In the present study, the time series of the number of days on which temperatures were not higher than $-5^{\circ}C$ in winter in Seoul was analyzed. The results showed a decreasing tendency until recently. Statistical change-point analysis was conducted to examine whether climate regime shifts existed in this time series. According to the results, the number of days on which temperatures were not higher than $-5^{\circ}C$ in winter in Seoul drastically decreased since 1988. Therefore, to find out the reason for the recent decrease in the number of days, differences between the means of large-scale environments in winder during 1988~2010 and those during 1974~1987 were analyzed. In all layers of the troposphere, anomalous anticyclones developed in regions around the Korean Peninsula and thus the Korean Peninsula was affected by westerlies or south-westerlies. This was associated with the recent a little further northward development of western North Pacific subtropical high. Therefore, environments good for warm and humid air to flow into the Korean Peninsula were formed. To examine whether relatively warm and humid air actually flowed into the Korean Peninsula recently, temperatures and specific humidity in all layers in the troposphere were analyzed and according to the results the Korean Peninsula showed warm and humid anomalies. In the analyses of sensible heat net flux and maximum temperatures at a height of 2 m that can be felt by humans, the East Asia Continent including the Korean Peninsula showed positive anomalies.
The leading modes of the North Pacific jet (NPJ) variability include intensity changes and meridional shifts in jet position on low-frequency time scales. These leading modes of NPJ variability are closely associated with weather and climate conditions spanning from Asia to the United States. In this study, we investigated changes in the NPJ's role as a conduit for U.S. surface air temperature (SAT) anomalies during the boreal winter across the late 1990s. We found that the leading mode of NPJ variability changed from the NPJ intensity changes to meridional shifts in NPJ position across the late 1990s. It leads to the change in the role of the NPJ as a conduit for U.S. SAT anomalies. Before the late 1990s, the variability of NPJ intensity significantly impacted western U.S. SAT anomalies related to the anomalous surface cyclonic circulation over the North Pacific. After the late 1990s, however, the variability of the NPJ's meridional shift significantly influenced the eastern U.S. SAT anomalies in association with the anomalous surface cyclonic circulation over the northern North Pacific. Further analysis and model experiments revealed that the western to central North Pacific Ocean has been warming since the late 1990s and modulates atmospheric baroclinicity. This phenomenon mainly leads to a northward NPJ shift and implies that the eddy-driven mechanism on the NPJ's formation, which acts to enhance the meridional variability of NPJ position, becomes dominant. We conclude that this northward shift of NPJ could have contributed to enhancing the NPJ's meridional shift variability, significantly influencing the eastern U.S. SAT anomalies since the late 1990s.
Observed climate data are processed under the assumption that their time series are stationary, as in multi-step temperature and precipitation prediction, which usually leads to low prediction accuracy. If a climate system model is based on a single prediction model, the prediction results contain significant uncertainty. In order to overcome this drawback, this study uses a method that integrates ensemble prediction and a stepwise regression model based on a mean-valued generation function. In addition, it utilizes empirical mode decomposition (EMD), which is a new method of handling time series. First, a non-stationary time series is decomposed into a series of intrinsic mode functions (IMFs), which are stationary and multi-scale. Then, a different prediction model is constructed for each component of the IMF using numerical ensemble prediction combined with stepwise regression analysis. Finally, the results are fit to a linear regression model, and a short-term climate prediction system is established using the Visual Studio development platform. The model is validated using temperature data from February 1957 to 2005 from 88 weather stations in Guangxi, China. The results show that compared to single-model prediction methods, the EMD and ensemble prediction model is more effective for forecasting climate change and abrupt climate shifts when using historical data for multi-step prediction.
The potential impacts of climate change on heating and cooling energy demand were investigated by means of transient building energy simulations and hourly weather data scenarios for Inchon. Future trends for the 21 st century was assessed based oil climate change scenarios with 7 global climate models(GCMs), We constructed hourly weather data from monthly temperatures and total incident solar radiation ($W/m^2$) and then simulated heating and cooling load by Trnsys 16 for Inchon. For 2004-2080, the selected scenarios made by IPCC foresaw a $3.7-5.8^{\circ}C$rise in mean annual air temperature. In 2004-2080, the annual cooling load for a apartment with internal heat gains increased by 75-165% while the heating load fell by 52-71%. Our analysis showed widely varying shifts in future energy demand depending on the season. Heating costs will significantly decrease whereas more expensive electrical energy will be needed of air conditioning during the summer.
