The "Barents Oscillation (BO)", first designated by Paul Skeie (2000), is an anomalous recurring atmospheric circulation pattern of high relevance for the climate of the Nordic Seas and Siberia, which is defined as the second Emperical Orthogonal Function (EOF) of monthly winter sea level pressure (...
The "Barents Oscillation (BO)", first designated by Paul Skeie (2000), is an anomalous recurring atmospheric circulation pattern of high relevance for the climate of the Nordic Seas and Siberia, which is defined as the second Emperical Orthogonal Function (EOF) of monthly winter sea level pressure (SLP) anomalies, where the leading EOF is the Arctic Oscillation (AO). BO, however, did not attracted much interest. In recent two decades, variability of BO tends to increase. In this study, we analyzed the spatio-temporal structures of Atmospheric internal modes such as Arctic Oscillation (AO) and Barents Oscillation (BO) and examined how these are related with Arctic warming in recent decade. We identified various aspects of BO, not dealt in Skeie (2000), such as upper-level circulation and surface characteristics for extended period including recent decade and examined link with other surface variables such as sea-ice and sea surface temperature. From the results, it was shown that the BO showed more regionally confined spatial pattern compared to AO and has intensified during recent decade. The regional dipolelar structure centered at Barents sea and Siberia was revealed in both sea-level pressure and 500 hPa geopotential height. Also, BO showed a stronger link (correlation) with sea-ice and sea surface temperature especially over Barents-Kara seas suggesting it is playing an important role for recent Arctic amplification. BO also showed high correlation with Ural Blocking Index (UBI), which measures seasonal activity of Ural blocking. Since Ural blocking is known as a major component of Eurasian winter monsoon and can be linked to extreme weathers, we suggest deeper understanding of BO can provide a missing link between recent Arctic amplification and increase in extreme weathers in midlatitude in recent decades.
The "Barents Oscillation (BO)", first designated by Paul Skeie (2000), is an anomalous recurring atmospheric circulation pattern of high relevance for the climate of the Nordic Seas and Siberia, which is defined as the second Emperical Orthogonal Function (EOF) of monthly winter sea level pressure (SLP) anomalies, where the leading EOF is the Arctic Oscillation (AO). BO, however, did not attracted much interest. In recent two decades, variability of BO tends to increase. In this study, we analyzed the spatio-temporal structures of Atmospheric internal modes such as Arctic Oscillation (AO) and Barents Oscillation (BO) and examined how these are related with Arctic warming in recent decade. We identified various aspects of BO, not dealt in Skeie (2000), such as upper-level circulation and surface characteristics for extended period including recent decade and examined link with other surface variables such as sea-ice and sea surface temperature. From the results, it was shown that the BO showed more regionally confined spatial pattern compared to AO and has intensified during recent decade. The regional dipolelar structure centered at Barents sea and Siberia was revealed in both sea-level pressure and 500 hPa geopotential height. Also, BO showed a stronger link (correlation) with sea-ice and sea surface temperature especially over Barents-Kara seas suggesting it is playing an important role for recent Arctic amplification. BO also showed high correlation with Ural Blocking Index (UBI), which measures seasonal activity of Ural blocking. Since Ural blocking is known as a major component of Eurasian winter monsoon and can be linked to extreme weathers, we suggest deeper understanding of BO can provide a missing link between recent Arctic amplification and increase in extreme weathers in midlatitude in recent decades.
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문제 정의
특히, BO의 경우, 바렌츠 해를 중심으로 한 양의 온도 편차, 유라시아 지역을 중심으로 한 음의 편차의 구조를 지니므로 동아시아 겨울몬순과 밀접한 관련이 있음을 파악할 수 있었고, 실제로 유라시아 지역의 겨울몬순 순환을 지배하는 우랄 블락킹과 시베리아 고기압의 변동을 대표하는 지수들과 매우 높은 상관관계를 보였다. 본 연구는, 따라서, 최근 겨울철 북극 온난화의 경향성과 BO로 대표되는 내부 변동성의 깊은 연관성을 명확히 제시하였다. BO는 최근 급격한 북극 온난화 경향과 상관없이 존재하는 고유한 내부 모드이다(Skeie, 2000).
