초록 ▼

에어로졸-구름-강수 상호작용(CAPI)에 대한 수많은 연구에도 불구하고 정량적인 추정은 여전히 불확실성이 큰 실정이다. 이를 해소하고자 일차적으로 에어로졸과 구름 상호작용에 영향을 주는 여러가지 요소 중에서 운정 부근의 안정도(기상조건 차원에서)가 특정 구름시스템에서 혼합유입과 연직발달과정에 중요한 영향을 주는 관측결과를 제시하였다. 구름상부의 강한 역전층은 건조하고 따뜻한 공기가 구름내로 유입되는 것을 억제하여 구름수함량의 변동성은 줄이고 단열적인 구름상태를 유지하게 된다. 이는 CAPI 활성화에 기여한다는 것을 확인하였다. 또한

에어로졸-구름-강수 상호작용(CAPI)에 대한 수많은 연구에도 불구하고 정량적인 추정은 여전히 불확실성이 큰 실정이다. 이를 해소하고자 일차적으로 에어로졸과 구름 상호작용에 영향을 주는 여러가지 요소 중에서 운정 부근의 안정도(기상조건 차원에서)가 특정 구름시스템에서 혼합유입과 연직발달과정에 중요한 영향을 주는 관측결과를 제시하였다. 구름상부의 강한 역전층은 건조하고 따뜻한 공기가 구름내로 유입되는 것을 억제하여 구름수함량의 변동성은 줄이고 단열적인 구름상태를 유지하게 된다. 이는 CAPI 활성화에 기여한다는 것을 확인하였다. 또한, 에어로졸의 구름 연직발달에 미치는 효과를 확인하기 위하여 이상적인 관측사례를 선정하고 모델을 통해 구름응결핵(CCN) 민감도 실험을 수행한 결과 구름 미세물리 특성 변화를 확인할 수 있었고, 규준실험에 비해 고농도 CCN 실험에서 연직속도가 강하게 나타나고 하층 구름발달 지체와 상층 추가적인 잠열을 통한 연직발달활성화를 확인하였다. 관측방법론 관점에서 볼 때 도시화와 에어로졸 효과가 동시에 일어나는 한반도 중부지방 조건에서 도시 및 에어로졸 강제력이 작용하는 구역(수도권)과 영향이 발생하는 반응 구역(영서지방)에서 필요한 관측변수 및 방법 등에 대한 최선의 관측방법론을 제시하였다.

Abstract ▼

IV. Results
1. Dependence of aerosol-cloud-precipitation interactions with the change of meteorological condition.
Modification of cloud microphysics and cloud albedo by cloud-active aerosol is generally identified and accepted, but the nature and magnitude of aerosol-cloud interactions are va

IV. Results
1. Dependence of aerosol-cloud-precipitation interactions with the change of meteorological condition.
Modification of cloud microphysics and cloud albedo by cloud-active aerosol is generally identified and accepted, but the nature and magnitude of aerosol-cloud interactions are vaguely understood and thought to include a myriad of processes that vary regionally and confound the application of simple physical models of cloud-aerosol sensitivity. This study presents observations demonstrating that cloud top stability through its regulation of mixing and vertical development is one of the critical mechanisms that regulate cloud response to cloud-active aerosol in some cloud systems. Strong above-cloud inversions are shown to buffer marine stratocumulus from the effects of mixing with drier, warmer inversion air. This buffering reduces the variability of the cloud liquid water path (LWP) and enables the clouds to remain nearly adiabatic. While weaker above-cloud inversions in continental stratocumulus promote variability in the LWP and sub-adiabatic LWPs, stronger inversions in marine stratocumulus enables a relatively adiabatic existence that increases the relationship of cloud microphysical alteration to cloud-active aerosol. This study has important implications for Geoengineering in that it demonstrates that cloud systems overlain by strong thermal inversions are more likely to respond predictably to intentional manipulation of the in-cloud concentration of cloud-active aerosol.

2. Understanding of aerosol invigoration effect based on the observation and modeling experiments.
- This study examines the effect of aerosols on the vertical invigoration of continental stratiform clouds, using a dataset of Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Intensive Operational Period (IOP, March, 2000) at the Southern Great Plains (SGP) site. To provide further support to our observation-based findings, the weather research and forecasting (WRF) sensitivity simulations with changing cloud condensation nuclei (CCN) concentrations have been carried out for the golden episode over SGP. First, cross correlation between observed aerosol scattering coefficient and cloud liquid water path (LWP) with a 160-minutes lag is the highest of r=0.83 for the selected episode, which may be attributable to cloud vertical invigoration induced by an increase in aerosol loading. Modeled cloud fractions in a control run is well matched with the observation in the perspective of cloud morphology and lasting period. It is also found through a simple sensitivity with a change in CCN that aerosol invigoration (AIV) effect on stratiform cloud organization is attributable to a change in the cloud microphysics as well as dynamics such as the corresponding modification of cloud number concentrations, drop size, and latent heating rate, etc. This study suggests a possible cloud vertical invigoration even in the continental stratiform clouds due to aerosol enhancement in spite of a limited analysis based on a few observed continental cloud cases.

3. Suggestions for the study of aerosol-cloud-precipitation interactions in Korea
- There is still large uncertainty in estimating aerosol indirect effect despite ever-escalating efforts and virtually exponential increase in published studies concerning aerosol-cloud-precipitation interactions (CAPI). Most uncertainty comes from a wide range of observational scales and different platforms inappropriately used, and inherent complex chains of CAPI. Therefore, well-designed field campaigns and data analysis are required to address how to attribute aerosol signals along with clouds and precipitation to the microphysical effects of aerosols. Basically, aerosol influences cloud properties at the microphysical scales, “process scale”, but observations are generally made of bulk properties over a various range of temporal and spatial resolutions, “analysis scale” (McComiskey & Feingold, 2009). In the most studies, measures made within the wide range of scales are erroneously treated as equivalent, probably resulting in a large uncertainty in associated with CAPI.
- Therefore, issues associated with the disparities of the observational resolution particular to CAPI are briefly discussed. In addition, the dependence of CAPI on the cloud environment such as stability and adiabaticity, and observation characteristics with varying situations of CAPI are also addressed together with observation framework optimally designed for the Korean situation. Properly designed and observation-based CAPI studies will likely continue to accumulate new evidences of CAPI, to further help understand its fundamental mechanism, and finally to develop improved parameterization for cloud-resolving models and large scale models.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• Contents ... 12
• 목 차 ... 13
• List of Figures ... 14
• List of Table ... 16
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19
• 제 1 절 자료 및 방법 ... 19
• 제 2 절 연구 결과 ... 22
• 1. 기상조건에 따른 에어로졸-구름-강수 상호작용 분석 ... 22
• 2. 에어로졸 연직 활성화 효과 ... 29
• 3. 한반도에 적합한 CAPI 연구 관측 방법론 제시 ... 37
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 45
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 46
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 47
• 제 7 장 연구시설 · 장비 현황 ... 48
• 제 8 장 참고문헌 ... 49
• 부 록 ... 52
• 끝페이지 ... 61