엘니뇨-남방진동의 빠른 위상전환에 대한 Indian Ocean Dipole의 자율적 역할 On the Autonomous Role of the Indian Ocean Dipole in the Fast Phase Transition of El Niño-Southern Oscillation원문보기
엘니뇨-남방 진동은 열대 태평양의 대기-해양 상호작용으로 발생하는 현상으로, 열대태평양 해수면온도와 대기압의 경년 변동을 일으키는 현상이다. 엘니뇨-남방 진동이 사회, 경제에 미치는 막대한 영향으로 인해 많은 연구들이 엘니뇨-남방 진동의 예측과 역학 과정을 이해하기 위해 수행되었다. 여러 선행 연구들로부터 엘니뇨-남방 진동은 크게 2가지의 주기를 가진다는 사실이 밝혀졌다. 첫째는 약 2-3년 정도의 짧은 주기를 가지는 준2년 주기 엘니뇨-남방진동이며, 둘째는 약 3년에서 5년의 주기를 갖는 장주기 엘니뇨-남방 진동이다 (Barnett 1991). 또한 엘니뇨-남방진동은 태평양의 해수면 온도뿐만 아니라, 인도양의 해수면 온도까지 영향을 줄 수 있고, 인도양의 해수면 온도가 다시 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상전환을 일으키는데 영향을 줄 수 있음이 밝혀졌다 (Klein et al. 1999; Chiang and Sobel 2002; Kug and Kang 2006; Luo et al.2010). 대양 간 상호작용 (inter-basin coupling) 이라고 불리는 인도양-태평양 상호작용의 구체적인 역학 과정에 대한 많은 연구들 또한 수행되었지만, 명확한 메커니즘은 현재까지도 완전히 이해되지 않은 상태이다. Izumo et al. (2016) 은 인도양의 대표적인 두 가지 해수면 온도 변동 모드의 결합효과가 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상 전이를 일으킬 수 있다고 주장하였다. 구체적인 메커니즘에 대해서는, 인도양 해수면온도의 두 가지 주요 변동 모드 중 하나인 Indian Ocean Dipole (IOD)가 엘니뇨의 정점이 나타나기 시작하기 이전의 여름철부터 발달하다 엘니뇨 정점시기에 쇠퇴하고, 또 다른 모드인 Indian Ocean Basin-wide Mode (IOBM)이 엘니뇨 정점 시기부터 발달하는 과정에서 일어나는 열대 서태평양의 동서 바람의 급격한 변화가 중요한 역할을 한다고 제안하였다. 한편, Ha et al. (2016)은 IOD가 뒤따르는 IOBM이 발생하지 않더라도 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상 전이를 일으킬 수 있다는 가능성을 phase five ...
엘니뇨-남방 진동은 열대 태평양의 대기-해양 상호작용으로 발생하는 현상으로, 열대태평양 해수면온도와 대기압의 경년 변동을 일으키는 현상이다. 엘니뇨-남방 진동이 사회, 경제에 미치는 막대한 영향으로 인해 많은 연구들이 엘니뇨-남방 진동의 예측과 역학 과정을 이해하기 위해 수행되었다. 여러 선행 연구들로부터 엘니뇨-남방 진동은 크게 2가지의 주기를 가진다는 사실이 밝혀졌다. 첫째는 약 2-3년 정도의 짧은 주기를 가지는 준2년 주기 엘니뇨-남방진동이며, 둘째는 약 3년에서 5년의 주기를 갖는 장주기 엘니뇨-남방 진동이다 (Barnett 1991). 또한 엘니뇨-남방진동은 태평양의 해수면 온도뿐만 아니라, 인도양의 해수면 온도까지 영향을 줄 수 있고, 인도양의 해수면 온도가 다시 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상전환을 일으키는데 영향을 줄 수 있음이 밝혀졌다 (Klein et al. 1999; Chiang and Sobel 2002; Kug and Kang 2006; Luo et al.2010). 대양 간 상호작용 (inter-basin coupling) 이라고 불리는 인도양-태평양 상호작용의 구체적인 역학 과정에 대한 많은 연구들 또한 수행되었지만, 명확한 메커니즘은 현재까지도 완전히 이해되지 않은 상태이다. Izumo et al. (2016) 은 인도양의 대표적인 두 가지 해수면 온도 변동 모드의 결합효과가 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상 전이를 일으킬 수 있다고 주장하였다. 구체적인 메커니즘에 대해서는, 인도양 해수면온도의 두 가지 주요 변동 모드 중 하나인 Indian Ocean Dipole (IOD)가 엘니뇨의 정점이 나타나기 시작하기 이전의 여름철부터 발달하다 엘니뇨 정점시기에 쇠퇴하고, 또 다른 모드인 Indian Ocean Basin-wide Mode (IOBM)이 엘니뇨 정점 시기부터 발달하는 과정에서 일어나는 열대 서태평양의 동서 바람의 급격한 변화가 중요한 역할을 한다고 제안하였다. 