[코인프 스터디][팀] 이산화탄소와 빙하의 상관 관계

주제 선정 이유

최근 지속가능발전목표(SDGs)의 중요성이 강조되고 있는 가운데 SDGs와 연계하여 데이터를 분석하고 시각화 하는 것은 단순한 과제 제출 이상의 깊은 의미를 갖는다고 판단하였습니다. 이에 저희 팀은 17가지 지속가능발전목표 중 'Climate Action'인 13번 목표를 중심으로, 이산화탄소와 빙하 사이의 연관성을 깊게 탐구하고자 주제를 "이산화탄소와 빙하의 상관 관계"로 선정하게 되었습니다

가설 설정

가설 1: 이산화탄소가 남극의 빙하 감소에 직접적인 영향을 미친다.

가설 2: 이산화탄소가 북극의 빙하 감소에 직접적인 영향을 미친다.

데이터 수집 단계

Chat GPT를 이용하여 빙하의 변화 양과 이산화탄소 배출량을 확인할 수 있는 사이트 몇 가지를 도출해낼 수 있었습니다. 그 중 저희가 이용한 사이트는 아래와 같습니다.

① NSIDC(National Snow and Ice Data Center) (https://nsidc.org/home)

: 1978년 11월 ~ 2023년 9월까지의 남극과 북극의 빙하 데이터

②Statista (https://www.statista.com/)

: 1940년 ~ 2022년까지의 전 세계 연간 이산화탄소 배출량 데이터

데이터 가공

① GPT를 이용하여 가공할 데이터

: 1980~2022년까지의 남/북극의 년도 별 월 평균 빙하 면적 데이터, 년도 별 탄소 배출량 데이터

② 결과 데이터

final_filtered_ice_and_co2_data.xlsx

→ Area가 아닌 extent 값으로 데이터를 가공 [※ 이유는 아래 링크와 같음] https://nsidc.org/learn/ask-scientist/what-difference-between-sea-ice-area-and-extent

분석 및 시각화

https://chat.openai.com/share/e3ef367f-8fd8-4e0f-a1ad-6a6392da577e

(분석 및 시각화 전 과정)

구요한 강사 님의 말에 힌트를 얻어 GPT에게 일부러 제한된 정보를 제공한 뒤에 예측을 시키고 그 뒤에 실제 정보와 대조해보면 예측의 정확도를 파악해 볼 수 있기에 일단 처음에 GPT에게 일부러 1980~2010년까지 제한된 정보를 제공하였습니다.

final_filtered_ice_and_co2_data_1980_2010.xlsx

그 후 GPT가 제공한 2022년까지 예상 그래프입니다.

실제 2022년까지 값의 그래프입니다.

그리고 그 둘 간의 차이를 비교해봤습니다.

실제 값과 예측 값의 차이는

북극 얼음 면적: 1.69%
남극 얼음 면적: 2.97%
CO2 배출량: 3.96%

로 오차율이 4% 미만인 것으로 보아 GPT의 예측이 상당히 정확했다는 것을 알 수 있습니다.

그 과정에서 CO2와 북극 및 남극의 얼음 면적의 상관 계수와

북극의 얼음 면적: -0.962
남극의 얼음 면적: 0.094

R^2(선형 회귀)의 값

북극의 얼음 면적: 0.897
남극의 얼음 면적: 0.005

다음과 같았습니다.

이로 도출해낼 수 있는 결과로는 북극의 빙하 면적은 CO2 배출량과 매우 큰 음의 상관 관계를 가지고 있고 CO2의 증가는 곧 북극 빙하의 감소로 이어진다고 볼 수 있습니다.

반대로 남극의 빙하 면적과 CO2 배출량에는 매우 약한 양의 상관 관계를 가지고 있어서 CO2 배출량과 남극의 빙하 면적에는 큰 관련이 없다는 것을 알 수 있었습니다.

2010년까지 데이터로 예측한 2032년의 그래프에서

2022년까지 데이터를 제공한 그래프를 보면

두 그래프 사이에서

북극의 얼음 면적 차이: 0.46%
남극의 얼음 면적 차이: 5.07%
CO2 배출량: 4.24%

로 약간의 차이가 있다고 볼 수 있습니다.

또한 제 3의 요소로 기후 협약, 경제적 활동 축소, 자연 재해 등 CO2 배출량에 영향을 줄 수 있는 요소들을 고려하여 그래프에 반영해 보았습니다.

예측은 CO2 배출량의 증가율을 10% 줄이고, 북극과 남극의 얼음 면적을 각각 1%와 0.5% 증가 시켰습니다.

결론

남극의 빙하 면적과 이산화탄소 배출량 사이에는 매우 약한 양의 상관 관계를 가지고 있고, 북극의 빙하 면적과 이산화탄소 배출량 사이에는 매우 강한 음의 상관 관계가 있음을 확인할 수 있습니다. 이는 CO2 배출량의 증가가 북극의 빙하 면적 감소, 해수면 상승을 초래할 수 있음을 의미합니다. 따라서 환경 보호를 위해 CO2 배출량을 줄여야 함을 알 수 있습니다.

후기 및 아쉬운 점

나세환

→ [후기]

이번에 제한된 데이터를 이용해서 실제 데이터와 대조하는 과정을 통하여 GPT의 예측이 상당히 정확하다는 점과 데이터 시각화 과정에서 모든 부분에서 GPT를 활용하여 빠르고 쉽게 사용할 수 있는 강력한 Tool이라는 것을 다시 알게 되는 계기가 되었습니다.

[아쉬운 점]

이번에 진행한 제 3요소를 고려한 과정에서 CO2 배출량을 증가 시킬 수 있는 요소를 크게

고려하지 않아 분석의 질이 떨어진 것 같아서 아쉬웠습니다.

강다영

김민규

→[모든 가설 적중 실패] 북극은 지속적으로 감소하는 경향을 보이는 반면 남극은 약한 증가하는 경향을 보이다가 2014년부터 강한 감소하는 경향을 보이는 이유를 설명 하지 못한 아쉬움이 있다. 북극은 가설과 맞지만 남극은 정도가 미미하다는 점에서 다른 요인이 미치고 있지 않은가 생각해 볼 수 있다.

하은지

→ [데이터 부족으로 인한 분석 한계]

:이산화탄소와 빙하 감소 간의 상관 관계를 분석하기 위한 충분한 연도별 데이터가 제공되어 있지 않아, 이산화탄소와 빙하 감소 간의 상관 관계를 시간에 따라 데이터로 분석하지 못한 점이 아쉬웠습니다.

출처

https://noaadata.apps.nsidc.org/NOAA/G02135/seaice_analysis/