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문제 정의
- 이 연구는 남중국해 여름몬순 강도가 엘니뇨-남방진동과 밀접하게 연관됨을 살펴보았다. 따라서 엘니뇨-남방진동은 남중국해 여름몬순의 계절예측에 중요한 예측인자로서 활용가능하며, 차후 연구에서는 엘니뇨-남방진동을 이용하여 남중국해 여름몬순의 계절예측을 위한 통계모델을 개발할 예정이다.
- 이 연구는 최근 32년 (1979-2010년) 동안 남중국해 여름(6-9월) 몬순과 엘니뇨-남방진동 사이에 상관관계를 분석하였다. Niño-3.
- Zhou 등 (2007)은 온난 (한랭) 엘니뇨-남방진동 해에는 남중국해 여름몬순 시작이 늦어(빨라)지고 남중국해 여름몬순 강도는 약(강)해짐을 보인바 있다. 이러한 배경에서 이 연구에서는 남중국해 여름몬순 강도가 엘니뇨-남방진동과 밀접한 연관성을 찾아보고자 한다.
제안 방법
- 남중국해 여름몬순에 대한 태풍의 영향을 알아보기 위하여 따라서 5°×5°격자마다 태풍 이동빈도에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다.
- 남중국해의 위도대를 평균한 연직비습 분포와 연직 기온 분포에 대한 두 기간 사이에 차를 살펴보았다(Fig. 6b, 6c). 먼저 비습의 분석에서 남중국해를 포함한 150°E 의 서쪽지역은 대류권 전 층에서 음의 아노말리를 보이는 반면, 동쪽지역은 대류권 전 층에서 양의 아노말리가 강화되어 있다(Fig.
- 따라서 5°×5°격자마다 태풍 이동 빈도에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다(Fig. 9).
- 실제로 라니냐 해보다 엘니뇨 해에 남중국해에서 좀 더 차고 건조한 대기상태를 나타내는지 알아보기 위해 850 hPa 기온과 850 hPa 비습에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다(Fig. 5). 먼저 850 hPa 기온의 분석결과에서는 140°E 동쪽의 열대 및 아열대 서태평양에서는 온난 아노말리를 나타내는 반면 분석영역의 나머지 지역은 한랭 아노말리를 나타낸다(Fig.
- 실제로 엘니뇨 해에 워커 순환의 약화가 남중국해 여름몬순 강도의 약화와 연관되는지 알아보기 위해 Niño-3.4 지역에서 영역평균 된 6-9월 평균 850 hPa 동서류와 6-9월 평균 200 hPa 동서류의 시계열을 남중국해 여름몬순 지수의 시계열과 비교하였다.
- 실제로 해수면 온도에 대한 두 그룹 사이에 차에서 엘니뇨 패턴의 해수면 온도분포가 나타나는지를 알아보기 위해 해수면 온도에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다(Fig. 7). 북미 서부해안으로부터 적도 중태평양과 적도 동태평양을 거쳐 남미 서부해안까지 온난 아노말리가 강화되어 있으며, 온난 아노말리의 중심은 적도 중태평양과 적도 동태평양에 위치해 있다.
- 엘니뇨 해에 워커 순환의 약화가 남중국해 여름몬순 강도의 약화와 연관되는지 알아보기 위해 Niño-3.4 지역에서 영역평균 된 6-9월 평균 850 hPa 동서류와 6-9월 평균 200 hPa 동서류의 시계열을 남중국해 여름몬순 지수의 시계열과 비교하였다(Fig. 8).
- 엘니뇨 해에 워커 순환이 더 약화되는지를 알아보기 위해 남중국해의 위도대 (0-25°N)를 평균한 연직동서 대기순환에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다 (Fig. 6a).
- 엘니뇨 해에 워커 순환이 약화되는지를 알아보기 위해 남중국해의 위도대(0-25°N)를 평균한 연직 동서 대기순환에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다.
- 엘니뇨 해와 라니냐 해 사이에 대류활동의 차를 알아보기 위해 외향장파복사에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다(Fig. 3a). 열대 및 아열대 서태평양으로부터 남중국해를 거쳐 Maritime Continent에 강한 양의 아노말리를 나타낸다.
- 온란, 한랭, 노말 엘니뇨-남방진동 해를 정의하기 위하여, Niño-3.4 지역(5°S-5°N, 170°W-120°W)에서 6-9월 동안의 해수면 온도 아노말리(sea surface temperature anomalies, SSTA)를 사용하여 아래와 같이 분류하였다.
- 위에서 분석된 것처럼 라니냐 해보다 엘니뇨 해에 남중국해 여름몬순 강도가 약화되는 이유를 알아보기 위해 850 hPa 유선에 대해 두 그룹 사이에 차를 분석하였다 (Fig. 4a). 양반구에 거대한 저기압성 순환 아노말리가 강화되어 있으며, 이 두 저기압 아노말리로부터의 북풍의 아노말리가 남중국해 남쪽해상에 합류하여 페루 앞바다를 향해 동쪽으로 이동하고 있다.