한편, Ha et al. (2016)은 IOD가 뒤따르는 IOBM이 발생하지 않더라도 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상 전이를 일으킬 수 있다는 가능성을 phase five Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) 모델 자료 분석을 통해 제시하였고 이와 관련된 논의는 아직 진행 중인 상태이다. 따라서 본 연구에서는 IOD가 뒤따라오는 IOBM이 발생하지 않더라도 엘니뇨-남방 진동의 급속한 위상 전이를 일으키는데 정말로 기여를 할 수 있는지 조사하고, 그 역학 과정이 IOD와 뒤따르는 IOBM이 결합하여 엘니뇨-남방 진동 위상 전이에 영향을 주는 과정과 어떻게 다른지 조사하였다. 본 연구에서 수행된 1900년부터 2010까지의 해수면 온도 재분석 자료 분석과 CMIP5 20세기 모의 자료 분석 결과는 IOD가 뒤따르는 IOBM의 발생 유무와 상관없이 엘니뇨-남방 진동의 위상 전이가 빠르게 일어나는데 영향을 줄 수 있음을 보여주었다. 그리고 IOD와 IOBM이 둘 다 존재하는 경우와 IOD만 존재하는 경우에 엘니뇨-남방 진동 위상 전이와 관련된 열대 서태평양의 동풍을 발생시키는 메커니즘이 서로 다름을 확인하였다. IOD의 발달 및 소멸 뒤 IOBM이 따라오는 경우, 엘니뇨-남방 진동 현상으로부터 형성된 태평양의 대류권 평균온도 증가가 인도양까지 전파되고, 인도양 상층의 공기를 가열시키며 열대 인도양 상층의 발산과 열대 서태평양 상공의 수렴을 유발시키게 된다. 따라서 열대 서태평양의 하층 대기에서는 상층에서의 수렴에 의한 대기의 하강 운동으로 인해 대기의 발산이 생기게 되면서 동풍이 발생한다. 이와 더불어, 인도양 상층 대기의 가열은 인도양의 대기를 안정시키며 대류 활동을 감소시켜 태양복사 에너지가 인도양으로 많이 유입될 수 있게 유도하여 인도양 전역을 가열시키는 효과를 불러와 IOBM 발달에 유리한 조건을 제공함을 알 수 있었다. 또한 이 과정에서 발달된 IOBM은 엘니뇨-남방진동의 영향이 대부분 사라지는 시점인 엘니뇨-남방진동 소멸해 북반구 여름철까지 서태평양의 동풍을 유발시킬 수 있음을 알 수 있었다. IOBM이 뒤따르지 않는 경우, 열대 서태평양지역에서 발생 하는 하층 발산을 통하여 동풍이 유발되었고, 동인도양의 증가된 강수와 서태평양의 감소된 강수의 쌍극 패턴이 뚜렷함을 알 수 있었다. 본 연구의 재분석 자료를 이용한 분석에서는, 앞서 언급한 강수의 쌍극 패턴이 IOD에 의해 발생된 것인지, 아니면 엘니뇨-남방 진동에 의해 유발된 것인지 결정하기 어려움이 있기 때문에 대기-해양 접합 대기대순환모델 (coupled general circulation model, CGCM)을 이용하여 IOD 패턴과 유사한 해수면 온도를 모델에 처방하여 IOD 만의 효과를 조사하였다. 모델 실험 결과를 통하여 IOD는 열대 인도양의 동풍뿐만 아니라, 열대 서태평양지역에 서풍을 유발시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한 열대 서태평양지역에 발생된 서풍으로 인해 열대지역의 날짜변경선 부근에서 대류 활동이 강화되었다. 날짜 변경선 부근의 강화된 대류 활동은 열대 서태평양 지역의 대류활동의 약화와 함께 하층의 발산을 유발시키면서 동풍을 유발시킬 수 있음이 확인되었다. 본 연구의 결과들을 종합적으로 정리하면 IOD는 뒤따르는 IOBM의 발달 여부와 무관하게 엘니뇨-남방진동의 빠른 위상전이를 일으킬 수 있다. IOD와 이를 뒤따르는 IOBM이 존재할 경우, 엘니뇨-남방진동에 의해 생긴 인도양 상층 대기 온도 증가가 열대 인도양 상공의 발산과 서태평양 상공의 수렴을 유도하고 서태평양 하층대기의 발산을 만들며 동풍을 일으킨다. 또한 인도양의 대기를 안정화시키면서 대류활동을 감소시키고 태양복사 에너지가 인도양으로 많이 유입될 수 있게 유도하여 IOBM을 발달시켰고, 그 IOBM은 엘니뇨-남방진동의 효과가 대부분 소멸하는 시점인 엘니뇨-남방진동 소멸해 6-8월에도 여전히 유지되며 서태평양에 동풍을 유발시킬 수 있음을 알 수 있었다. IOBM이 뒤따르지 않고 IOD만 존재하는 경우, IOD로 인해 발생한 열대 서태평양지역의 서풍이 열대 중앙 태평양의 대류활동을 강화시키게 된다. 이렇게 강화된 대류활동은 열대 서태평양지역의 대류활동 감소와 하층 발산을 유도하며 동풍을 유발시키고 결과적으로 열대 중앙태평양과 동태평양 해수면 온도의 냉각효과를 가짐을 본 연구에서 밝혔다.
