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생산성이 매우 높은 소수의 어업이 10억 명의 사람들에게 생계를 제공하고 수천만 명을 고용합니다. 이러한 어업은 미국 서해안, 카나리아 제도, 페루, 칠레, 벵겔라 등 세계 해양의 동쪽 가장자리에서 발생합니다. 그곳에서 용승이라는 과정을 통해 차가운 물과 영양분을 표면으로 가져와 인간이 생계를 위해 의존하는 많은 수의 더 큰 바다 생물을 지원합니다.
텍사스 A&M 대학의 연구원들이 이끄는 새로운 프로젝트는 기후와 해양의 변화가 미국과 전 세계 어업에 어떤 영향을 미칠지 이해하려고 합니다.
텍사스 A&M 대학(TAMU)의 Louis & Elizabeth Scherck 해양학과장인 Ping Chang은 “우리는 기후 변화가 용승을 어떻게 변화시키고 미래 어업의 지속 가능성에 어떤 영향을 미칠 것인지에 관심이 있습니다.”라고 말했습니다. “기후 모델의 해상도를 높이면 용승 시뮬레이션이 현실에 훨씬 더 가까워진다는 것이 밝혀졌습니다.”
NSF(Nationwide Science Basis)가 자금을 지원하는 이 프로젝트는 지금까지 실행된 가장 높은 해상도의 결합 기후 예측을 기반으로 중장기 어업 예측을 개발하는 것을 목표로 합니다. 이는 경제 성장을 위한 해양 자원의 지속 가능한 사용인 ‘블루 이코노미’를 다루는 16개의 융합 가속기 1단계 프로젝트 중 하나입니다. 융합 프로젝트는 다양한 과학 분야의 학자들을 통합합니다.
해양학자인 Piers Chapman이 이끄는 TAMU 팀에는 전산 기후 모델러, 해양 생지화학 모델러, 어업 모델러, 의사 결정 지원 시스템 전문가, 학계, 연방 기관 및 업계의 위험 커뮤니케이션 학자가 포함됩니다.
NCAR(Nationwide Middle for Atmospheric Analysis)의 Chang과 Gokhan Danabasoglu는 연구의 기후 모델링 구성 요소를 이끌고 있습니다. 그들은 미국에서 가장 빠른 학술용 슈퍼컴퓨터인 TACC(Texas Superior Computing Middle)의 Frontera 슈퍼컴퓨터를 사용하여 연구를 강화합니다.
1990년대에 해양 생물학자 Andrew Bakun은 온난화된 기후가 동쪽 경계 지역에서 용승을 증가시킬 것이라고 제안했습니다. 그는 육지가 바다보다 더 빨리 따뜻해지기 때문에 육지와 바다 사이의 온도 구배가 더 강한 바람을 몰고 용승을 더 강하게 만들 것이라고 추론했습니다. 그러나 최근의 역사적 데이터는 그 반대가 실제로 표준일 수 있음을 시사합니다.
“과거에 작성된 많은 논문은 용승을 잘 해결하지 못하는 거친 해상도 모델을 사용합니다.”라고 Chang은 말했습니다. “고해상도 모델은 지금까지 대부분의 지역에서 증가하지 않고 용승을 예측합니다. 모델은 이 해역의 온도가 더 낮아지는 것이 아니라 더 따뜻해질 것으로 예측하고 있습니다. 칠레와 페루에서는 온난화가 상당히 심각합니다. 최악의 시나리오에서 2-3ºC 온난화, 평소와 다름없는 일입니다. 그것은 업웰링에 나쁜 소식이 될 수 있습니다.”
용승이 발생하는 지역은 상당히 좁고 국지적이지만 해양생태계에 미치는 영향은 매우 크다. 예를 들어 동태평양 용승은 폭이 약 100km에 불과합니다. IPCC(Intergovernmental Panel on Local weather Change)에서 사용하는 기후 모델은 해상도가 100km이므로 용승 지역에 대해 하나의 데이터 포인트만 생성하므로 미래의 변화를 정확하게 예측하기에는 충분하지 않습니다.
반면 Chang과 그의 동료들이 사용하는 모델은 각 방향으로 10km의 해상도를 사용합니다. 이는 IPCC 모델보다 100배 더 해결되며 대략 100배의 컴퓨팅 성능이 필요합니다.
Chang의 연구는 두 개의 개별적이지만 관련된 시뮬레이션 세트에 의존합니다. 첫 번째 세트는 고해상도 결합 지구 시스템 모델의 앙상블(통계적으로 유효한 결과를 생성하기 위해 약간 다른 시작점으로 실행되는 동일한 모델)을 포함합니다. 두 번째는 대기에서 관측된 데이터를 통합하여 모델 예측을 초기화하는 데 사용되는 현실적인 해양 상태를 생성합니다. 1982년부터 용승 효과를 예측하는 모델의 기술을 결정하기 위해 5년 후향적 예측을 수행할 것입니다.
Chang은 “예측할 수 있는 범위에는 한계가 있습니다.”라고 말했습니다. “특정 시간이 지나면 모델은 더 이상 기술을 보유하지 않습니다. 5년이 지난 후에도 우리 모델은 여전히 유용한 기술을 보여줍니다.”
팀은 Nature’s에 결과를 보고했습니다. 통신 지구 및 환경 2023년 1월.
Blue Financial system 프로젝트는 TAMU-NCAR 팀이 지구 기후 모델을 업그레이드하여 더 높은 해상도와 물리적으로 더 정확하도록 수십 년간의 노력을 계속하고 있습니다. 팀에서 사용한 모델은 가장 최근의 IPCC 보고서에 포함되었으며 IPCC 소위원회에서 조사 중인 소수의 고해상도 지구 시스템 모델 중 하나였습니다. 그들은 지구 기후 모델링의 미래를 나타냅니다.
10km 해상도에서 연구자들은 모델이 열대성 저기압이나 대기 하천과 같은 극단적인 기상 현상을 현실적으로 생성할 수 있을 뿐만 아니라 특정 지역의 기후가 어떻게 변할지에 대한 보다 정교한 예측이 가능하다고 믿습니다. 그러나 이 해상도의 모델은 여전히 구름을 해결할 수 없으며, 몇 킬로미터 해상도의 모델이 필요하고 현재는 기후가 아닌 단기 기간에 대해서만 통합할 수 있습니다.
지구 시스템을 포착하려는 노력은 계속해서 개선되고 있습니다.
TAMU-NCAR 프로젝트는 해양 및 어업 모델의 생지화학 모델을 10km 해상도의 지구 시스템 모델에 통합하는 최초의 프로젝트 중 하나가 될 것입니다.
“TACC는 과학의 근본적인 문제를 해결하기 위해 우리와 같은 연구자에게 리소스를 제공한다는 점에서 독특합니다.”라고 Chang은 말했습니다. “우리의 목표는 일상적인 예측이 아닙니다. 우리가 원하는 것은 모델과 방법을 개선하기 위해 현재 기후 모델에서 누락된 지구 시스템 역학을 더 잘 이해하는 것입니다. Frontera 없이는 다음과 같은 시뮬레이션을 만들 수 있을지 모르겠습니다. 중요합니다.”
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