열대 해양에서 해수면온도와 동서 대기순환이 구름-복사강제력에 미치는영향 = Influence of Sea Surface Temperatures and Zonal circulation on Cloud-Radiative-Forcing in the Tropical Ocean

국문 초록 (Abstract)

국문초록

열대 해양에서 해수면온도와 동서 대기순환이 구름-복사강제력에 미치는 영향
공주대학교 대학원
대기과학과 대기과학 전공
이우섭


이 연구에서는 ERBE, ISCCP D2 그리고 NCEP/NCAR 재분석 자료를 사용하여 열대 해양에서 나타나는 구름-복사강제력이 해수면온도 및 대기 순환과 어떻게 연관되어 있는지를 조사하였다. 사용한 자료의 기간은 ERBE 자료가 이용 가능한 1985년 1월부터 1989년 12월까지 5년간이다. 구름-복사강제력은 ERBE 자료를 이용하여 계산하였으며, 구름자료는 상층운, 중층운, 하층운으로 구별된 자료를 사용하였다. 특히, 이 연구에서는 열대 태평양에서 나타나는 구름-복사강제력의 지역적 보상효과를 조사하기 위하여 열대 중태평양 (10S-10N, 180E-90W)에서부터 열대 해양 (30S-30N)으로 점차 지역을 넓히면서 10개의 지역으로 구분하여 해수면온도와 구름-복사강제력의 연관성을 조사하였다. 이 분석은 계절변동이 제거된 자료 (편차자료)와 제거하지 않은 원래의 자료(원시자료)를 이용하여 이루어졌다.
편차자료를 사용한 경우, 열대 태평양에서는 해수면온도가 1℃ 증가할 때 장파복사에 의한 구름-복사강제력 (LWCRF)은 약 7.3, 단파복사에 의한 구름-복사강제력 (SWCRF)은 약 -4.4를 나타났다. 이 결과는 해수면온도의 증가와 연관되어 구름은 대기를 가열시키는 역할을 한다. 반면 지역이 점차 넓어질수록 구름-복사강제력의 크기는 점차 감소하여 처음의 부호와 반대의 부호를 나타냈다. 특히, 열대 해양 전체에 대해서 해수면온도가 1℃ 증가할 때 장파복사에 의한 구름-복사강제력 (LWCRF)는 약 -3.4, 단파복사에 의한 구름-복사강제력 (SWCRF)는 약 1.9를 나타냈다. 따라서 비록 해수면온도의 경년 변동이 뚜렷한 열대 태평양에서 해수면온도의 상승에 따른 구름의 변화가 대기를 가열시키는 역할을 한다고 하더라도 열대 해양 전체적인 관점에서 보면 오히려 구름이 대기를 냉각시킨다는 것을 나타낸다.
계절변동을 제거하지 않은 원시자료를 사용한 경우, 열대 중태평양에서는 해수면온도가 1℃ 증가할 때 장파복사에 의한 구름-복사강제력 (LWCRF)는 약 6.7, 단파복사에 의한 구름-복사강제력 (SWCRF)는 약 -3.2를 나타냈다. 이 결과는 편차자료를 사용한 경우의 결과와 정성적으로 잘 일치한다. 다만 그 크기가 작아졌다. 따라서 열대 중태평양의 경우 해수면온도에 대한 구름-복사강제력의 의존도는 경년변동이 지배적이며, 계절변동은 그 의존도를 약화시키는 방향으로 작용한다. 지역이 점차 넓어질수록 구름-복사강제력의 크기는 점차 감소하여 해수면온도에 대한 의존도가 약하게 나타난다. 특히, 열대 해양 전체에 대해서 해수면온도가 1℃ 증가할 때 장파복사에 의한 구름-복사강제력 (LWCRF)는 약 0.2로 매우 작으며, 단파복사에 의한 구름-복사강제력 (SWCRF)는 약 2.7로 크게 나타났다. 이 결과는 계절변동과 경년변동의 영향이 포함된 경우 열대 중태평양에서 뿐만 아니라 열대 해양 전체에서도 해수면온도의 상승에 따른 구름의 변화가 대기를 가열시키는 역할을 한다는 것을 나타낸다. 따라서 해수면온도의 경년변동이 뚜렷한 열대 태평양에서는 경년변동에 의한 구름-복사강제력이 대기를 가열하는 반면, 열대 해양 전체에서는 계절변동에 의한 구름-복사강제력이 대기를 가열한다.
원시자료를 사용하여 해수면온도의 증가에 따른 구름-복사강제력의 공간분포를 조사한 결과, 적도에 중심을 둔 인도양 및 서태평양 일부 해역에서는 열대 태평양의 대부분 지역에서 나타나는 특성과 정반대의 특성을 보였다. 즉, 적도에 중심을 둔 인도양 지역은 해수면온도가 높을 때 장파복사에 의한 구름-복사강제력이 대기를 냉각시키며, 단파복사에 의한 구름-복사강제력이 대기를 가열시키는 것으로 나타났다. 이 지역은 해수면온도가 상승할 때 상층운과 중층운은 적었으며, 하층운은 많았다. 즉, 이 지역은 해수면온도가 증가함에도 불구하고 하강운동에 의해 대류활동이 억제되어 하층운만 증가하고, 상층운과 증층운이 감소한 것으로 볼 수 있다. 반면 열대 태평양 지역의 경우는 해수면온도가 증가할 때 중층운과 상층운은 증가하며, 하층운은 대체로 감소하였다. 즉, 열대 태평양 지역의 대부분은 인도양과 달리 해수면온도의 증가에 의해 대류활동이 강화되고 이로 인하여 중층운과 상층운이 증가하는 것으로 보인다. 따라서 인도양에서 나타난 구름-복사강제력의 특성은 열대 태평양과는 달리 해수면온도의 변화에 의해 야기된 것이 아니라 동서순환과 연관된 하강운동에 의해 야기된 구름의 변화에 의해 나타난 것이다.
열대 태평양에서 해수면온도가 증가하면서 나타난 하층운의 감소는 상층운의 증가에 따라 상대적으로 하층운을 적게 탐지하는 위성자료의 특성과 연관이 있을 것으로 본다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Abstract

