Effects of air-sea interaction on fog and snowstorm over the ocean : with the use of a coupled model

허기영 부산대학교 2009 국내박사

This study is concerned with the implications of using a coupled atmosphere-ocean model to simulate mesoscale weather phenomena including sea fog and snowstorms. An improved depiction of sea surface temperature, which is the application of a simulated SST in the ocean model during the atmospheric model integration, leads to a better simulation of reasonable vertical fluxes and boundary layer structure. The purpose of coupling the atmospheric and ocean mesoscale models is to consider the best mutual forcing and thus to best simulate the response of the atmosphere and ocean system. The objective of this study is to understand the physical processes of air-sea exchange that strongly affect the air-sea interaction in both the oceanic and atmospheric boundary layers. To understand the physical processes of air-sea interaction in sea fog and snowstorms, air-sea coupling is implemented in this study. In terms of air-sea coupling in the development of sea fog, the results show different mechanisms for advection fog and steam fog. The feedback of advection fog is enhanced by the increase in the air-sea temperature difference. An enhanced cooling of the air temperature in the boundary layer over the cooler ocean surface increases the condensation of water vapor and strengthens stable stratification. The stabilized low-level atmosphere causes a decrease in wind speed and restricts the downward mixing of drier air. However, the decrease in the wind speed results in a weakening of turbulence and wind stress. The weakened wind stress limits a decrease of turbulent mixing in the ocean, which increases the SST. That is a negative feedback mechanism. In addition, the development of steam fog is mainly affected by the air-sea temperature difference. The warming of the ocean surface acts to increase evaporation from the ocean, and then the quantity of water vapor in the low-level atmosphere is increased. However, the SST warming increases the upward transport of fog water and downward mixing of drier air, and then fog dissipation. Evaporation due to the strengthening air-sea temperature difference plays a key role not only in the formation of steam fog but also in its dissipation. Therefore, the effect of air-sea interaction changes or maintains the atmospheric stability by the variability of air-sea temperature difference and wind speed, which determines the duration and dissipation time of sea fog. The evolution of the mesocyclone over the western coast is discussed in three stages. These are the initial stage, the developing stage, and the mature stage. In the initial stage of mesocyclone formation, the mesocyclone is generated by the barotropic shear instability in the horizontal shear zones where the convective cloud bands exist as relatively large cloud clusters. In the developing stage, the mesocyclone is developed by enhanced convection, anomalous cyclonic circulation, and the baroclinic instability corresponding to surface diabatic heating and moistening from the warm ocean. The increment of the latent heat flux is about two times larger than that of the sensible heat flux. The high-VIMFC is presented 3 hours earlier than the heavy snowfall. These conditions produce a good environment for the development of convective clouds and the snowstorm itself. In the mature stage, two convective clouds, one moving eastward, the other stagnant, merge