엘니뇨-남방 진동은 열대 태평양의 대기-해양 상호작용으로 발생하는 현상으로, 열대태평양 해수면온도와 대기압의 경년 변동을 일으키는 현상이다. 엘니뇨-남방 진동이 사회, 경제에 미치는 막대한 영향으로 인해 많은 연구들이 엘니뇨-남방 진동의 예측과 역학 과정을 이해하기 위해 수행되었다. 여러 선행 연구들로부터 엘니뇨-남방 진동은 크게 2가지의 주기를 가진다는 사실이 밝혀졌다. 첫째는 약 2-3년 정도의 짧은 주기를 가지는 준2년 주기 엘니뇨-남방진동이며, 둘째는 약 3년에서 5년의 주기를 갖는 장주기 엘니뇨-남방 진동이다 (Barnett 1991). 또한 엘니뇨-남방진동은 태평양의 해수면 온도뿐만 아니라, 인도양의 해수면 온도까지 영향을 줄 수 있고, 인도양의 해수면 온도가 다시 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상전환을 일으키는데 영향을 줄 수 있음이 밝혀졌다 (Klein et al. 1999; Chiang and Sobel 2002; Kug and Kang 2006; Luo et al.2010). 대양 간 상호작용 (inter-basin coupling) 이라고 불리는 인도양-태평양 상호작용의 구체적인 역학 과정에 대한 많은 연구들 또한 수행되었지만, 명확한 메커니즘은 현재까지도 완전히 이해되지 않은 상태이다. Izumo et al. (2016) 은 인도양의 대표적인 두 가지 해수면 온도 변동 모드의 결합효과가 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상 전이를 일으킬 수 있다고 주장하였다. 구체적인 메커니즘에 대해서는, 인도양 해수면온도의 두 가지 주요 변동 모드 중 하나인 Indian Ocean Dipole (IOD)가 엘니뇨의 정점이 나타나기 시작하기 이전의 여름철부터 발달하다 엘니뇨 정점시기에 쇠퇴하고, 또 다른 모드인 Indian Ocean Basin-wide Mode (IOBM)이 엘니뇨 정점 시기부터 발달하는 과정에서 일어나는 열대 서태평양의 동서 바람의 급격한 변화가 중요한 역할을 한다고 제안하였다. 한편, Ha et al. (2016)은 IOD가 뒤따르는 IOBM이 발생하지 않더라도 엘니뇨-남방 진동의 빠른 위상 전이를 일으킬 수 있다는 가능성을 phase five Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) 모델 자료 분석을 통해 제시하였고 이와 관련된 논의는 아직 진행 중인 상태이다. 따라서 본 연구에서는 IOD가 뒤따라오는 IOBM이 발생하지 않더라도 엘니뇨-남방 진동의 급속한 위상 전이를 일으키는데 정말로 기여를 할 수 있는지 조사하고, 그 역학 과정이 IOD와 뒤따르는 IOBM이 결합하여 엘니뇨-남방 진동 위상 전이에 영향을 주는 과정과 어떻게 다른지 조사하였다. 본 연구에서 수행된 1900년부터 2010까지의 해수면 온도 재분석 자료 분석과 CMIP5 20세기 모의 자료 분석 결과는 IOD가 뒤따르는 IOBM의 발생 유무와 상관없이 엘니뇨-남방 진동의 위상 전이가 빠르게 일어나는데 영향을 줄 수 있음을 보여주었다. 