된 RCP 시나리오를 기반으로 비모수적 분위사상법을 이용한 상세화된 기후변화 전망정보를 바탕으로 한반도의 농업기후지수(예, 식물기간 및 작물기간, 생장도일, 무상기간)의 시공간적인 변화와 불확실성을 평가하였다. 동일한 과거 기간에 대하여 기후모델(GCM)으로부터 계산된 농업기후지수와 관측자료에 의해 계산된 농업기후지수를 비교한 결과, KMA- 12.5km를 제외하고 사용된 8개 개별 GCM의 농업기후지수의 각각의 평균은 4대강 유역 모두에서 관측자료에 의해 계산된 값의 평균과 비교적 잘 일치하여 개별 GCM뿐만 아니라 다중모델앙상블(MME)의 과거기후 재현성에는 문제가 없는 것으로 확인하였다. 또한 불확실성을 고려하기 위한 MME 계산에서 사용되는 GCM의 개수가 무한적으로 증가한다고 해서 오차가 줄어들지 않았다. 추가 연구가 계속 필요하지만, 본 연구에서 3-4개의 GCM을 사용하는 경우 확실하게 오차가 개선되기 시작하였으며, 대체로 7-8개 이후부터는 더 이상 오차가 개선되지 않았다. 미래전망 결과에서, 4대강 유역 전체에 대하여 inmcm4가 과거 기간의 MME에 대한 RCP 4.5에서 1% 증가, RCP 8.5에서 2% 증가로 9개 개별 GCM 중에서 가장 낮았고, CanESM이 과거 기간의 MME에 대하여 RCP 4.5에서 10%, RCP 8.5에서 15% 증가로 가장 높은 증가를 보였다. 4대강 유역의 시공간분포의 변화에서 관측자료와 다른 경향을 보이는 개별 GCM이 있어서 지형 특성과 개별 GCM의 일변동 특성을 반영할 수 있는 상세화 방법의 개선 및 개발이 필요하다. 도출 및 평가된 본 연구의 농업기후지수는 농업용 상세 전자기후도와의 활용뿐만 아니라, 후속 연구를 위한 농업이상기후지수 및 생산성지수의 평가에 활용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 낙동강 유역과 영산-섬진강 유역의 무상기간 증가로부터‘겨울기간이 짧아질 수 있다’라고 가정할 경우, 농업이상 기후지수(예, 저온발생빈도) 분석을 통해 겨울작물의 생산성지수의 불확실성 증감 혹은 재배시스템(예, 이모작 혹은 이기작 등)의 변화에 대한 불확실성 증감 등에 대한 평가에 활용될 수 있을 것이다. The agro-climatic index is one of the ways to assess the climate resources of particular agricultural areas on the prospect of agricultural production; it can be a key indicator of agricultural productivity by providing the basic information required for the implementation of different and various farming techniques and practicalities to estimate the growth and yield of crops from the climate resources such as air temperature, solar radiation, and precipitation. However, the agro-climate index can always be changed since the index is not the absolute. Recently, many studies which consider uncertainty of future climate change have been actively conducted using multi-model ensemble (MME) approach by developing and improving dynamic and statistical downscaling of Global Climate Model (GCM) output. In this study, the agro-climatic index of Korean Peninsula, such as growing degree day based on 5oC, plant period based on 5oC, crop period based on 10oC, and frost free day were calculated for assessment of the spatio-temporal variations and uncertainties of the indices according to climate change; the downscaled historical (1976-2005) and near future (2011-2040) RCP climate sceneries of AR5 were applied to the calculation of the index. The result showed four agro-climatic indices calculated by nine individual GCMs as well as MME agreed with agro-climatic indices which were calculated by the observed data. It was confirmed that MME, as well as each individual GCM emulated well on past climate in the four major Rivers of South Korea (Han, Nakdong, Geum, and Seumjin and Yeoungsan). However, spatial downscaling still needs further improvement since the agro-climatic indices of some individual GCMs showed different variations with the observed indices at the change of spatial distribution of the four Rivers. The four agro-climatic indices of the Korean Peninsula were expected to increase in nine individual GCMs and MME in future climate scenarios. The differences and uncertainties of the agro-climatic indices have not been reduced on the unlimited coupling of multi-model ensembles. Further research is still required although the differences started to improve when combining of three or four individual GCMs in the study. The agro-climatic indices which were derived and evaluated in the study will be the baseline for the assessment of agro-climatic abnormal indices and agro-productivity indices of the next research work.