본 연구에서는 북극권에서 최근 나타나고 있는 기후변동성을 이해하기 위해 기본적인 순환 패턴을 EOF 분석을 통해 살펴보았다. Figure 5는 NCEP-NCAR R1자료 중 해수면 기압(SLP)를 사용하여 북반구 북위 30° 이상 지역에 EOF 분석을 수행한 결과이다.
5b의 오른쪽 그림에서 볼 수 있듯이 최근 들어 그 강도가 강해지는 경향을 보인다. 본 연구에서는 이 모드를 북극 진동과 구별되는 특징을 가진 모드로 보고 바렌츠 진동으로 칭하도록 하겠다.
본 연구에서는 재분석자료를 활용하여 북극권에서의 온난화 경향의 계절 분포를 분석하였다. 이를 통해, 북극권 온난화가 주로 겨울철에 가장 크게 나타나는 현상이며, 북반구 11월~2월에 온도 증가 폭이 가장 큼을 확인하였다.
북극 진동, 바렌츠 진동과 겨울철 북반구 주요 변수들의 관련성을 살펴보도록 하자. Figure 6은 Fig.
따라서, 북극의 급격한 온난화가 이 내부 변동 모드에 어떠한 영향을 주어 북반구 대기 순환장과 온도장이 변하는지에 대한 보다 근본적인 연구는 북극 온난화와 더 나아가 유라시아 지역의 겨울 몬순 순환을 이해하는 데 매우 중요하다. 향후 모델링과 보다 심화된 분석을 통하여 이 문제를 깊이있게 분석해 보고자 한다.
제안 방법
경향분석, 회귀분석, EOF 분석 등을 통하여 겨울철 북극 온난화의 시공간적 구조와 이와 관련된 대기 내부순환 모드들을 분석하여 보았다. 월별 표면기온 경향 분석 결과에서 살펴보면 북극의 온난화 경향이 계절별로 뚜렷이 구별됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 연구에서는 첫번째 EOF 모드 이외에 두번째 모드 분석도 수행하였다. 관련 모드 분석 이후, 회귀 분석을 통하여 각 모드와 관련된 대기 순환장의 다양한 양상을 분석하였다. 본격적인 분석에 앞서, 3장에서는 최근 일어나고 있는 급격한 온난화 경향을 대표하는 북극권 지표면 온도와 해빙 면적 감소 경향에 대해 기술하고, 4장에서는 EOF 분석과 회귀 분석을 통한 변동성의 변화에 대해 기술한다.
다음으로, 이러한 겨울철 북극권의 뚜렷한 온난화 경향이 대기의 어떠한 내부 변동성과 관련이 있는지 살펴보기 위해 EOF 분석을 통해 살펴보았다. 그 결과, 첫번째 모드인 AO보다 BO에 관련된 대기온도, 해수면 온도, 해빙 분포의 구조가 최근 북극 온난화 경향을 잘 반영하는 것으로 나타났다.
그러나 북극의 온난화는 북극 진동뿐만 아니라 다른 내부변동 모드에도 영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 첫번째 EOF 모드 이외에 두번째 모드 분석도 수행하였다. 관련 모드 분석 이후, 회귀 분석을 통하여 각 모드와 관련된 대기 순환장의 다양한 양상을 분석하였다.
이를 통해, 북극권 온난화가 주로 겨울철에 가장 크게 나타나는 현상이며, 북반구 11월~2월에 온도 증가 폭이 가장 큼을 확인하였다. 또한, EOF와 회귀 분석을 통하여 북극 온난화에 따른 북반구 대기 변동성의 특징을 분석하였다.
, 2011). 먼저 북극 진동과 관련하여 변수들의 변동성을 살펴보기 위하여 해면기압자료를 EOF 분석하였다. 북극 진동은 대기에 항상 존재하는 내부 변동 모드 (internal mode)이다.