그리고 IOD와 IOBM이 둘 다 존재하는 경우와 IOD만 존재하는 경우에 엘니뇨-남방 진동 위상 전이와 관련된 열대 서태평양의 동풍을 발생시키는 메커니즘이 서로 다름을 확인하였다. IOD의 발달 및 소멸 뒤 IOBM이 따라오는 경우, 엘니뇨-남방 진동 현상으로부터 형성된 태평양의 대류권 평균온도 증가가 인도양까지 전파되고, 인도양 상층의 공기를 가열시키며 열대 인도양 상층의 발산과 열대 서태평양 상공의 수렴을 유발시키게 된다. 따라서 열대 서태평양의 하층 대기에서는 상층에서의 수렴에 의한 대기의 하강 운동으로 인해 대기의 발산이 생기게 되면서 동풍이 발생한다. 이와 더불어, 인도양 상층 대기의 가열은 인도양의 대기를 안정시키며 대류 활동을 감소시켜 태양복사 에너지가 인도양으로 많이 유입될 수 있게 유도하여 인도양 전역을 가열시키는 효과를 불러와 IOBM 발달에 유리한 조건을 제공함을 알 수 있었다. 또한 이 과정에서 발달된 IOBM은 엘니뇨-남방진동의 영향이 대부분 사라지는 시점인 엘니뇨-남방진동 소멸해 북반구 여름철까지 서태평양의 동풍을 유발시킬 수 있음을 알 수 있었다. IOBM이 뒤따르지 않는 경우, 열대 서태평양지역에서 발생 하는 하층 발산을 통하여 동풍이 유발되었고, 동인도양의 증가된 강수와 서태평양의 감소된 강수의 쌍극 패턴이 뚜렷함을 알 수 있었다. 본 연구의 재분석 자료를 이용한 분석에서는, 앞서 언급한 강수의 쌍극 패턴이 IOD에 의해 발생된 것인지, 아니면 엘니뇨-남방 진동에 의해 유발된 것인지 결정하기 어려움이 있기 때문에 대기-해양 접합 대기대순환모델 (coupled general circulation model, CGCM)을 이용하여 IOD 패턴과 유사한 해수면 온도를 모델에 처방하여 IOD 만의 효과를 조사하였다. 모델 실험 결과를 통하여 IOD는 열대 인도양의 동풍뿐만 아니라, 열대 서태평양지역에 서풍을 유발시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또한 열대 서태평양지역에 발생된 서풍으로 인해 열대지역의 날짜변경선 부근에서 대류 활동이 강화되었다. 날짜 변경선 부근의 강화된 대류 활동은 열대 서태평양 지역의 대류활동의 약화와 함께 하층의 발산을 유발시키면서 동풍을 유발시킬 수 있음이 확인되었다. 본 연구의 결과들을 종합적으로 정리하면 IOD는 뒤따르는 IOBM의 발달 여부와 무관하게 엘니뇨-남방진동의 빠른 위상전이를 일으킬 수 있다. IOD와 이를 뒤따르는 IOBM이 존재할 경우, 엘니뇨-남방진동에 의해 생긴 인도양 상층 대기 온도 증가가 열대 인도양 상공의 발산과 서태평양 상공의 수렴을 유도하고 서태평양 하층대기의 발산을 만들며 동풍을 일으킨다. 또한 인도양의 대기를 안정화시키면서 대류활동을 감소시키고 태양복사 에너지가 인도양으로 많이 유입될 수 있게 유도하여 IOBM을 발달시켰고, 그 IOBM은 엘니뇨-남방진동의 효과가 대부분 소멸하는 시점인 엘니뇨-남방진동 소멸해 6-8월에도 여전히 유지되며 서태평양에 동풍을 유발시킬 수 있음을 알 수 있었다. IOBM이 뒤따르지 않고 IOD만 존재하는 경우, IOD로 인해 발생한 열대 서태평양지역의 서풍이 열대 중앙 태평양의 대류활동을 강화시키게 된다. 이렇게 강화된 대류활동은 열대 서태평양지역의 대류활동 감소와 하층 발산을 유도하며 동풍을 유발시키고 결과적으로 열대 중앙태평양과 동태평양 해수면 온도의 냉각효과를 가짐을 본 연구에서 밝혔다.
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