- 태풍은 일반적으로 중심 최대풍속을 기준으로 네 등급으로 나뉘어진다: 열대 저압부(Tropical Depression, 중심최대풍속 < 17ms-1), 열대폭풍(Tropical Storm, 17 ms-1 중심 최대풍속 24 ms-1), 격렬한 열대폭풍(Severe Tropical Storm, 25 ms-1 중심최대풍속 32 ms-1), 태풍 (Typhoon, 중심최대풍속 33 ms-1). 위의 네 등급에 더하여 이 연구에서는 태풍으로부터 변형된 온대저기압 (extratropical cyclone)도 분석에 포함시켰다. 이는 이러한 온대 저기압도 동아시아 중위도 지역에서 많은 재산과 인명피해를 입히기 때문이다.
- 이 연구에서 태풍 이동빈도를 계산하기 위해서 각 태풍은 5°×5° 격자내에 위치시킨 후 계산되었으며, 태풍이 같은 격자내에 여러 번 이동하여도 한번 이동한 것으로 간주하였다.
- 태풍자료는 지역특별기상센터-동경 태풍센터(Regional Specialized Meteorological Center (RSMC)-Tokyo Typhoon Center)에서 제공하는 태풍의 최적경로(besttrack) 자료로부터 획득되었다. 이 자료는 1979-2010년동안 매 6시간 간격으로 관측된 태풍 이름, 위경도 위치, 중심기압, 중심 최대풍속의 정보로 구성된다. 태풍은 일반적으로 중심 최대풍속을 기준으로 네 등급으로 나뉘어진다: 열대 저압부(Tropical Depression, 중심최대풍속 < 17ms-1), 열대폭풍(Tropical Storm, 17 ms-1 중심 최대풍속 24 ms-1), 격렬한 열대폭풍(Severe Tropical Storm, 25 ms-1 중심최대풍속 32 ms-1), 태풍 (Typhoon, 중심최대풍속 33 ms-1).
- 4 지역에서의 해수면 온도가 높(낮)을수록 남중국해 여름몬순 강도는 약(강)화되는 상관관계가 존재하였다. 이러한 상관관계의 원인을 알아보기 위해 6-9월 평균 8개 엘니뇨 해의 평균과 8개 라니냐 해의 평균 사이에 차를 분석하였다.
대상 데이터
- Niño-3.4지역에서 평균된 노말라이즈 된 850 hPa and 200 hPa 동서바람 지수는 NOAA CPC의 웹사이트에서 제공받았다(http://www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices).
- 또한 미국 국립대기해양청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 월평균 해수면 온도(Sea Surface Temperature, SST)(Reynolds 등, 2002) 자료가 사용되었다. 이 자료는 위경도 2.
- 미국 NOAA 산하의 기후예측센터(Climate Prediction Center, CPC)에서 제공하는 월평균 강수량 자료를 사용하였다(Xie와 Arkin, 1997). 이 자료는 국립환경예측센터-국립대기예측센터의 재분석 자료와 같은 수평 공간해상도를 가지고 있으며, 1979년부터 현재까지 이용 가능하다.
- 여기서, SSTA를 얻기 위하여, Niño-3.4지역에서 6-9월동안 32년 평균 해수면 온도자료가 사용되었다.
- 역시, NOAA 위성 시리즈로부터 산출된 외향장파복사 자료가 사용되었다. 이 자료는 기후진단센터(Climate Diagnosis Center, CDC)에서 제공하며, 1974년 6월부터 사용가능하다.
- 이 자료는 국립환경예측센터-국립대기예측센터의 재분석 자료와 같은 수평 공간해상도를 가지고 있으며, 1979년부터 현재까지 이용 가능하다. 이 강수량 자료는 해양까지 커버하는 전 지구자료로서 우량계 관측데이터, 위성자료 및 수치모델 자료를 이용하여 산출되었다.
- 역시, NOAA 위성 시리즈로부터 산출된 외향장파복사 자료가 사용되었다. 이 자료는 기후진단센터(Climate Diagnosis Center, CDC)에서 제공하며, 1974년 6월부터 사용가능하다. 그러나 1978년 3월부터 12월의 기간동안 유실기간이 존재하며, 외향장파복사자료에 대한 좀 더 자세한 사항은 CDC 웹사이트(http://www.
- 태풍자료는 지역특별기상센터-동경 태풍센터(Regional Specialized Meteorological Center (RSMC)-Tokyo Typhoon Center)에서 제공하는 태풍의 최적경로(besttrack) 자료로부터 획득되었다. 이 자료는 1979-2010년동안 매 6시간 간격으로 관측된 태풍 이름, 위경도 위치, 중심기압, 중심 최대풍속의 정보로 구성된다.
