초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
○ 남극 극한기상 특성 진단
- 세종기지 32년 관측자료DB 기반으로 추출한 상위 10% 극한기상현상의 강도는 강풍사례는 일평균풍속 12.3m/s, 일최고순간풍속 27.8m/s 이상일 때로 나타났으며, 저온사례는 일평균기온 –8.1℃, 일최저기온 –11.4℃ 이하일 때, 고온사례는 일평균기온 2.3℃, 일최고기온 4.7℃ 이상일 때였음. 일신적설량을 기준으로 한 폭설사례는 10.4cm 이상일 때였음.
- 극한기상 발생시기는 강풍사례는 6-10월 동계에 60% 이상 발생하고 12-2월 하계에는 10%

Ⅳ. 연구개발결과
○ 남극 극한기상 특성 진단
- 세종기지 32년 관측자료DB 기반으로 추출한 상위 10% 극한기상현상의 강도는 강풍사례는 일평균풍속 12.3m/s, 일최고순간풍속 27.8m/s 이상일 때로 나타났으며, 저온사례는 일평균기온 –8.1℃, 일최저기온 –11.4℃ 이하일 때, 고온사례는 일평균기온 2.3℃, 일최고기온 4.7℃ 이상일 때였음. 일신적설량을 기준으로 한 폭설사례는 10.4cm 이상일 때였음.
- 극한기상 발생시기는 강풍사례는 6-10월 동계에 60% 이상 발생하고 12-2월 하계에는 10% 미만으로 적게 발생하였으며 경년변동성에서는 2010년도 초반이후 강풍사례가 감소하고 있는 추세를 보임. 저온사례는 6-8월에 70% 이상 집중되어 있고 강풍사례와 유사하게 2010년대 초반 이후 감소 추세를 보이고 있음. 적설량은 변동성이 매우 큰데 눈에 띄는 경향은 2000년대 중반 이전에 비해 이후에는 매우 큰 경년변동성을 보이고 있음.
- 강풍 사례의 경우, 세종기지 부근에 저기압이 통과하면서 발생하며, 일평균풍속을 기준으로 선정된 사례에서는 동풍, 그리고 일최대풍속을 기준으로 선정된 사례에서는 복풍 계열이 우세함. 일최대풍속을 기준으로 선정된 사례에서는 저기압 외에, 세종기지 부근의 지형이 강풍 발생에 기여함을 확인함.
- 저온 사례의 경우, 남극 대륙으로부터의 차가운 공기의 이류가 발생 원인이며, 수치모의 결과에서, 세종기지 부근의 구름과 관련된 하향장파복사를 관측에 비해 과소모의하면서 음의 온도 편차가 나타남.
- 폭설 사례의 경우, 세종기지 부근을 통과하는 저기압, 세종기지로의 수증기 유입, 그리고 사례에 따라서는 세종기지 부근의 지형이 중요한 역할을 함. 이상 고온 사례의 경우, 대기의 강 현상에 의해 상당량의 수증기가 유입되면서 상향장파복사에 의한 냉각을 억제하여 나타남.

○ 남극 성층권 오존 및 지상 라돈 농도 시공간 변동 특성 파악
- 세종 및 장보고 기지의 브루어 분광광도계의 장기간 자료를 세밀하게 분석함으로써 남극 지역 봄철에 나타나는 뚜렷한 오존량 감소에 대한 근거 확보함.
- 신뢰도가 높은 장기간 오존 존데 관측 자료를 남극 전 지역에 대해 구축하고 분석을 통해 일반적인 연중 오존 변화 및 기후 경년 변동과의 관련성 파악함.
- 남극세종과학기지와 장보고기지에서의 라돈 검출기 연중 90% 이상 운영 및 DB 구축함.
- 남극세종과학기지의 동계기간 고농도 라돈 가스 사례는 장거리 수송에 의해, 남극장보고과학기지의 하계기간 고농도 라돈 가스 사례는 지역적인 특징으로 분석됨.