together and increase in thickness. The upward motion is increased by the convective instability around the center of the mesocyclone due to enhanced low-level surface heating and an interaction between upper- and low-level PV anomalies. The moisture flux convergence and the convection intensified by the development of convective mixed layer lead to the formation of the severe snowstorm. The air-sea coupling results in important structural modifications for the amount of snowfall. The coupling enhances the magnitude of low-level convergence by decreasing wind speed that increases the upward motion where the decrease in turbulent heat flux weakens a pressure gradient force around the center of mesocyclone. We can conclude that the time variation of the SST has to be considered in simulating or forecasting sea fog. The time variation of the SST affects the development of meteorological phenomena due to adjustments in the air-sea temperature difference, atmospheric stability, and supplement of water vapor. Especially, that affects the duration and dissipation time of advection fog and the dissipation time of steam fog. Therefore, a sea fog simulation has to consider the effect of air-sea coupling. When simulating and forecasting snowstorms by air mass modification, the variation of the SST is an important factor for the amount of snowfall although the variation is small value of about 0.5 K; the specific heat of the ocean is four times that of the atmosphere. Model comparisons show that the strength of the snowstorm over the cooling SST region is affected more by changes in low-level wind than by the turbulent heat flux at the ocean surface. The time variation of the SST has to be considered when simulating or forecasting snowstorms 대기에 존재하는 수분 사이클과 관련된 악기상은 해양 상에서 형성되어 발달하거나 이동하면서 연안 지역에 피해를 야기한다. 특히 안개 현상과 폭설 현상은 대기와 해양의 상호작용이 중요한 메커니즘이지만 기존의 연구들은 이를 고려하지 못하고 있기 때문에 이들 현상의 지속 시간과 발달에 대한 예측성이 매우 낮다. 본 연구에서는 대기-해양 모형 접합을 통해 해무와 폭설의 발달에 미치는 대기-해양 상호작용의 효과를 분석하였다. 이를 위하여 중규모 대기모형인 COAMPS와 중규모 해양모형인 ROMS가 접합되어 사용되었다. 이류무는 차가운 해수면 위로 온난다습한 이류가 있을 때 형성되며, 안개 발생 이전에 강한 난류 혼합이 안개 형성을 제한한다. 해수면 온도와 풍속의 감소로 인해 대기가 안정화되면서 이류무가 발생하는데 대기-해양 상호작용의 효과는 다음과 같이 요약할 수 있다. 해수면 온도 감소로 인한 해기차의 증가는 경계층 내의 기온의 냉각을 가져오고 수증기의 응결을 증가시킨다. 또한 대기를 안정하게 만들어 풍속을 약화시키고 건조공기와의 혼합을 제한하여 안개를 강화시키는 효과가 있다. 반면에 풍속의 약화는 난류와 바람 응력을 약화시킴으로써 해양의 혼합을 억제한다. 이것은 해수면 온도의 증가를 유발하여 안개를 소산시키는 효과를 준다. 증기무는 따뜻한 해수면 위로 차고 건조한 공기의 이류가 있을 때 형성되며 증기무의 농도는 해기차에 의해 결정된다. 상대적으로 따뜻한 해수면은 증발을 통해 대기 하층의 수증기를 증가시키지만, 불안정을 야기하여 안개를 약화시키는 효과를 주기도 한다. 증기무 역시 이류무와 마찬가지로 대기 하층의 안정도가 안개의 농도를 결정짓는 중요한 요소가 되며, 이것은 해수면 온도의 변화에 따라 좌우된다. 그러므로 해기차는 증기무의 형성에도 중요하지만 소산과정에 있어서도 매우 중요한 역할을 한다. 그러므로 대기-해양 상호작용의 효과는 해기차 변동과 풍속 변화로 인한 해수면 위의 대기 안정도 조건을 변화시키거나 유지함으로써 지속 기간과 소산 시간을 결정하게 된다. 기단변질에 의해 발생한 폭설의 주요 원인은 중규모 저기압의 발달과 연관되어 있으며, 대기 하층의 시어 지역에서 발달한 순압불안정과 비단열 가열에 의한 경압불안정, 강한 대류가 중규모 저기압을 발생시켰다. 강한 대류불안정과 상-하층 잠재와도의 상호작용이 강한 상승운동을 유발하여 중규모 저기압을 강화시키는 중요한 메커니즘으로 작용하였다. 저기압 중심 부근에서 대류불안정과 더불어 지속적인 하층의 수증기속 수렴으로 인해 대류운이 더욱 강하게 발달할 수 있었다. 중규모 저기압이 발달하는 동안 해수면 온도는 북풍을 타고 이동한 해류로 인해 특히 저기압 중심부근에서 0.5oC가량 감소하였는데, 이러한 해수면 온도의 감소는 지표의 열속과 저기압의 강도를 약화시켰으며, 수평 기압경도를 약하게 하였다. 약화된 수평기압 경도는 이 지역의 풍속 감소와 수렴을 가져와 상승운동을 강화시키는 역할을 함으로써 이 지역에서 최대 강설량을 증가시키는 효과를 가져왔다. 그러므로 해무와 폭설 같은 중규모 기상현상을 예측하거나 모의함에 있어서 해수면 온도의 시간 발전은 매우 중요하다. 이는 해기차의 조절뿐만 아니라 해상 위의 대기 안정도 및 대기로의 수증기 공급을 조절함으로써 기상 현상의 발달에 영향을 미친다. 특히 이류무에는 지속기간과 소산시간, 증기무에는 소산시간, 폭설에 있어서는 하층 수렴과 강설 강도에 영향을 미친다. 따라서 대기-해양 접합의 효과는 해무의 발달 및 소산 과정을 정확히 모의하기 위해서, 그리고 폭설 강도의 예측성을 높이기 위해서도 반드시 고려되어야 한다.