데이터처리
- 두 평균 사이의 유의성 비교는 독립표본 t-검정 (inde-pendent two-sample t-test)을 사용하였다. 두 독립변수의 시계열이 t-분포를 따르고, 표본의 평균이 각각 # , #로 정의될 경우, t-검정의 식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
이론/모형
- 이 연구에서 남중국해 여름몬순 지수는 Li와 Zeng (2002, 2003, 2005)의 Dynamical Normalized Seasonality (DNS) 지수를 이용하여 정의되었다. DNS 지수의 기본 개념은 바람장의 노말라이즈 된 계절성의 강도에 근거로 둔다.
성능/효과
- 4 지역에서 영역평균 된 6-9월 평균 850 hPa 동서류와 6-9월 평균 200 hPa 동서류의 시계열을 남중국해 여름몬순 지수의 시계열과 비교하였다. 850 hPa 동서류와 남중국해 여름몬순 지수 사이에는 높은 양의 상관관계를, 200 hPa 동서류와 남중국해 여름몬순 지수 사이에는 높은 음의 상관관계를 나타냄으로써 엘니뇨에 워커 순환이 더욱 약화되었음을 다시 한번 확인할 수 있었다.
- 850 hPa 유선에 대한 두 그룹 사이에 차의 분석에서는 양반구의 열대 및 아열대 태평양에 거대한 저기압 아노말리가 존재하여 남중국해는 상대적으로 차고 건조한 북풍 아노말리가 강화되었으며, Maritime Continent으로부터 칠레 앞바다까지 서풍 아노말리가 강화되었다. 200 hPa 유선에 대한 두 그룹 사이에 차의 분석에서는 850 hPa 유선에 대한 두 그룹 사이에 차의 분석에서 보여진 결과와 반대의 기압계 패턴 아노말리를 나타내었다.
- 한편 두 시계열 사이에는 동위상 관계가 뚜렷하다. 따라서 두 변수 사이에 상관을 분석한 결과 0.64의 높은 양의 상관관계가 존재하였으며, 이 상관관계는 99% 신뢰수준에서 유의하다. 이는 Niño-3.
- 이러한 대기순환 및 대기상태는 워커 순환과 반대의 패턴으로 엘니뇨 해에 워커 순환이 더욱 약화되었음을 의미하였다. 따라서 라니냐 해보다 엘니뇨 해에 워커 순환이 더욱 약화됨으로써 남중국해 여름몬순 강도가 약화되었음을 알 수 있었다.
- 엘니뇨 해에 태풍들은 주로 필리핀 먼 동쪽해상으로부터 일본동쪽해상으로 북상하여 오호츠크 해 동쪽해상으로 이동하는 반면, 라니냐해에 태풍들은 필리핀으로부터 남중국해를 지나 중국남부지역에 상륙한 뒤 한반도를 향해 북진하는 경향을 나타내었다. 따라서 엘니뇨 해에는 남중국해에서 태풍 빈도까지 낮음으로써 남중국해 여름몬순 강도의 약화에 영향을 줌을 알 수 있었다.
- 200 hPa 동서류의 시계열에서도 전체적으로 연변동 및 십년간 변동이 뚜렷함을 볼 수 있다. 또한 200 hPa 동서류는 최근까지 증가하는 경향을 보이며, 이 증가 경향은 95% 신뢰수준에서 유의하다. 한편 두 변수 사이에는 반대의 위상이 뚜렷함을 알 수 있으며, 두 변수 사이에는 -0.
- 외향장파복사, 가강수량, 강수량에 대한 두 그룹 사이에 차의 분석에서는 열대 서태평양으로부터 남중국해를 거쳐 Maritime Continent에서는 대류활동이 약화된 반면, 적도 태평양에서는 강화되는 공간분포를 보였다.
- 이 결과로부터 앞서 분석되었듯이 Niño-3.4 지수가 높을수록(즉 Niño-3.4 지역에서 해수면 온도가 높을수록) 남중국해 여름몬순 강도는 약해짐을 알 수 있다.
- 1, 0°-25°N, 110°E-120°E) (Li와 Zeng, 2003)내에서 850 hPa에서 영역평균 된 계절성(6-9월) DNS로 정의된다. 이들 연구결과에서 위의 방정식을 통해 계산된 남중국해 여름몬순 지수와 남중국해에서 6-9월 강수량 사이에 뚜렷한 음의 상관이 있었음을 보임으로서 위의 남중국해 여름몬순의 정의가 타당함을 증명하였다. 즉 남중국해 여름몬순 지수가 높(낮)을수록 남중국해 여름몬순은 약(강)함을 의미한다.
후속연구
- 이 연구는 남중국해 여름몬순 강도가 엘니뇨-남방진동과 밀접하게 연관됨을 살펴보았다. 따라서 엘니뇨-남방진동은 남중국해 여름몬순의 계절예측에 중요한 예측인자로서 활용가능하며, 차후 연구에서는 엘니뇨-남방진동을 이용하여 남중국해 여름몬순의 계절예측을 위한 통계모델을 개발할 예정이다.
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