○ 남극 및 남반구 고위도 기후변동성 진단
- 기계학습 기반 Kriging 내삽 방안을 개발하고 확보된 기지 관측자료와 ERA-Interim 자료를 활용하여 1961년부터 2020년까지의 60년간의 남극대륙 월평균 지상온도를 복원함.
- 복원된 자료의 연평균, 계절평균 변동성 및 장기 추세를 조사하고 기존에 보고되었던 서남극 지역의 강한 온난화 추세를 확인함.
- EOF와 CBF 방법을 활용하여 남극대륙 지면온도 변화 특성을 탐지하는 두가지 변동 지수를 개발함.
- 남극대륙 지면온도 변동 지수와 남반구 지역의 Southern Annual Mode (SAM), Pacific-South America 1 (PSA-1), Pacific-South America 2 (PSA-2) 등의 주요대기 변동성과의 상관성 계수 특성을 조사하고 남반구 지역 바람, 온도, 지위고도와의 회귀상관성 분석을 수행하여 남반구 지역의 기후요소간 상관성 관계를 진단함.
- 남반구 대류권 및 성층권 오존 자료를 수집하고 오존의 대기순환장, 남극지면변동 모드, SAM, PSA-1, PSA-2의 남반구 기후요소와의 상관성 분석을 수행하여 남반구 오존 변동 특성을 파악하고 남반구 기후시스템에의 영향에 대한 모식도를 작성함.
- 남극 전지역 연평균, 계절평균 해빙 변화의 SAM, PSA-1, PSA-2 등의 기후변동 모드와의 상관성을 분석하고 주요 관계 분포 모식도를 작성함.
- 최근 남극지역 해빙 증가 경향을 분석하여 적도지역의 Interdecadal Pacific Oscillation (IPO)와 Atlantic Multidecadal Variability (AMV) 등의 장주기 변동성의 영향이 존재함을 확인함.
- 남극지역의 주요 변동성과 적도지역의 변동성을 고려한 남극 및 남반구 지역의 기후변화 특성에 대한 모식도를 작성함.

○ 남극 대기 에어로졸 물리화학 특성 현장 관측
- 남극 세종과학기지 기반 에어로졸 물리화학특성 (입자수농도, 구름응결핵, 블랙카본 등) 관측 자료에 관한 장기간 DB를 확보 하였으며, 이를 바탕으로 남극 에어로졸의 계절별 발생 특성을 파악함.
- 생물기원기후가스 현장 분석자료를 위성자료 기반 해양, 해빙 환경변화 자료와 결합하여 기원지 특성 및 해양생산성, 일년빙 분포 변화가 생물유래 에어로졸 입자 형성에 미치는 영향을 파악함.

○ 남극 에어로졸 발생 프로세스 파악‘
- 남극 세종과학기지 현장에서 확보한 다양한 환경 시료를 활용하여 자연유래 에어로졸 발생 모사실험을 수행하였으며, 이를 통해 해양 및 육상 기원 에어로졸 형성 프로세스를 파악함.
- 초고분해능질량분석기를 활용한 남극 해양, 육상, 해빙에 분포하는 다양한 유기물의 특성을 분석함.

(출처 : 요약문 9p)

Abstract ▼

IV. R&D Results
○ Characteristics of Antarctic extreme weather events
- The intensity of the top 10% extreme weather events selected from the 32-year observation data of the King Sejong Station was found to be the daily average wind speed was 12.3 m/s and daily maximum instantaneous wind speed

IV. R&D Results
○ Characteristics of Antarctic extreme weather events
- The intensity of the top 10% extreme weather events selected from the 32-year observation data of the King Sejong Station was found to be the daily average wind speed was 12.3 m/s and daily maximum instantaneous wind speed were 27.8 m/s or more for strong wind cases; the daily average temperature. When the daily minimum temperature was below -11.4℃ at -8.1℃, the high temperature case was when the daily average temperature was 2.3℃ and the daily maximum temperature was above 4.7℃. The case of heavy snow based on the daily snowfall was when it was 10.4 cm or more.
- Cyclones passing the King Sejong Station can induce pressure gradient force, which finally leads to strong wind events at the King Sejong Station. When strong-wind cases are selected based on daily-average-wind observations, easterly is dominant; when the cases are selected based on daily-maximum-wind observations, northerly is dominant. Topography near the King Sejong Station can contribute to strong wind occurrence when the cases selected based on daily-maximum-wind observations are considered.
- Strong cold advection from Antarctic Continent results in low temperature at the King Sejong Station. Results of numerical simulations have cold biases near the King Sejong Station due to underestimation of cloud and associated downward longwave radiation.
- Three main causes for heavy snowfall over the King Sejong Station are cyclones, moisture transport to the King Sejong Station, and topogaphy near the King Sejong Station. Unprecedented high-temperature event over East Antarctica in March 2022 is attributed by transport of warm and moist air, which is usually called “atmospheric river”.