탄소중립 시나리오에 따른 국내 대기질 영향 평가

진형아 부산대학교 대학원 2025 국내박사

IPCC(2019)는 1.5℃ 특별보고서를 통해 기후변화로 인한 회복가능한 임계치(오버슛) 를 넘어서지 않으려면 지구평균 온도상승을 1.5℃로 제한해야 하며, 1.5℃ 상승 억제를위해 인간 활동에서 기인한 전 지구적 CO2 순 배출량이 2050년경에는 Net Zero에 도달해야 한다고 제시한 바 있다. 우리나라는 2016년 신기후체제 출범에 따라 효율적인 기후변화 대응을 위한 국가 차원의 중장기 전략과 정책 방향을 제시하였다. 제 1차 기후변화 대응 기본계획과 함께 발표한 2030 국가 온실가스 감축 기본 로드맵에 2030년 국가 온실가스 감축목표를 BAU(Business As Usual) 대비 37%로 설정하고 구체적 이행 방안을 담았다. 또한, 2021년 10월 탄소중립을 선언하며 국가 온실가스 배출량을 2030년까지 2018년 대비 40% 감축하도록 국가 목표를 설정하고 이를 법제화하였다. 수많은 이전 연구에서 온실가스 감축 조치가 배출량을 줄여 대기질을 개선하는 것으로 나타났다. 따라서 온실가스 감축 정책과 대기질 개선 정책을 통합하면 비용 효율성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 2050년 탄소중립이 동북아시아 대기질 개선에 미치는 영향을 조사하였다. 먼저, 2050년 대기질 예측을 위해 동북아시아 각국의 온실가스 감축 정책과 대기질 개선 정책을 기반으로 두 가지 대조적인 대기오염 배출시나리오를 개발하였으며, 이를 IPCC 공통 사회 경제 경로(SSP) 기후 시나리오와 결합하였다. 첫 번째 시나리오는 온실가스 감축 및 대기오염에 대한 추가 제어 조치 없이 현재 기술과 정책이 지속된다는 가정하에 기후 시나리오 SSP5-8.5와 결합하였다(SSP585NMC). 두 번째는 2050년까지 순 제로 탄소 배출량을 달성하기 위한 에너지 정책과 대기오염물질 감축을 위한 현재 계획된 정책 및 기술을 통합하여 미래 통합 배출량을 전망하고 기후 시나리오 SSP1-2.6과 결합하였다(SSP126ZERO). 우리나라 대기질에 미치는 2050년 탄소중립 배출량의 영향을 분석하기 위해 동북아시아를 위한 글로벌/지역 기후 대기질 통합모델인 GRIMS-CCM과 우리나라를 위한 중간 규모 통합 기상-대기질 모델인 WRF(Weather Research and Forecasting) 모델과GEOS(Goddard Earth Observing System)을 결합한 WRF-GC 모델을 사용하였다. 2050년 현재의 대기질 개선 계획하에 탄소중립 정책을 시행하면 우리나라 이산화황(SO2), 질소산화물(NOx), 미세먼지(PM2.5), 암모니아(NH3) 배출량이 2019년 수준 대비 각각 56%, 74%, 40%, 27% 감소할 것으로 예상되었다. 중국은 2020년 수준 대비 이산화황(SO2), 질소산화물(NOx), 미세먼지(PM2.5), 암모니아(NH3) 배출량이 각각 93%, 90%, 93%, 72%, 일본은 각각 66%, 71%, 51%, 69% 감소할 것으로 예상되었다. 