ArcSiB2에 의한 광릉 소유역 증발산 지도 작성

정유란(Uran Chung),권효정(Hyojung Kwon),김준(Joon Kim) 한국생물환경조절학회 2008 한국생물환경조절학회 학술발표논문집 Vol.17 No.1

재배기간 동안 이상고온 발생에 따른 콩의 수량반응 탐색

정유란 ( Uran Chung ),조현숙 ( Hyeoun-suk Cho ),김준환 ( Jun-hwan Kim ),상완규 ( Wan-gyu Sang ),신평 ( Pyeong Shin ),서명철 ( Myung-chul Seo ),정우석 ( Woo-seuk Jung ) 한국농림기상학회 2016 한국농림기상학회지 Vol.18 No.4

본 연구는 콩 생육모형을 활용하여 우리나라에서 콩 재배기간 동안 발생할 수 있는 이상고온에서 파종일 이동에 따른 콩의 수량반응과 그 영향을 탐색하였다. 또한 미래 기후변화 시나리오(2041-2070년)에서도 파종일 이동이 잠재수량(yield potential)의 변화에 미칠 수 있는 영향을 분석하였다. 1981-2010년 동안 전주와 밀양 두 지점에서, 6월 10일의 파종일을 기준으로 5월 25일과 30일의 파종일 단축에 의한 상대적 잠재수량의 변화는 증가보다는 감소 경향으로 나타난 반면, 6월 5일의 파종일 단축에 의한 잠재수량은 증가(평균 +3%)하는 것으로 나타났다. 그러나, 6월 15일과 20일의 파종일 지연에 의한 잠재수량의 감소(평균 -5%)가 증가(평균 +2%)보다 큰 것으로 나타났다. 또한 두 지점의 최근 2003년부터 2010년 동안 정상온도의 해에서, 6월 10일의 파종일을 기준으로 전주의 5월 25일을 제외하고 파종일 이동에 의한 상대적 잠재수량의 변화에 큰 차이가 나타나지 않았다. 그러나 이상고온의 해에서, 밀양의 경우 파종일 단축에 의한 상대적 잠재수량이 모두 증가하였지만 전주는 6월 5일의 파종일 단축을 제외하고 파종일 단축에서도 상대적 잠재수량의 감소가 나타났다. 파종일 지연에서는 두 지점 모두에서 상대적 잠재수량이 감소하는 것으로 나타났다. 두 지점에서 2041-2070년의 미래 기후변화 시나리오 전망에서 파종일 단축에 따른 잠재수량의 증감효과는 RCP 4.5에서 +7%/-13%(전주)와 +14%/-10%(밀양)로 나타났고, RCP 8.5에서 +10%/-9%(전주)와 +14%/-9%(밀양)로 나타났다. 또한 파종일 지연에 따른 잠재수량의 증감효과는 RCP 4.5에서 +5%/-13%(전주)와 +11%/-16%(밀양)로 나타났고, RCP 8.5에서는 +10%/-17%(전주)와 +10%/-29%(밀양)로 나타났다. 절대적인 값의 차이는 작지만 상대적 잠재수량의 변화에서 파종일 이동에 의한 영향이 RCP 8.5에서 더 반영된 것으로 판단된다. In soybeans, responses of high temperature according to shift of sowing dates during the growing season was explored using the crop model, CROPGRO-soybean. In addition, it analyzed impact on change of sowing dates affects yield potential of soybean under future climate scenario (2041-2070). In Jeonju and Miryang during 1981-2010, if sowing at 15 or ten days ahead from 10 June, namely in shorten of the sowing day (i.e. when sown on 25 or 30 May), the yield potential reduced. However, the yield potential increased when sown 5 June. In the case of delay of sowing day (i.e. when sown on 15 or 20 June), reduction of yield potential in the average -5% was higher than increase in the average +2%. In particular, the relative changes for shorten of the sowing day or delay of the sowing day do not be shown in normal years which high temperatures did not abnormally occur during the growing season from 2003 to 2010 except when sown on 25 May. In abnormal years which high temperatures occurred during the critical period, especially R5 to R7, shorten of the sowing day affected to the increase of yield potential in Miryang, while the yield potential decreased in Jeonju except when sown on 5 June. However, delay of the sowing day influenced on the reduction of yield potential both in two sites. In future climate scenario of Representative Concentration Pathway (RCP) 8.5 during from 2041 to 2070, the increase and decrease of yield potential for shorten of the sowing day were +10/-9% for RCP 8.5 of Jeonju, and +14/-9% for RCP 8.5 of Miryang, respectively. Additionally, it showed +10/-17% for RCP 8.5 in Jeonju, and +10/-29% for RCP 8.5 in Miryang, respectively in the increase and decrease of yield potential for delay of the sowing day.