Influence of Sea Surface Temperatures and Zonal circulation on Cloud-Radiative-Forcing in the Tropical Ocean

Woo-Seop Lee

Department of Atmospheric Science,
Graduate School, Kongju National University

(Supervised by Professor Maeng-Ki Kim)


The regional dependency of cloud-radiative forcing at the top of atmosphere is studied using ERBE, ISCCP D2 and NCEP/NCAR reanalysis data for 60 months from January 1985 to December 1989 over tropical ocean. This analysis is done for raw and monthly anomaly data, respectively.
In the interannual time scale, the dependency of cloud-radiative forcing on the sea surface temperature over tropical Pacific ocean is about 7.3 for longwave radiation and about -4.4 for shortwave radiation, respectively. It means that the net cloud-radiative forcing due to the increase of sea surface temperature over tropical Pacific ocean make the atmosphere to be heated. But the dependency is reversed over all the tropical ocean with -3.4 for longwave and 1.9 for shortwave radiation, indicating that the net cloud-radiative forcing make the atmosphere to be cooled over all the tropical ocean.
In raw data including seasonal cycle, the dependency of cloud-radiative forcing over the tropical Pacific ocean is very similar to that in interannual time scale in both the magnitude and the sign. But the dependency of cloud-radiative forcing on the sea surface temperature over the tropical ocean is about 0.2 for longwave and 2.7 for shortwave radiation, respectively. These results represent that the role of seasonal cycle is gradually more important than interannual time scale as the ocean area is broadening from the tropical central Pacific to the tropical ocean. Especially, the convective activity in the Indian ocean near the equator is weakened by the downward motion related to zonal circulation in spite of the increased sea surface temperature, so that the decreased middle and high cloud amount make longwave cloud-radiative forcing to be reduced and shortwave cloud-raditive forcing to be enhanced. It means that these characteristics over the Indian ocean are different from these in tropical Pacific ocean.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• List of Figures
• List of Tables
• 1. 서론 = 1
• 2. 자료 및 연구방법 = 3
• 2.1 자 료 = 3
• 2.2 연구방법 = 5
• 3. SST와 구름-복사강제력 = 8
• 3.1. SST와 구름-복사강제력의 계절변동 = 8
• 3.2. SST와 구름-복사강제력의 경년변동성 = 14
• 3.3. 열대 해양에서 SST와 구름-복사강제력의 관계 = 15
• 3.4. SST와 CRF의 지역 의존도 = 18
• 3.5. 회귀계수의 공간분포도 = 27
• 4. SST와 동서 대기순환이 구름-복사강제력에 미치는 영향 = 33
• 4.1. SST와 대류활동 = 33
• 4.2. 대규모 순환 지역의 분류 = 35
• 4.3. SST와 연직운동사이의 상호작용 = 42
• 4.4. SST와 동서순환이 구름-복사강제력에 미치는 영향 = 46
• 5. 요약 및 결론 = 50
• Abstract = 52
• 참고문헌 = 54