동아시아 중국 동부-황해-한국 지역의 2021/2022년과 2023/2024년 겨울철 강수량 극값 형성 메커니즘 = Mechanisms of Winter Precipitation Extremes over the Eastern China-Yellow Sea-Korea Region during 2021/2022 and 2023/2024

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 한국에서 2021/2022년과 2023/2024년 겨울철에 나타난 강수량 극값 변동을 이해하기 위해, 북극 성층권에서 열대 태평양까지 이어지는 지구 규모 외부 요인의 변동에 따른 내부 요인의 변동이 동아시아 중국 동부-황해-한국 지역의 강수 발생 메커니즘에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 WRF(Weather Research and Forecasting) 모델을 이용해 대류권 하층의 강수 및 구름 미세물리 과정을 모의하였다. 분석 결과, 2021/2022년 겨울철에는 강한 동아시아 겨울 몬순(East Asia Winter Monsoon; EAWM)과 라니냐 발생이 맞물리면서, 고위도 아시아 대륙으로부터 한랭·건조한 북서풍이 강화되어 중국 동부-황해-한국 지역으로 유입되는 수증기 공급이 감소하였다. 또한 북극에서 냉각된 공기의 남하가 한대 제트에 가로막히면서 대류권 상층은 온난화되고, 티베트 고원 및 시베리아 지역의 눈덮임 증가로 인한 한랭한 대기의 확산으로 대류권 하층은 냉각되어, 하강 기류가 우세한 연직 구조가 나타났다. 이러한 안정한 대기 구조로 인해 구름 발달이 억제되면서 강수량이 감소하였다. 반면, 2023/2024년 겨울철에는 약한 EAWM 시기에 엘니뇨의 발생으로 동중국해 부근 고기압이 강화되면서 온난·습윤한 남서풍을 따라 중국 동부-황해-한국 지역으로의 수증기 수렴이 증가하였다. 더불어, 대류권 상층은 북극 성층권 돌연승온의 영향으로 극소용돌이가 약해져 냉각된 공기가 유입되고, 대류권 하층은 상층 제트에 의해 한랭한 공기의 남하가 억제됨과 동시에 따뜻한 해수의 영향으로 온난해지면서 연직 대기 불안정도가 증가하였다. 그 결과, 상승 기류에 의한 구름 발달과 성장 과정이 촉진되어 많은 강수가 발생하였다. WRF를 통한 강수 및 구름 미세물리 모의는 이러한 분석 결과를 전반적으로 잘 재현하였다. 본 연구는 지구 규모 외부 요인의 원격 상관에 의해 유도된 대기 내부 변동성이 대류권 하층의 구름 미세물리 과정과 강수 발생으로 이어지는 메커니즘을 규명하였다는 데 의의가 있다. 다만, 특정 사례 연구라는 한계를 보완하기 위해 향후 장기 변동성 분석 및 정량적 기여도 평가가 수행될 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 배경 1
• 2. 연구의 필요성 및 목적 5
• Ⅱ. 연구 방법 7
• 1. 연구 기간 7
• 2. 한국의 겨울철 강수량 분석 7
• 3. 아시아-태평양 지역의 겨울철 강수량 분석 8
• 4. 동아시아 지역의 겨울철 대기 변동 분석 9
• 5. 중국 동부-황해-한국 지역의 겨울철 강수 발생 메커니즘 변동 분석 11
• 가. 온도 이류와 수증기 이류 11
• 나. 에디 성장률 12
• 다. 구름의 광학적 두께 13
• 6. 구름 생성 및 강수 발생에 대한 WRF 모델링 분석 13
• 가. WRF 모델 설정 및 입력자료 13
• 나. WRF 모델 실험 15
• 다. WRF 모의 결과 검증 16
• Ⅲ. 연구 결과 및 논의 19
• 1. 한국의 겨울철 강수량 변동 19
• 2. 아시아-태평양 지역의 강수량 변동 21
• 3. 2021/2022년 겨울철 동아시아 지역의 대기 변동 24
• 4. 2023/2024년 겨울철 동아시아 지역의 대기 변동 36
• 5. 중국 동부-황해-한국 지역의 겨울철 강수 발생 메커니즘 변동 47
• 6. 구름 생성 및 강수 발생의 WRF 모의 결과 54
• Ⅳ. 결론 및 제언 61
• References 67
• ABSTRACT 77