남한 벼 품종의 북한 서부지대 기후적응성 평가

이재현(Jae-Hyun Yi),정유란(Uran Chung),윤진일(Jin I. Yun) 한국생물환경조절학회 2008 한국생물환경조절학회 학술발표논문집 Vol.17 No.1

멕시코 톨루카 지역의 겨울 기온상승에 따른 한국 밀 품종의 출수생태 변이

박태일 ( Taeil Park ),정유란 ( Uran Chung ) 한국농림기상학회 2016 한국농림기상학회지 Vol.18 No.3

최근 겨울 기온이 상승하면서 밀의 파종시기가 변화되고 있다. 겨울 밀의 경우, 파성 소거에 필요한 저온 노출지속기간이 충족되지 않으면 출수뿐만 아니라 생육이불안정해질 수 있다. 한국의 농촌진흥청 국립식량과학원은 국제옥수수밀 연구소의 멕시코 톨루카에서 한국의 기후에 맞는 밀 육종을 위해 1996년 이후 지속적으로 밀적응시험을 수행해 왔다. 그러나 톨루카의 최근 겨울기후가 상승하는 등 이상기후 발생에 의해 밀 파종시기 및생육에 변화가 발생하였고 이에 따라 우리나라 겨울 밀의 육종 및 적응시험 전략의 변화가 필요하여 이를 위한기초자료를 제공하고자 본 연구를 수행하였다. 2013년과 2014년에 파종된 CIMMYT 교배 품종과 우리나라 겨울 밀 교배 품종의 출수생태를 그룹별(II and III) 저온노출지속기간의 변화와 결합하여 파종시기의 변화에 따른 저온 노출지속기간과 출수율에 미치는 영향을 분석하였다. 2013년 11월 6일, 22일, 12월 6일로 3회 파종시기에서 11월 6일에 파종한 것은 저온 노출지속기간은 충분히 충족되지 않았고, 14일 이후인 11월 22일과 12월 6일에는 저온 노출지속기간이 충족되었다. 그러나 2014년 11월 5일과 20일에 파종한 경우는 저온 노출지속기간이 충족되었고, 오히려 12월 5일에 파종한 것에서 저온 노출지속기간이 충족되지 않았다. 이것은 2012년 이후 11월에 빈번한 고온 발생에 의해 11월 파종 후 저온 노출지속기간을 충족시키지 못했던 반면, 2014년 11월 일별 최저기온은 3.0℃ 미만으로, 11월 파종 후에도 저온노출지속기간을 충족할 수 있는 기후환경이 유지되었기때문인 것으로 판단된다. 또한, 우리나라 겨울 밀의 품종개량 및 적응시험에서 춘파성인 그룹 II는 3회 파종시기변경에 따라 출수율의 증감 차이가 확실하지 않았는데, 추파성인 그룹 III는 파종시기별 출수율이 뚜렷하게 나타나서 추파성인 그룹 III가 파종시기 이동에 더 민감할것으로 판단되어 shuttle breeding의 효과가 더 클 것으로 보인다. 또한, 가까운 미래 기후변화 시나리오 전망에 적용한 결과, 톨루카에서 그룹 II의 미래 적정 파종시기는 예측되었지만, 그룹 III에서는 미래 적정 파종시기를 아예 예측할 수 없었기 때문에 추파성인 그룹 III에 대한shuttle breeding 에는 이러한 점이 고려되어야 할 것으로 판단된다. The shuttle breeding of Korean winter wheat has been able to develop high-yielding and day-length-intensive varieties with a wide range of ecologic adoption. However, the phenology of winter wheat has been changed due to recent rises in the winter temperature of Toluca and increasing frequency of high temperatures. We defined two wheat groups (group II and III) with vernalizationand evaluated the impact of cold exposure duration and heading ratio due to changes in sowing dates by measuring changes in cold exposure duration and corresponding heading states of each group. The wheat cultivars were sown on three dates in two years. The cold exposure requirement of wheat sown on 6 November 2013 was unfulfilled. The cold exposure requirement of wheat sown on 22 November and 6 December 2013 was fulfilled. However, in 2014, the cold exposure requirement of wheat sown on 5 and 20 November was fulfilled, but that of wheat sown on 5 December was unfulfilled. The differences for the two early November sowings were because winter temperature rises, which caused high temperatures in 2013, whereas early November 2014 saw normal temperatures for the area. The heading ratio of group II did not show a clear difference among the three sowing dates, while the heading ratio of group III was reduced by about half. This implies that the efficiency of shuttle breeding of group III will be high since it showed strong sensitivity to changes in sowing dates. We calculated future sowing dates of each group under near future climate scenarios; the future available sowing dates of group II were projected, but the dates of group III were never estimated in the temperature rise scenario in Toluca. Our findings suggest that change of sowing dates should be considered in the strategy for shuttle breeding of Korean winter wheat.