2050년 탄소중립은 2050년까지 주요 대기오염물질을 크게 줄여 대기질 개선에 기여할 것으로 예상되었다. 현재의 온실가스와 대기질 정책이 지속될 것으로 가정한 SSP585NMC 하에서 우리나라 지역별 미세먼지(PM2.5) 농도는 기준연도 대비 9.2±0.8 μg/m3 감소할 것으로 예상되었다. 이에 비해 동북아시아 국가의 탄소중립 정책을 반영한 SSP126ZERO 하에서 기준연도 대비 미세먼지(PM2.5) 농도 감소는 18.2±1.1 μg/m3 에 달해 탄소중립 정책을 통해 미세먼지(PM2.5) 농도를 크게 줄일 수 있다는 것을 확인하였다. 우리나라 미세먼지(PM2.5) 농도는 장거리 수송에 큰 영향을 받기 때문에 주요 원인이 에너지 사용인 온실가스 배출량 감소를 목표로 하는 정책을 시행함으로써 상당한 수준으로 줄일 수 있다는 것을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다. 오존(O3) 농도는 SSP585NMC 하에서 모든 계절에서 평균적으로 2.7ppb 증가하였는데 기온 상승과 더불어 NOx 배출이 감소(기준연도 대비 23%)해도 휘발성유기화합물(VOCs) 농도가 높은 수준으로 유지하기 때문으로 해석된다. 대조적으로 SSP126ZERO 하에서 봄과 여름 동안 오존(O3) 농도가 4.5~5.8ppb 감소한 것으로 나타났는데 이는 NOx 배출량이 크게 감소하여(74%) 오존(O3)이 VOC-limited 상태에서 NOx-limited 상태로 전환되어 오존(O3) 농도가 약간 감소한 것으로 나타났다. 따라서 SSP126ZERO와 같이 NOx의 상당한 감소 조건에서도 VOCs 배출이 2050년까지 일정한 수준으로 유지된다면 도시지역에서 오존(O3) 오염은 충분히 개선되기 어려울 것으로 보인다. 시나리오에 관계없이 비에너지원에서 주로 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs) 농도는 2050년까지 일정하게 유지되거나 질소산화물(NOx) 농도보다 덜 감소하여 휘발성유기화합물(VOCs) 제한 조건에서 질소산화물(NOx) 제한 조건으로 전환되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 나타난 오존(O3) 농도의 증가는 온실가스 감축 정책만으로는 오존(O3)제어에 충분하지 않기 때문에 2050년 이전에 효과적인 오존(O3) 관리를 위해서 휘발성유기화합물(VOCs)와 질소산화물(NOx) 배출량을 동시에 감축해야 한다는 것을 시사한다.이러한 결과는 온실가스 감축 정책이 주요 대기오염물질 배출을 효과적으로 줄이는 반면 온실가스 감축 정책만으로는 오존(O3) 오염을 제어하기에 불충분하며 탄소중립 하에서 지속 가능한 대기질 목표를 달성하려면 온실가스 및 휘발성유기화합물(VOCs) 제어를 통합적으로 관리하는 중장기 전략이 필요하다는 것을 보여준다.

