대기온도와 지면온도는 기후상태를 나타내는 기본적인 물리량으로서 이의 시공간 변화는 전세계 기후가 변화하는 중요한 상징이다. 기후시스템 모델성능을 평가하는 일종의 가장 중요한 지표는 바로 모델의 온도 및 이런 변화의 재현능력이다. 그러므로 모델오차의 원인을 이해하고 모델의 물리과정을 힘써 개진하려고 하는 것은 줄곧 모델발전이 직면하고 있는 가장 중요한 난제이다.

중국과학원 대기물리연구소 Rong-cai Ren 연구원이 이끌고 있는 연구팀은 과정분해에 기반하고 있는 기후에너지 피드백방법(climate feedback–response analysis method, CFRAM)을 이용하여 지면-기후시스템에너지평형의 각도에서 기후시스템모델 FGOALS-s2가 지면온도와 대기온도에 대한 모의편차(simulation deviation)를 정량적으로 분석하였다.

연구에 의하면, FGOALS-s2가 지면온도에 관한 모의오차는 해양면보다 육지에서 더욱 큰데 이는 주로 모델에서 시스템이 과대 평가한 아래로 향한 지표열유속과 일부지역에서 과대 평가한 지표반사율 등 과정 오차에 의해 형성된 것이다. 모델이 겨울철 반구 대기온도에 대한 모의오차, 특히 북반구 겨울철 성층권에 대한 과대 추위 편차는 주로 모델동력 과정오차에 의해 일어난 것이지만 여름철 반구 대기온도의 모의오차는 주로 복사 과정오차에 의해 형성된 것이다.

더욱 중요한 것은 비록 모델이 대부분 지역에서 온도에 대한 모의오차가 크지는 않지만 이 모델이 각 물리과정에 대한 설명은 모두 정확하다는 것을 의미하는 것은 절대로 아니다. 지면-기후에너지평형의 제약에 의해 모델이 어떤 일종의 물리과정에 대한 모의편차는 다른 물리과정의 싱크로 피드백변화를 일으킬 수 있지만 이로 인해 일어난 온도오차에서는 상쇄작용이 발생한다. 이러한 피드백과 상쇄현상은 각 비복사 과정 사이 혹은 어떠한 복사와 비복사 과정 사이에 존재한다.

이 연구성과는 2015년에 Climate Dynamics, Advances in Atmospheric Sciences와 Atmospheric and Oceanic Science Letters에 발표되었다. 연구성과는 FGOALS-s2의 개진에 도움이 될 뿐만 아니라 전세계 다른 모델개진에 대해서도 도움이 될 수 있다.

그림: (a-b)1월분과 (c-d)7월분 모델에서의 복사과정(Rad)[오존(O3), 수증기(WV), 구름(cloud)와 반사율(Albedo)가 포함] 오차, 및 비복사과정(Non-rad)[지표감열유속(SH), 지표잠열유속(LH), 지표동력과정(DynS)와 대기동력과정(DynA)이 포함됨]오차로 인해 각각 초래한 위도방향 평균 Ts(단위: K)모의오차. 흑색 점선은 FGOALS-s2가 ERA-Interim에 비교한 재분석자료의 총 온도오차.

논문정보:

1. R.-C. Ren*, Yang Yang, Ming Cai*, and Jian Rao, 2015: Understanding the systematic air temperature biases in a coupled climate system model through a process‐based decomposition method. Clim. Dyn., DOI: 10.1007/s00382-014-2435-7 (in press).
원문연결: http://link.springer.com/article/10.1007/s00382-014-2435-7

2. Yang, Y., R. C. Ren*, M. Cai, and J. Rao, 2015: Attributing analysis on the model bias in surface temperature in the climate system model FGOALS-s2 through a process-based decomposition method. Adv. Atmos. Sci., 32(4), 457–469, DOI: 10.1007/s00376-014-4061-z. 원문연결: http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-014-4061-z

3. Yang, Y., and R.-C. Ren*, 2015: Understanding the global surface-atmosphere energy balance in FGOALS-s2 through an attribution analysis of the global temperature biases, Atmos Oceanic Sci. Lett., 8, 107-112, DOI:10.3878/AOSL20150019.
원문연결: http://159.226.119.58/aosl/EN/10.3878/AOSL20150019

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 30일]