신고 배의 개화기 결정에 미치는 온도영향의 정량화

김수옥 ( Soo Ock Kim ),김진희 ( Jin Hee Kim ),정유란 ( Uran Chung ),김승희 ( Seung Heui Kim ),박건환 ( Gun Hwan Park ),윤진일 ( Jin I. Yun ) 한국농림기상학회 2009 한국농림기상학회지 Vol.11 No.2

Most deciduous trees in temperate zone are dormant during the winter to overcome cold and dry environment. Dormancy of deciduous fruit trees is usually separated into a period of rest by physiological conditions and a period of quiescence by unfavorable environmental conditions. Inconsistent and fewer budburst in pear orchards has been reported recently in South Korea and Japan and the insufficient chilling due to warmer winters is suspected to play a role. An accurate prediction of the flowering time under the climate change scenarios may be critical to the planning of adaptation strategy for the pear industry in the future. However, existing methods for the prediction of budburst depend on the spring temperature, neglecting potential effects of warmer winters on the rest release and subsequent budburst. We adapted a dormancy clock model which uses daily temperature data to calculate the thermal time for simulating winter phenology of deciduous trees and tested the feasibility of this model in predicting budburst and flowering of Niitaka pear, one of the favorite cultivars in Korea. In order to derive the model parameter values suitable for Niitaka, the mean time for the rest release was estimated by observing budburst of field collected twigs in a controlled environment. The thermal time (in chill-days) was calculated and accumulated by a predefined temperature range from fall harvest until the chilling requirement (maximum accumulated chill-days in a negative number) is met. The chilling requirement is then offset by anti-chill days (in positive numbers) until the accumulated chill-days become null, which is assumed to be the budburst date. Calculations were repeated with arbitrary threshold temperatures from 4℃ to 10℃ (at an interval of 0.1), and a set of threshold temperature and chilling requirement was selected when the estimated budburst date coincides with the field observation. A heating requirement (in accumulation of anti-chill days since budburst) for flowering was also determined from an experiment based on historical observations. The dormancy clock model optimized with the selected parameter values was used to predict flowering of Niitaka pear grown in Suwon for the recent 9 years. The predicted dates for full bloom were within the range of the observed dates with 1.9 days of root mean square error.

기후변화에 따른 국내 키위 품종 ‘해금’의 개화시기 변동과 전망에 대한 불확실성: 전남 키위 주산지역을 중심으로

김광형 ( Kwang Hyung Kim ),정여민 ( Yeo Min Jeong ),조윤섭 ( Youn Sup Cho ),정유란 ( Uran Chung ) 한국농림기상학회 2016 한국농림기상학회지 Vol.18 No.1

It is highly anticipated that warming temperature resulting from global climate change will affect the phenological pattern of kiwifruit, which has been commercially grown in Korea since the early 1980s. Here, we present the potential impacts of climate change on the variations of flowering day of a gold kiwifruit cultivar, Haegeum, in the Jeonnam Province, Korea. By running six global climate models (GCM), the results from this study emphasize the uncertainty in climate change scenarios. To predict the flowering day of kiwifruit, we obtained three parameters of the ‘Chill-day’ model for the simulation of Haegeum: 6.3oC for the base temperature (Tb), 102.5 for chill requirement (Rc), and 575 for heat requirement (Rh). Two separate validations of the resulting ‘Chill-day’ model were conducted. First, direct comparisons were made between the observed flowering days collected from 25 kiwifruit orchards for two years (2014-15) and the simulated flowering days from the ‘Chill-day’ model using weather data from four weather stations near the 25 orchards. The estimation error between the observed and simulated flowering days was 5.2 days. Second, the model was simulated using temperature data extracted, for the 25 orchards, from a high-resolution digital temperature map, resulting in the error of 3.4 days. Using the RCP 4.5 and 8.5 climate change scenarios from six GCMs for the period of 2021-40, the future flowering days were simulated with the ‘Chill-day’ model. The predicted flowering days of Haegeum in Jeonnam were advanced more than 10 days compared to the present ones from multi-model ensemble, while some individual models resulted in quite different magnitudes of impacts, indicating the multi-model ensemble accounts for uncertainty better than individual climate models. In addition, the current flowering period of Haegeum in Jeonnam Province was predicted to expand northward, reaching over Jeonbuk and Chungnam Provinces. This preliminary result will provide a basis for the local impact assessment of climate change as more phenology models are developed for other fruit trees.