Impacts of the Arctic/High-latitude Climate Variability on the Extreme Events in East Asia

김정훈 공주대학교 대학원 2023 국내박사

This study aims to improve the understanding of the impact of climate variability due to recent rapid Arctic warming in the Arctic and high-latitudes on extreme events in East Asia as well as to suggest new teleconnection pathways of the Rossby wave. In particular, this study focused on extreme summer heat waves and severe winter PM10 pollution, which are predominant in East Asia. In the first chapter, PM10 concentration data that were continuously collected in South Korea during mid-winter over 21 years (2001–2021) were used to investigate the characteristics of PM10 variability and the mechanisms of large-scale atmospheric circulation patterns affecting severe PM10 pollution. Winter PM10 concentrations were classified into three PM10 concentration groups (low, high, and extremely high) based on the median and 95th percentile. An investigation of the associated atmospheric circulation patterns for each group showed that the low and high PM10 groups were primarily associated with synoptic-scale weather patterns at the East Asian winter monsoon scale. In contrast, the atmospheric circulation pattern associated with the extremely high (EH)-PM10 group was closely related to the large-scale atmospheric circulation pattern of the Eurasian continental scale. The results of the K-means clustering analysis of the EH-PM10 cases were categorized into two distinct large-scale teleconnection patterns. Cluster 1 showed a wave train pattern originating from the North Atlantic (NA) Ocean and propagating across the Eurasian continent to the Korean Peninsula. Cluster 2 showed a wave-like pattern from the Barents-Kara Sea (BKS) in the Arctic to the Korean Peninsula. The strongly developed high-pressure anomalies in the NA Ocean and BKS were mainly induced by vorticity advection in the upper troposphere, and they triggered rapidly developed large-scale atmospheric circulation patterns, approximately four days before the EH-PM10 events. The propagation of Rossby wave energy originating from the NA Ocean and BKS caused a high-pressure anomaly over the Korean Peninsula and weakened the lower troposphere pressure system in East Asia, thereby weakening the atmospheric ventilation effect. Simultaneously, PM10 concentration inflow to the Korean Peninsula from East China and the Gobi Desert, coupled with stagnant meteorological conditions, have resulted in a drastic increase in PM10 concentrations in Korea. In summary, large-scale atmospheric circulation patterns triggered by the NA Ocean and BKS weakened the ventilation effect around the Korean Peninsula and induced the advection of PM10 concentrations from neighboring regions to the Korean Peninsula, resulting in favorable atmospheric conditions for EH-PM10 events. This study suggests that two representative large-scale teleconnection pathways originating from the NA Ocean and BKS cause the EH-PM10 events in Korea during mid-winter. In the second chapter of this study, ERA-5 reanalysis data were used for 42 years (1979–2020) to investigate the characteristics of the East Asian heat waves (EAHWs) and their teleconnection mechanisms with the associated Arctic-Siberian Plain (ASP) warming. The results showed that EAHWs, which overlapped with the increasing linear trend and interannual variability, occurred strongly and frequently in recent periods. The heat wave days in East Asia with a north-south dipole pattern were determined to be closely related to the wave-like teleconnection pattern originating from the ASP. The strongly developed high-pressure anomalies in the upper troposphere of the ASP are majorly induced by vorticity advection and