본 연구에서는 월평균 해빙, 해수면 온도, 열속, 지표온도, 500 hPa 지위 고도장을 사용하여 북극권 온난화와 관련된 핵심 변수들의 변동성을 분석하였다. 전체 경향을 알아보기 위해 자료의 분석기간은 1948년부터 최근까지의 자료를 사용하였고, 북극권 온난화와 관련된 분석은 1989년부터 분석하였다.
이러한 바렌츠 진동과 중위도 순환장의 관계를 알아보기 위해 겨울철 바렌츠 진동(EOF2)의 주성분 시 계열과 우랄 블로킹 지수, 시베리아 고기압 지수와의 시계열을 나타내었다(Fig. 7). 우랄 블로킹 지수는 Wang et al.
대상 데이터
, 2003). 대기 순환과 관련된 자료는 유럽중기예보센터(ECMWF)에서 제공한 ERA-Interim자료와 미국 NCEP/NCAR의 재분석장(R1) 의 해면기압, 지위 고도장, 바람장, 지표온도, 열속 자료를 활용하였다(Kalnay et al., 1996; Dee et al., 2011). 먼저 북극 진동과 관련하여 변수들의 변동성을 살펴보기 위하여 해면기압자료를 EOF 분석하였다.
전체 경향을 알아보기 위해 자료의 분석기간은 1948년부터 최근까지의 자료를 사용하였고, 북극권 온난화와 관련된 분석은 1989년부터 분석하였다. 변동성 분석을 위한 중요한 변수로 해수면 기압, 월평균 해수면 온도, 해빙농도(sea-ice concentration; SIC) 자료는 영국의 헤들리 센터에서 제공하는 HadISST 자료를 활용하였다(Rayner et al., 2003). 대기 순환과 관련된 자료는 유럽중기예보센터(ECMWF)에서 제공한 ERA-Interim자료와 미국 NCEP/NCAR의 재분석장(R1) 의 해면기압, 지위 고도장, 바람장, 지표온도, 열속 자료를 활용하였다(Kalnay et al.
본 연구에서는 월평균 해빙, 해수면 온도, 열속, 지표온도, 500 hPa 지위 고도장을 사용하여 북극권 온난화와 관련된 핵심 변수들의 변동성을 분석하였다. 전체 경향을 알아보기 위해 자료의 분석기간은 1948년부터 최근까지의 자료를 사용하였고, 북극권 온난화와 관련된 분석은 1989년부터 분석하였다. 변동성 분석을 위한 중요한 변수로 해수면 기압, 월평균 해수면 온도, 해빙농도(sea-ice concentration; SIC) 자료는 영국의 헤들리 센터에서 제공하는 HadISST 자료를 활용하였다(Rayner et al.
Figure 5는 NCEP-NCAR R1자료 중 해수면 기압(SLP)를 사용하여 북반구 북위 30° 이상 지역에 EOF 분석을 수행한 결과이다. 첫번째 모드는 일반적으로 알려져 있는 북극 진동(AO)의 형태를 보여준다. 이 모드는 전체 변동량의 34%를 설명하며 동아시아 한파와의 관련성을 위해 극의 양의 아노말리, 중위도가 음의 아노말리를 가질 때를 기준 위상으로 설정하였다.
이론/모형
시베리아 고기압 지수는 일반적으로 많이 활용되는 해면기압의 시베리아 지역(80~120°E, 40~65°N) 평균치를 사용하였고, 우랄 블로킹 지수는 Wang et al., 2010의 방법을 이용하여 지수를 구했다.
본격적인 분석에 앞서, 3장에서는 최근 일어나고 있는 급격한 온난화 경향을 대표하는 북극권 지표면 온도와 해빙 면적 감소 경향에 대해 기술하고, 4장에서는 EOF 분석과 회귀 분석을 통한 변동성의 변화에 대해 기술한다. 이 부분에서 시베리아 고기압 지수(SHI), 우랄 블로킹 지수(UBI)를 활용하였다. 시베리아 고기압 지수는 일반적으로 많이 활용되는 해면기압의 시베리아 지역(80~120°E, 40~65°N) 평균치를 사용하였고, 우랄 블로킹 지수는 Wang et al.