○ Investigation for the characteristics of stratospheric ozone and Radon concentration over Antarctica Stratosphere
- Understanding of the mechanisms for the marked reduction in ozone in the springtime of Antarctica based on detailed analysis of the long-term data of the Brewer spectrophotometer at Sejong and Jang Bogo stations
- Construction of reliable long-term ozone zone observations across Antarctica and their analysis and identification of the characteristics of typical year-round ozone changes and climate fluctuations
- Operation of radon detectors at the Antarctic King Sejong Station and Jang Bogo Station more than 90% of the year and establishment of DB.
- Identification of the causes for high concentration radon gas during the winter period of the Antarctic King Sejong Station as long-distance transport, and high concentration radon gas during the summer period of the Antarctic Jang Bogo Station as regional characteristics.

○ Diagnosis of high-latitude climate variability in Antarctica and the Southern Hemisphere
- Development of a machine learning-based Kriging interpolation method and reconstruct monthly surface temperature in Antarctica for 60 years from 1961 to 2020 using the station observation data and ERA-Interim reanalyses.
- Investigation of the annual and seasonal mean variability and long-term trend of the Antarctic surface temperature reconstruction and examine the strong warming trend in the West Antarctic region.
- Development of the characteristics of surface temperature change in Antarctica using EOF and CBF methods
- Examination of correlation coefficients between the Antarctic surface temperature indices and major atmospheric variabilities such as Southern Annual Mode (SAM), Pacific-South America 1 (PSA-1), and Pacific-South America 2 (PSA-2) in the southern hemisphere
- Investigation and diagnosis for the relationship between climate factors in the southern hemisphere by using a regression analysis with temperature, wind, and geopotential in the southern hemisphere
- Investigation of the relationship between ozone and Antarctic surface temperature indices, SAM, PSA-1, and PSA-2, to identify the characteristics of ozone fluctuations in the southern hemisphere and climate in the southern hemisphere
- Analyzation of correlations between climate modes such as SAM, PSA-1, and PSA-2 of the annual and seasonal mean sea ice change in the entire Antarctic region, and develops a schematic diagram of the distribution of significant relationships.
- analyze the recent trend of increasing sea ice in the Antarctic region and confirm the effects of long-term variabilities such as Interdecadal Pacific Oscillation (IPO) and Atlantic Multidecadal Variability (AMV) in the equatorial region on the recent change in Antarctic sea ice
- Development of a schematic diagram of the characteristics of climate change in Antarctica and the southern hemisphere, considering the major variability in the Antarctic and equatorial regions

○ Long-term field observation of aerosols in Antarctic atmosphere
- Molecular-level chemical characterization of dissolved organic matter in the ice shelf system of King George Island, Antarctica to identify the characteristics of dissolved organic matter (DOM) in the ice shelf systems, surface water was collected from the open sea (OS) and Marian cove (fjord, FJ).
- Although there were no differences in DOM characteristics between sampling sites in the quantitative analyses, the DOM in the surface water of each region seemed to be more affected by terrestrial than marine biological sources in optical and molecular properties.
- This finding indicates that the terrestrial DOM related to mosses based on the results of molecular properties.
- When comparing the FJ transect samples, those nearest to a glacier (FJ1; 0.93 km from the glacier) showed relatively low salinity, high dissolved organic carbon, and high chromophoric DOM, indicating that terrestrial DOM (possibly produced by moss) inflow occurred with the runoff from the freshly melting land ice and glacier.

○ Identifying processes controlling atmospheric aerosol formation
- Linking biogenic sulfur aerosols and first-year ice in the Antarctic Peninsula, dimethyl sulfide (DMS, biogenic gas produced by marine phytoplankton), its oxidation products, and aerosols were measured in the Antarctic atmosphere.
- Emission and oxidation of DMS were highly source region dependent. DMS emission was associated with the abundance of DMS producers in source regions. However, DMS oxidation was primarily affected by atmospheric BrO levels in source regions.
- Heterogeneous chemical processes that actively occur over first-year sea ice tend to accelerate the release of bromine monoxide (BrO), which is the most efficient DMS oxidant in Antarctica. Model estimates for surface BrO confirmed that high BrO mixing ratios were closely associated with first-year sea ice,
- Thus, we could conclude that first-year sea ice accelerates particle formation by acting as DMS and BrO source.

(source : SUMMARY 16p)