significantly increased shortwave radiation. The increase in subsidence and insolation due to the high-pressure anomaly contributed substantially to the increase in air temperature in the ASP, and a large amount of radiative energy on the surface was primarily released as longwave radiation and latent heat flux. At the ASP surface, land–atmosphere interaction due to positive water vapor feedback was found to amplify the thermal high pressure and upward propagation of the Rossby wave energy. Consequently, the Rossby wave energy amplified in the ASP propagates along the upper tropospheric pathway to East Asia, triggering atmospheric circulation patterns favorable for the development of EAHWs in summer. While numerous previous studies have majorly explained the causes of EAHWs in terms of teleconnection patterns in the Pacific-Japan and circumglobal teleconnection patterns, this study suggests new teleconnection pathways originating in the Arctic/high-latitudes for EAHWs. Our findings improve the understanding of the large-scale teleconnection mechanisms between Arctic/high-latitude climate variability and winter EH-PM10 events in South Korea and summer heat waves in East Asia and provide representative teleconnection pathways of the Rossby wave in the Northern Hemisphere. This study contributes to the prediction and future perspective of winter and summer extreme events in East Asia to reduce human health risks as well as social and economic damage. 이 연구는 최근 급격하게 진행되는 북극 온난화로 인해 급변하는 북극 및 고위도 지역의 대기 변동성이 동아시아 지역에서 발생하는 극한 현상에 미치는 영향과 발생 기작에 대한 이해를 높이고, 새로운 로스비 파동의 이동 경로를 제시하는 것을 목표로 한다. 특히, 이 연구에서는 동아시아에서 주로 발생하는 여름철 극한 폭염 현상과 겨울철 초고농도 PM10 오염의 발생 기작을 중점적으로 분석하였다. 이 연구의 첫번째 챕터에서는 지난 21년 간 (2001−2021년) 겨울철 한반도에서 지속적으로 수집된 PM10 농도 자료를 이용하여 PM10 농도의 변동 특성과 극심한 PM10 오염에 영향을 미치는 대규모 대기 순환 패턴의 발생 기작을 제시하였다. 겨울철 PM10 농도는 중앙값과 95분위수를 기준으로 3가지의 PM10 농도 그룹 (저농도, 고농도, 초고농도)으로 분류되었다. 각 농도 그룹별 관련된 대기 순환 패턴을 확인한 결과, 저농도와 고농도 PM10 그룹은 주로 동아시아 겨울 몬순 규모의 종관 규모의 대기 순환 패턴과 관련되어 있음을 확인하였다. 한편, 초고농도 PM10 그룹과 관련된 대기 순환 패턴은 종관 규모를 넘어서는 유라시아 대륙 규모의 대규모 대기 순환 패턴과 밀접하게 관련이 있음을 확인하였다. 대규모 대기 순환과 관련된 초고농도 PM10 사례의 K-means 군집 분석 결과는 두 가지의 뚜렷한 대규모 원격 상관 패턴으로 분류되었다. 첫 번째 군집의 대기 순환 패턴은 북대서양에서 기원하는 파동 열 형태의 대기 순환 패턴이 유라시아 대륙을 거쳐 한반도까지 발달하였다. 두 번째 군집은 북극 바렌츠−카라해부터 한반도까지 이어지는 파동 열 형태의 원격 상관 패턴과 관련되어 있는 것으로 나타났다. 북대서양과 바렌츠−카라해에서 강하게 발달하는 고기압성 편차는 주로 대류권 상층에서 음의 와도 이류에 의해 유도되는 것으로 나타났으며, 이로 인해 촉발되는 대규모 대기 순환 패턴은 초고농도 PM10 사례 발생 약 4일 전부터 급격하게 발달하였다. 북대서양 및 북극 바렌츠−카라해에서 촉발된 로스비 파동 에너지의 전파는 한반도 상공으로 고기압성 편차와 북풍 계열의 바람의 약화를 유도하여, 대기 환기 효과를 약화시키는 것으로 분석되었다. 이와 동시에 동중국과 고비 사막지역에서 한반도 지역으로 이류되는 PM10 농도는 정체된 기상 조건과 함께 한반도의 PM10 농도의 급격한 증가를 야기하였다. 이 연구는 북대서양 및 북극 바렌츠−카라해에서 촉발되는 대규모 대기 순환 패턴이 한반도 지역의 대기 환기 효과를 약화 시키고, 인접한 지역에서 한반도로 PM10 농도의 이류를 유도하여 약 4일 이내에 초고농도 PM10 오염을 야기하는 것을 확인하였다. 요약하면, 겨울철 한반도에서 발생하는 초고농도 PM10 오염은 북대서양 및 북극 바렌츠−카라해에서 각각 기원하는 대규모 원격 상관 패턴에 의해 주로 발생한다. 이 연구의 두번째 챕터에서는 지난 1979년부터 2020년 (총 42년) 동안의 재분석 자료를 사용하여 동아시아 폭염 발생 특성을 확인하였으며, 이와 관련된 북극−시베리아 평원 (Arctic−Siberian Plain; ASP)의 온난화와 관련된 원격 상관 메커니즘에 대하여 조사하였다. 연구 결과, 최근 발생하는 동아시아 폭염은 강한 선형 증가 추세와 내부 변동성이 서로 중첩되어 강하고 빈번하게 발생하는 것으로 분석되었다. 특히, 남북 쌍극자 패턴의 동아시아 폭염은 ASP에서 기원하는 파동 열 형태의 대규모 대기 순환 패턴과 밀접한 관련성이 나타났다. ASP의 대류권 상층에서 강하게 발달하는 고기압성 편차는 주로 와도 이류에 의해 유도되며, 고기압성 편차로 인한 하강 기류와 태양 복사 에너지의 증가는 ASP의 기온 증가를 유도하고, 그 결과 지표 증발을 가속화 시킨다. ASP 에서 증가된 수증기는 양의 수증기 되먹임에 의한 지면−대기 상호 작용으로 열돔 및 열적 고기압의 발달과 로스비 파동을 증폭시키는 것으로 나타났다. 요약하면, ASP 지역에서 열돔에 의해 증폭된 로스비 파동은 대류권 상층 경로를 따라 동아시아 지역으로 전파되어 여름철 동아시아 열파 발생에 유리한 대기 순환 패턴을 촉발하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 북극 및 고위도의 기후 변동성과 겨울철 한반도 초고농도 PM10 오염 및 여름철 동아시아 폭염 간의 대규모 원격 상관 메커니즘에 대한 이해를 높이고, 로스비 파동의 대표 영향 경로를 제시한다. 이 연구의 결과는 향후 겨울철과 여름철 동아시아에서 발생하는 극한 현상의 예측과 미래 전망에 활용하여 인체 건강 및 사회・경제적 피해를 줄이는데 기여할 것으로 사료된다.