구릉지 과원의 고도에 따른 기온변이

정유란,서희철,윤진일 한국농림기상학회 2003 한국농림기상학회지 Vol.5 No.1

2001년 9월부터 2002년 6월까지 소규모 집수역 내고도가 다른 3개 지점(해발 49,104, 253m)에서 30분 간격으로 기온을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 평균기온은 100m 당 0.2℃씩 하강하였으며, 이 감율양상은 낮 시간대 지형에 의한 일사 수광량변이에 의해 증폭되었다. 그러나 감율양상은 일몰시점부터 고도가 높을수록 기온이 더 높아지는 역전양상으로 전환되어 다음 날 일출시점까지 지속되었다. 이에 따라 계곡기저의 일 최저기온이 253m 지점에 비해 더 낮은 날이 연중 67%를 차지하였고 연평균 기온편차는 1.4℃ 이었다. 맑은 날의 최저기온 역전강도는 겨울보다 봄가을에 더 커지며 대상지역에서 관측된 최대값은 6℃ 이었다. 흐리고 비온 날의 최저기온은 감율양상이 지속되었으며 봄가을보다 겨울철의 기온감율이 더 컸다. Air temperature was continuously measured in hilly pear orchards at 4 sites with elevations of 10, 49, 104 and 253 m above sea level. The mean air temperature, averaged over the 10-month period from August 2001 to June 2002, decreased as the site elevation increased by 0.2℃ per 100 m. This weak lapse condition was amplified during daytime by sun-slope geometry. But on most days an inversion condition began by sunset and persisted until the next sunrise. During the observation period, daily minimum temperature at the valley bottom was lower than that of the hilltop on 67% of the days, and the average temperature difference was 1.4℃. Inversion of daily minimum temperature under clear sky conditions was stronger in spring and autumn than in winter with a maximum of 6℃. Lapse condition was predominant in daily minimum temperature on rainy days, and the lapse rate was strongest in winter.

일 최저기온 공간내삽을 위한 지형기후학적 최적 공간규모

정유란,서희철,윤진일,이광회 한국농림기상학회 2003 한국농림기상학회지 Vol.5 No.4

Cold air accumulation plays a critical role in formulating daily minimum temperature in complex terrain on radiative cooling nights, and spatial interpolation can be improved by accommodating this important topoclimatic variable. Little is known about the spatial scale for computing cold air accumulation which influences daily minimum temperature. Air temperature was measured at 10-minute intervals during September 2002 - February 2003 at eight locations within a 1 by 1 km hilly orchard area. Minimum temperature data for suspected radiative cooling nights were collected, and the deviations from reference observations at a near-by KMA automated weather station were calculated. A digital elevation model with a 10m cell size was used to calculate the cold air accumulation at 8 locations. Zonal averages of the cold air accumulation were computed for each location by increasing the cell radius from 1 to 10. Temperature deviations were regressed to a common logarithm of the smoothed averages of cold air accumulation to derive a linear relationship between the local temperature deviation and the site topography. The highest coefficient of determination (r² = 0.78) was found at a cell radius of 5, which corresponds to an approximately 1 ha boundary surrounding the point of interest.

지형기후모형에 근거한 서리경보시스템 구축

정유란,서희철,윤진일 한국농림기상학회 2004 한국농림기상학회지 Vol.6 No.3

A spatial interpolation scheme incorporating local geographic potential for cold air accumulation (TOPSIM) was used to test the feasibility of operational frost warning in Chatancheon basin in Yeoncheon County-, where the introduction of new crops including temperate zone fruits is planned. Air temperature from April to June 2003 was measured at one-minute intervals at four locations within the basin. Cold-air accumulation potentials (CAP) at 4 sites were calculated for 3 different catchment scales : a rectangular area of 65 x 55 km which covers the whole county, the KOWACO (Korea Water Corporation) hydrologic unit which includes all 4 sites, and the sub-basins delineated by a stream network analysis of the digital elevation model. Daily minimum temperatures at 4 sites were calculated by interpolating the perfect prognosis (i.e., synoptic observations at KMA Dongducheon station) based on TOPSIM with 3 different CAPs. Mean error; mean absolute error; and root mean square error were calculated for 45 days with no precipitation to test the model performance. For the 3 flat locations, little difference was detected in model performance among 3 catchment areas, but the best performance was found with the CAPs calculated for sub-basins at one site (Oksan) on complex terrain. When TOPSIM loaded with sub-basin CAPs was applied to Oksan to predict frost events during the fruit flowering period in 2004, the goodness of fit was sufficient for making an operational frost warning system for mountainous areas.