We compiled and analyzed long-term time-series data collected in Korea to evaluate changes in oceanographic conditions and marine ecosystems near Jeju Island ($33^{\circ}00^{\prime}-34^{\circ}00^{\prime}\;N$, $125^{\circ}30^{\prime}-127^{\circ}30^{\prime}\;E$) from 1981 to 2010. Environmental data included depth-specific time series of temperature and salinity that have been measured bimonthly since 1961 in water columns at 175 fixed stations along 22 oceanographic lines in Korean waters by the National Fisheries Research & Development Institute, and time series of estimated volume transport of the Tsushima Warm Current (TWC) and Korea Strait Bottom Cold Water (KSBCW) for the period from 1961 to 2008. We analyzed the species composition in terms of biomass of fish species caught by Korean fishing vessels in the waters near Jeju Island (1981-2010). Data were summarized and related to environmental changes using canonical correspondence analysis (CCA). The CCA detected major shifts in fish community structure between 1982 and 1983 and between 1990 and 1992; the dominant species were a filefish during 1981-1992 and chub mackerel from 1992 to 2007. CCA suggested that water temperature and salinity in the mixed layer and the volume transport of the TWC and the KSBCW were significantly related to the long-term changes in the fish community in the waters off Jeju Island. Fish community shifts seemed to be related to the well-established 1989 regime shift in the North Pacific. Further studies are required to elucidate the mechanisms driving climate change effects on the thermal windows and habitat ranges of commercial species to develop fisheries management plans based on reliable projections of long-term changes in the oceanographic conditions in waters off Jeju Island.
Environmental changes caused by the abrupt climatic change are one of the important issues in the scientific community. In the East Sea, abrupt climatic shift, called Younger Dryas, is identified. The age of the Younger Dryas cold episode occurred at 11.2 ka. Overall, changes in circulation and bottom water conditions occurred during the Younger Dryas cold episode in the study area. Especially, climatic transition from meltwater spike to the Younger Dryas cold episode is characterized by significant shifts of oxygen isotope values, the coiling ratios of Neogloboquadrina pachyderma, and the planktonic foraminifers abundances. The impact of abrupt climate change on the ecosystem is very significant. In the East Sea, the calcium carbonate secreting organism(foraminifers) is replaced by silicon dioxide secreting organisms(diatom, radiolarian) after the abrupt and severe cold climatic event. Based on the Doctrine of Uniformitarianism, at least climate change for the next 100 years would be severely influence on the marine ecosystem.
Whilst it is clear that increasing temperatures from global environmental change will impact the positions of alpine treelines, it is likely that a range of regional and local scaled factors will mediate the overall impact of global scale climate drivers. We summarized 12 categories of abiotic and biotic factors as 4 groups determining treeline positions. First, there are global factors related to climate-induced growth limitation and carbon limitation. Second, there are seven regional and local factors related to treeline dynamics including frost stress, topography, water stress, snow, wind, fire and non-fire disturbance. Third, species-specific factors can control treeline dynamics through their influence on reproduction and life history traits. Fourth, there are positive feedbacks in structuring the dynamics of treelines. Globally, the commonly accepted growth limitation hypothesis is that growth at a treeline is limited by temperature. Meanwhile, positive feedbacks between canopy cover and tree establishment are likely to control the spatial pattern and temporal dynamics of many treelines. The presence of non-linear dynamics at treelines has implications for the use of treelines as barometers of climate change because the lagged responses and abrupt shifts inherent in non-equilibrium systems may combine to mask the overall climate trend.