열대 해양에서 해수면온도와 동서 대기순환이 구름-복사강제력에 미치는영향

이우섭 공주대학교 대학원 2003 국내석사

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. 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.

연안지역 SST공간분포가 국지순환과 대기오염에 미치는 영향

전원배 부산대학교 2009 국내석사

Numerical simulations were carried out to understand the impact of Sea Surface Temperature(SST) spatial distribution on regional circulation and air pollution. A three-dimensional non-hydrostatic atmospheric model RAMS, version 6.0, was applied to examine the impact of SST forcing on regional circulation. New Generation Sea Surface Temperature(NGSST) data were implemented to RAMS to compare the results of modeling with default SST data. We conducted simulations for three cases. First was the case with NGSST data(Case NG), second was the case with RAMS monthly data(Case RM) and third was the case with seasonally averaged RAMS monthly data(Case RS). Case NG showed accurate spatial distributions of SST but, the results of RM and RS were 3∼4℃ lower than buoy observation data. As a result of the difference of spatial SST distributions, horizontal temperature and wind field were different in each case. Case RM and Case RS showed similar horizontal and vertical distributions of temperature and wind field but, Case NG estimated the intensity of sea breeze weakly and land breeze strongly. These differences were due to the difference of the temperature gradient caused by different spatial distributions of SST. Diurnal variations of temperature and wind speed for Case NG indicated great agreement with the observation data and statistics such as root mean squared error, index of agreement, regression were also better than Case RM and Case RS. In order to find the impact of the difference of the meteorological input data to air quality modeling, we also conducted numerical simulations using CAMx. Horizontal distributions of surface ozone concentrations were analyzed and compared. Simulated ozone concentrations were different in each case due to the difference of the meterological input data that affect advection and diffusion of many pollutants. Time series of ozone concentrations for Case NG indicated great agreement with the observation data and statistics such as root mean squared error, index of agreement, regression, mean bias were also better than other cases. From above numerical experiments, we confirmed that spacial distributions of SST have influence on regional circulation at coastal area and the difference of the meteorological input data due to different SST forcing also have influence on the results of air quality modeling. It is expected that this study will improve the prediction ability of air pollution at complex coastal area by enhancing modeling performance. 본 연구에서는 기상 입력 자료의 개선을 통해 대기질 수치모의 결과의 향상을 도모 하고자, 광양만 권역을 대상으로 해수면 온도의 분포 특성에 따른 대기유동장의 차이를 살펴보았다. 약한 종관장과 높은 기온으로 인해 국지 순환장의 차이가 잘 나타날 수 있으며, 고농도 오염현상이 발생했던 2007년 8월 24일부터 26일까지를 수치모의 사례기간으로 선정하였고, 복잡한 해안선의 형태를 잘 고려해 주기 위해 고해상도 지표 경계 자료를 적용하였다. 중규모 기상모델인 RAMS를 이용하여 고해상도 일평균 해수면 온도자료인 NGSST자료를 사용 한 경우, RAMS에서 기본적으로 제공되는 월평균해수면 온도자료를 사용한 경우, RAMS의 월평균자료를 여름철 계절 평균한 자료를 사용한 경우에 대한 세 가지 수치실험을 수행하였다. 해수면 온도 모의 결과 NGSST를 사용했을 때 난류에 의한 고온역과 해안선의 형태에 따른 국지적 해수면 온도분포의 특징이 잘 표현됨을 확인 할 수 있었다. 이러한 해수면 온도 분포의 차이에 따른 기상장의 변화를 살펴본 결과 높아진 바다의 온도로 인해 내륙과의 온도경도가 변화하여 해풍의 경우 풍속이 감소하는 경향을 보였고, 반대로 육풍의 경우는 풍속이 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 한편, 경계조건의 변화가 대상지역의 기상장에 미치는 영향을 고려하기 위한 실험에서는 상위도메인에서의 해수면 온도분포 차이가 경계면에서의 열역학적 차이를 유발하여 대상영역의 수평기상장 변화에 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있었다. 기상장 수치모의 결과에 대한 객관적 검증을 위해 관측값과의 시계열 비교를 실시한 결과 NGSST 자료를 사용 했을 때 관측값과의 일치도가 증가함을 확인 할 수 있었고, 통계분석 결과에서도 마찬가지로 가장 좋은 결과를 볼 수 있었다. 한편, 해수면 온도분포 특성에 따른 기상장의 차이가 대기질 수치모의 결과에 미치는 영향을 알아보기 위해 CAMx를 이용한 대기질 모델링을 수행하였다. 동일한 조건하에서 기상 입력자료만을 달리하여 기상장의차이가 대기질 모의 결과에 어떠한 영향을 미치는지 살펴본 결과, 기상장의 차이가 나타났던 지역을 중심으로 오존농도의 수평분포에 차이가 나타남을 확일 할 수 있고, 관측값과의 비교 및 통계분석 결과 NGSST자료를 이용한 기상장을 사용한 경우가 가장 좋은 결과를 보여줌을 확인 할 수 있었다. 기상장 및 대기질 수치모의 결과를 종합해 보면, 정확한 해수면 온도분포의 반영으로 실제와 더 유사한 기상장이 표출될 수 있었고, 개선된 기상장을 대기질 모델의 기상 입력 자료로 사용했을 때 대기 오염물질의 이류 및 확산이 좀 더 현실적으로 표현되어 수치모의 결과가 향상될 수 있었다. 이상의 결과에서 복잡한 연안지역의 기상장 개선에 따른 대기질 수치모의 결과의 향상을 확인 할 수 있었는데, 이러한 연구는 대기질 모델에 사용되는 기상입력 자료의 질적 향상으로 이어져서 연안지역의 오염물질 수송 및 확산 연구에 긍정적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

