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지구 자전속도에 따른 해들리 순환과 제트의 반응
The Response of Hadley Cell and Jet Stream to Earth's Rotation Rate 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.40 no.3, 2019년, pp.203 - 211  

조종혁 (서울대학교 물리천문학부) ,  김서연 (서울대학교 지구환경과학부) ,  손석우 (서울대학교 지구환경과학부)

초록
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대기 대순환을 결정하는 주요 인자로는 남북방향 온도 경도와, 지구 자전으로 인한 코리올리 힘이 있다. 남북방향 온도 경도에 따른 경압성 차이로 인한 대기 대순환의 변화는 지금까지 많이 연구되어 왔으나, 자전속도에 따른 대기 대순환의 반응은 크게 연구되어 오지 않았다. 때문에 본 연구에서는 현 지구보다 느리거나 빠른 자전속도 범위를 모두 포괄하여 이에 따른 해들리 순환과 제트의 변화를 확인하였다. 이 연구에서 우리는 지구의 자전속도가 빨라질수록 해들리 순환 경계와 제트의 위치가 적도에 가까워지고, 제트와 해들리 순환의 세기가 약해진다는 것을 발견하였다. 해들리 순환 경계와 제트의 위치는 자전속도가 매우 빠르거나 느린 경우를 제외하면 준선형적인 관계를 가졌다. 특히, 해들리 순환 경계는 자전속도가 현재보다 1/8에서 8배의 자전속도 범위에서 자전속도보다 그 제곱근에 더 잘 반비례하는 경향성을 보였다. 단, 이러한 자전속도에 따른 변화는 해들리 순환 세기와 제트의 세기에 대해서는 뚜렷하지 않았다. 이는 대기 대순환의 위치 구조 변화는 지구 자전속도와 관련이 큰 반면, 세기의 변화는 자전속도로 설명되지 않음을 의미한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The two key factors controlling the atmospheric general circulation are the equator-to-pole temperature difference and the Coriolis force driven by Earth's rotation. Although the former's role has been extensively examined, little has been reported about the latter's effect. To better understand the...

주제어

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문제 정의

  • 때문에 본 연구에서는 지구의 자전속도를 넓은 범위에서 변화시켜 해들리 순환과 제트의 특성이 어떻게 변하는지를 다시 논의하고, 자전속도에 따라 해들리 순환의 경계가 위의 선행연구들(Held and Hou, 1980; Held, 2000)의 정의 중 어떤 스케일을 따르는 지를 확인할 것이다. 더불어 해들리 순환과 제트와의 관계가 자전속도에 따라 어떻게 변하는지를 확인하고자 한다.
  • 그럼에도 불구하고, 아직까지 다양한 자전속도 범위에서 해들리 순환과 제트를 함께 살펴본 연구는 많지 않다. 때문에 본 연구에서는 지구의 자전속도를 넓은 범위에서 변화시켜 해들리 순환과 제트의 특성이 어떻게 변하는지를 다시 논의하고, 자전속도에 따라 해들리 순환의 경계가 위의 선행연구들(Held and Hou, 1980; Held, 2000)의 정의 중 어떤 스케일을 따르는 지를 확인할 것이다. 더불어 해들리 순환과 제트와의 관계가 자전속도에 따라 어떻게 변하는지를 확인하고자 한다.
  • 특히, 해들리 순환의 반응은 후속 연구들에서도 지속적으로 확인되었다(Williams 1988a,b;Navarra and Boccaletti 2002). 이러한 실험들은 자전 속도에 관한 대기 대순환의 반응에 대한 기초적 이해를 닦아 두었다. 또한 Walker and Schneider (2006)는 자전속도를 현 지구 자전속도(1Ωe)의 1/32배에서 4배까지 변화시켜가며 해들리 순환 경계와의 관계를 살펴보았고, 그 결과 지구 자전속도가 느릴 때에는 경계가 Ω−1/5에, 빠를 때에는 Ω−1/3에 비례하게 변한다는 것을 보였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해들리 순환은 무엇인가? 해들리 순환(Hadley circulation; HC)은 지구에서 남북 방향으로 불균등하게 입사되는 복사 에너지를 재분배하는 직접 순환이다. 적도 지역에서 상대적 공기의 가열로 인해 단열 팽창하는 공기는 상공에서 극 방향으로 이동한다.
해들리 순환 경계와 제트의 위치는 어떤 관계를 갖고 있는가? 이 연구에서 우리는 지구의 자전속도가 빨라질수록 해들리 순환 경계와 제트의 위치가 적도에 가까워지고, 제트와 해들리 순환의 세기가 약해진다는 것을 발견하였다. 해들리 순환 경계와 제트의 위치는 자전속도가 매우 빠르거나 느린 경우를 제외하면 준선형적인 관계를 가졌다. 특히, 해들리 순환 경계는 자전속도가 현재보다 1/8에서 8배의 자전속도 범위에서 자전속도보다 그 제곱근에 더 잘 반비례하는 경향성을 보였다.
전구 규모 스펙트럼 모형의 기반은 무엇인가? 본 연구에서는 원시 방정식(primitive equations)을 바탕으로 만들어진 전구 규모 스펙트럼 모형(global spectral model)을 사용하였다. 이 모형은 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL)의 대기 대순환 모형(General Circulation Model; GCM)의 건조 역학 코어(dry dynamic core)를 기반으로 한다(Gordon and Stern 1982). 본 연구에서 사용된 역학 모형은 Held and Suarez (1994)에서와 같이 온도가 뉴턴식 시간 완화(Newtonian relaxation time)을 통해 복사-대류 평형 온도(radiative-convective equilibrium temperature, Te)로 도달하며, 이 평형 온도는 내부 확산(internal diffusion)과 지표 부근의 레일리 마찰(Rayleigh friction)에 의해 소산된다.
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참고문헌 (17)

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  17. 10.1007/BF01080901 Williams, G.P. ,1988b: The dynamical range of global circulations-II. Climate Dynamics, 3, 45-84. 

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