성능/효과
다음으로, 이러한 겨울철 북극권의 뚜렷한 온난화 경향이 대기의 어떠한 내부 변동성과 관련이 있는지 살펴보기 위해 EOF 분석을 통해 살펴보았다. 그 결과, 첫번째 모드인 AO보다 BO에 관련된 대기온도, 해수면 온도, 해빙 분포의 구조가 최근 북극 온난화 경향을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 특히, BO의 경우, 바렌츠 해를 중심으로 한 양의 온도 편차, 유라시아 지역을 중심으로 한 음의 편차의 구조를 지니므로 동아시아 겨울몬순과 밀접한 관련이 있음을 파악할 수 있었고, 실제로 유라시아 지역의 겨울몬순 순환을 지배하는 우랄 블락킹과 시베리아 고기압의 변동을 대표하는 지수들과 매우 높은 상관관계를 보였다.
따라서, 북극의 기온 증가와 해빙 면적 감소 경향 사이에는 단순한 관계가 아닌 복잡한 시간적 선후관계 혹은 타 변수간 관련성이 내재되어 있음을 확인할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전체 10월부터 1월까지 평균된 지표온도와 해빙면적의 경향성을 살펴보면 겨울철 해빙면적이 급격히 감소하는 지역인 바렌츠/카라 해 지역, 척치 해 지역과 지표온도 상승하는 지역이 정확히 일치하고 있음을 확인할 수 있었다.
즉, 기온의 증가 경향 자체가 북극 해빙면적 감소와 동시 상관이 있는 것은 아님은 확실하다. 그럼에도 불구하고, 전체 10월부터 1월까지 평균된 지표온도와 해빙면적의 경향성을 살펴보면(Fig. 2), 겨울철 해빙면적이 급격히 감소하는 지역인 바렌츠/카라 해 지역, 척치해 지역과 지표온도 상승하는 지역이 정확히 일치하고 있음을 확인할 수 있다.
분석 결과 해빙감소 경향과 기온 증가 경향이 가장 큰 달은 10월이었고, 11월부터 1월까지는 기온의 증가 경향은 높은 수준을 유지하고 있으나 해빙감소 경향은 10월달에 비해 낮은 수준을 보였다. 따라서, 북극의 기온 증가와 해빙 면적 감소 경향 사이에는 단순한 관계가 아닌 복잡한 시간적 선후관계 혹은 타 변수간 관련성이 내재되어 있음을 확인할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 전체 10월부터 1월까지 평균된 지표온도와 해빙면적의 경향성을 살펴보면 겨울철 해빙면적이 급격히 감소하는 지역인 바렌츠/카라 해 지역, 척치 해 지역과 지표온도 상승하는 지역이 정확히 일치하고 있음을 확인할 수 있었다.
북극 해빙면적 감소 경향의 경우, 8월부터 10월까지 매월 급격한 감소 경향 추세를 보였으며 그 외의 시기에는 감소량이 적어 해빙감소가 특정 시즌에 집중되어 있었다. 분석 결과 해빙감소 경향과 기온 증가 경향이 가장 큰 달은 10월이었고, 11월부터 1월까지는 기온의 증가 경향은 높은 수준을 유지하고 있으나 해빙감소 경향은 10월달에 비해 낮은 수준을 보였다. 따라서, 북극의 기온 증가와 해빙 면적 감소 경향 사이에는 단순한 관계가 아닌 복잡한 시간적 선후관계 혹은 타 변수간 관련성이 내재되어 있음을 확인할 수 있다.
해빙감소는 8월부터 10월 정도까지 급격한 감소추세를 보이고 있으며, 그 외의 시기에는 감소량이 적어 해빙감소가 특정 시즌에 집중되어 있는 것을 알 수 있다. 분석 결과 해빙감소 경향과 기온 증가 경향이 가장 큰 달은 10월이었고, 11월부터 1월까지는 기온의 증가 경향은 높은 수준을 유지하고 있으나 해빙감소 경향은 10월달에 비해 낮은 수준을 보이고 있어 북극의 기온 증가와 해빙면적 감소 경향 사이에는 단순한 관계가 아닌 복잡한 시간적 선후관계 혹은 타 변수간 관련성이 내재되어 있음을 가정할 수 있다. 즉, 기온의 증가 경향 자체가 북극 해빙면적 감소와 동시 상관이 있는 것은 아님은 확실하다.