Shin, Sookyung;Jung, Kwang Soo;Kang, Hong Gu;Dang, Ji-Hee;Kang, Doohee;Han, Jeong Eun;Kim, Jin Han
Journal of Ecology and Environment
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v.45
no.4
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pp.313-327
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2021
Background: Citizen science is becoming a mainstream approach of baseline data collection to monitor biodiversity and climate change. Dragonflies (Odonata) have been ranked as the highest priority group in biodiversity monitoring for global warming. Ischnura senegalensis Rambur has been designated a biological indicator of climate change and is being monitored by the citizen science project "Korean Biodiversity Observation Network." This study has been performed to understand changes in the distribution range of I. senegalensis in response to climate change using citizen science data in South Korea. Results: We constructed a dataset of 397 distribution records for I. senegalensis, ranging from 1980 to 2020. The number of records sharply increased over time and space, and in particular, citizen science monitoring data accounted for the greatest proportion (58.7%) and covered the widest geographical range. This species was only distributed in the southern provinces until 2010 but was recorded in the higher latitudes such as Gangwon-do, Incheon, Seoul, and Gyeonggi-do (max. Paju-si, 37.70° latitude) by 2020. A species distribution model showed that the annual mean temperature (Bio1; 63.2%) and the maximum temperature of the warmest month (Bio5; 16.7%) were the most critical factors influencing its distribution. Future climate change scenarios have predicted an increase in suitable habitats for this species. Conclusions: This study is the first to show the northward expansion in the distribution range of I. senegalensis in response to climate warming in South Korea over the past 40 years. In particular, citizen science was crucial in supplying critical baseline data to detect the distribution change toward higher latitudes. Our results provide new insights on the value of citizen science as a tool for detecting the impact of climate change on ecosystems in South Korea.
Park, Seon Uk;Koo, Kyung Ah;Seo, Changwan;Hong, Seungbum
Journal of Ecology and Environment
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v.41
no.11
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pp.310-317
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2017
Background: Many studies about climate-related range shift of plants have focused on understanding the relationship between climatic factors and plant distributions. However, consideration of adaptation factors, such as dispersal and plant physiological processes, is necessary for a more accurate prediction. This study predicted the future distribution of marlberry (Ardisia japonica), a warm-adapted evergreen broadleaved shrub, under climate change in relation to the dispersal ability that is determined by elapsed time for the first seed production. Results: We introduced climate change data under four representative concentration pathway (RCP 2.6, 4.5, 6.0, and 8.5) scenarios from five different global circulation models (GCMs) to simulate the future distributions (2041~2060) of marlberry. Using these 20 different climate data, ensemble forecasts were produced by averaging the future distributions of marlberry in order to minimize the model uncertainties. Then, a dispersal-limited function was applied to the ensemble forecast in order to exam the impact of dispersal capacity on future marlberry distributions. In the dispersal-limited function, elapsed time for the first seed production and possible dispersal distances define the dispersal capacity. The results showed that the current suitable habitats of marlberry expanded toward central coast and southern inland area from the current southern and mid-eastern coast area in Korea. However, given the dispersal-limited function, this experiment showed lower expansions to the central coast area and southern inland area. Conclusions: This study well explains the importance of dispersal capacity in the prediction of future marlberry distribution and can be used as basic information in understanding the climate change effects on the future distributions of Ardisia japonica.
Background: Climate change significantly influences the geographical distribution of plant species worldwide. Selecting indicator species allows for better-informed and more effective ecosystem management in response to climate change. The Korean Peninsula is the northernmost distribution zone of warm temperate evergreen broad-leaved (WTEB) species in Northeast Asia. Considering the ecological value of these species, we evaluated the current distribution range and future suitable habitat for 13 WTEB tree species designated as climate-sensitive biological indicator species. Results: Up-to-date and accurate WTEB species distribution maps were constructed using herbarium specimens and citizen science data from the Korea Biodiversity Observation Network. Current northern limits for several species have shifted to higher latitudes compared to previous records. For example, the northern latitude limit for Stauntonia hexaphylla is higher (37° 02' N, Deokjeokdo archipelago) than that reported previously (36° 13' N). The minimum temperature of the coldest month (Bio6) is the major factor influencing species distribution. Under future climate change scenarios, suitable habitats are predicted to expand toward higher latitudes inland and along the western coastal areas. Conclusions: Our results support the suitability of WTEB trees as significant biological indicators of species' responses to warming. The findings also suggest the need for consistent monitoring of species distribution shifts. This study provides an important baseline dataset for future monitoring and management of indicator species' responses to changing climate conditions in South Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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