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북극 해빙 감소에 대한 대기 순환장의 직접 반응 모의 연구
조희제,전상윤,국종성 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
북극 해빙의 감소는 온실기체 증가에 의한 지구온난화의 결과로 여겨지지만 북극 해빙의 변화 자체가 북극 및 중위도 지역의 기후변화를 유도할 뿐 아니라 다양한 시간 규모에서 북반구 중위도 현상들에 대한 예측성을 지니고 있음이 알려져 왔다. 하지만 지난 수 세기 동안 북극 대기에서 일어나고 있는 급격한 변화에서 해빙 감소가 어떤 역할을 하고 있는지를 분리해 살펴보기는 쉽지 않다. 해빙뿐만 아니라 북극 대기에 영향을 줄 수 있는 해양 및 대기의 대규모 순환장 역시 동시에 변화하고 있기 때문이다. 해빙 감소에 대기가 어떻게 반응하는지를 조사하기 위해 전구 모형을 이용한 해빙 감소 실험이 많이 활용되고 있다. 이 경우 해빙 감소에 대한 반응은 저위도에서도 나타날 수 있으므로 이러한 순환장의 변화가 다시 북극 대기에 영향을 주게 된다. 저위도 순환장과의 상호작용은 전구 모델 기후 값의 불확실성에도 민감할 뿐 아니라 해빙 감소에 대한 대기 반응 시그널을 약하게 한다. 본 연구에서는 저위도 순환장의 영향 및 이와의 상호작용을 차단하기 위해 단기 지역 규모 수치 실험을 활용하였다. 이는 측면 경계 조건을 통해 저위도의 영향을 통제할 수 있다는 이점이 있다. 또한 적분 시간이 짧아 대규모 순환장과의 상호작용을 최소화할 수 있고 초기 조건의 도움으로 기후값에서 크게 벗어나지 않는 모의 결과를 얻을 수 있다. 이 연구에서는 극 지역에 최적화된 지역모델 Polar WRF를 이용하여 겨울철 해빙 감소 민감도 실험을 수행하였다. 규준 실험은2007/08년부터 2016/17년까지 10년 동안의 겨울철(12월, 1월, 2월)에 대하여 매일 00 UTC에 초기화하여 수행하였고 적분 시간은 48시간, 경우에 따라 72시간으로 하였다. 규준 실험의 해빙 조건에 1979/80년-1988/89년 겨울철 해빙 기후값과의 차이만큼 해빙 농도를 증가시킨 민감도 실험을 수행하였다. 실험 결과 해빙 감소에 대해 기압이 뚜렷하게 증가하는 반응을 확인할 수 있었다. 바렌츠해 영역 (70-80°N, 15-75°E) 500 hPa 지위 고도는 평균적으로 1 m 정도 증가하는 반응을 보였다. 바렌츠해의 상층 기압이 낮을 때는 3 m 정도의 큰 반응을 보였는데 이는 연간변동의 약 10%에 해당하는 크기이다. 반면 바렌츠해 상층의 기압이 높을 때는 0.2 m 정도로 반응이 억제되었다. 상층 기압에 의해 결정되는 하층 대기의 정적안정도가 해수면에서 방출되는 현열속 및 잠열속 뿐 아니라 해수면에서 대기로의 연직 열 전달 과정에도 관여하기 때문이다. 이 결과는 앞으로 북극의 온난화가 진행되어 하층 대기가 더 불안정해지면 북극의 대기가 해빙 감소에 더욱 크게 반응할 수 있음을 시사한다.