경향분석, 회귀분석, EOF 분석 등을 통하여 겨울철 북극 온난화의 시공간적 구조와 이와 관련된 대기 내부순환 모드들을 분석하여 보았다. 월별 표면기온 경향 분석 결과에서 살펴보면 북극의 온난화 경향이 계절별로 뚜렷이 구별됨을 확인할 수 있었다. 종합하면, 최근 30년 동안 겨울철의 경우(10월~이듬해 1월) 10년당 약 0.
본 연구에서는 재분석자료를 활용하여 북극권에서의 온난화 경향의 계절 분포를 분석하였다. 이를 통해, 북극권 온난화가 주로 겨울철에 가장 크게 나타나는 현상이며, 북반구 11월~2월에 온도 증가 폭이 가장 큼을 확인하였다. 또한, EOF와 회귀 분석을 통하여 북극 온난화에 따른 북반구 대기 변동성의 특징을 분석하였다.
월별 표면기온 경향 분석 결과에서 살펴보면 북극의 온난화 경향이 계절별로 뚜렷이 구별됨을 확인할 수 있었다. 종합하면, 최근 30년 동안 겨울철의 경우(10월~이듬해 1월) 10년당 약 0.8도 이상의 상승경향을 보인 반면, 여름철의 경우 10년당 약 0.1~0.2도 정도밖에 기온 상승이 되지 않아 그 폭이 제한적이었다. 따라서, 북극 온난화 경향의 경우 겨울철이 여름철에 비해 두드러진 선행 연구 결과들을 다시 확인할 수 있었다(Screen and Simmonds, 2010).
특히, BO의 경우, 바렌츠 해를 중심으로 한 양의 온도 편차, 유라시아 지역을 중심으로 한 음의 편차의 구조를 지니므로 동아시아 겨울몬순과 밀접한 관련이 있음을 파악할 수 있었고, 실제로 유라시아 지역의 겨울몬순 순환을 지배하는 우랄 블락킹과 시베리아 고기압의 변동을 대표하는 지수들과 매우 높은 상관관계를 보였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지구시스템 내에 존재 하는 가장 강력한 되먹임 작용은 무엇인가?
, 2006). 지구시스템 내에 존재 하는 가장 강력한 되먹임 작용은 극지 해빙 변동을 조절하는 아이스-알베도 피드백이다. 태양빛을 대부분 반사하던 해빙이 녹으면서 바닷물로 바뀌게 되면, 태양빛은 바다에 흡수되어 바닷물을 데우면서 다시 해빙을 훨씬 더 많이 녹이게 되는 되먹임 과정울 거치게 된다.
기후 되먹임(climate feedback) 작용은 무엇인가?
기후 되먹임(climate feedback) 작용은 기후 시스템에 작은 변화가 일어났을 때 이를 증폭시키거나 약화 시킬 수 있는 기후 시스템 내부의 고유 메커니즘이다. 지구온난화에 있어 기후 되먹임 작용은 매우 중요한 역할을 한다.
여름철의 경우, 태양복사가 가장 강함에도 불구하고 지표면 온도 상승은 매우 미미한 이유는 무엇인가?
여름철의 경우, 태양복사가 가장 강함에도 불구하고 지표면 온도 상승은 매우 미미하다. 그 이유는 흡수된 태양에너지가 해빙을 녹이는 데 사용되어 대기온도를 높이는 데에는 매우 제한적으로 사용되기 때문이다. 오히려, 가을철에 이르러 하층 안정도가 강화 되고 연직 혼합이 제한된 상태에서 열속에 의해 대기 중으로 방출되는 다량의 에너지는 급격히 북극 대기온도를 상승시키는 것이다.
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