기상인력의 전문화 방안 연구

임나영 조선대학교 대학원 2016 국내석사

Abstracts A Study of Specialist Training for KMA Meteorologists Yim Nayoung Advisor : Prof. Ryu Chan-Su, Ph.D Department of Atmospheric Science Graduate School of Chosun University The Korea Meteorological Administration(KMA) requires a large number of specialist staff, for example to develop numerical models or analyze data from complex observing systems, such as meteorological satellites and weather radar. As well as trying to hire staff with the necessary skills, it is also necessary to train existing staff so that they can fill these specialist positions, even if they already have significant experience in meteorology. In this report I discuss current methods for training meteorologists at KMA, and suggest ways the training might be improved. In particular, I recommend that KMA should try to establish a new educational institute to provide specialist training. In order to realise this goal, KMA will first need to develop plans for presentation to the Ministry of Education and the Ministry of Strategy and Finance, including proposed training programs and management systems for the students. If the plans are accepted by the ministries, they will work with KMA to propose a budget and location for the new institute, so that KMA can then develop proposals for the required government legislation. One possibility would be for KMA to try and obtain general legislation from the National Assembly, but a better option would be to pursue special legislation from the Judiciary. The kind of educational institute required by KMA would need to train only a small number of students at one time, so could be run as a single department. However, it should aim to provide accreditation for a number of specialisms.

A Study of Hydrometeor Classification using Polarimetric Radar Observations : 이중편파레이더자료를 활용한 대기수상체 분류

박향숙 경북대학교 대학원 2014 국내박사

미국 NEXRAD 이중편파레이더는 대기수상체 분류 알고리즘을 활용하여 기상학적 기원의 에코와 비기상학적 산란체를 구분하며, 또한, 강우, 우박, 싸락눈, 눈 등 다양한 대기수상체를 분류하고 있다. 최근의 연구에 의하면, 기존 이중편파레이더자료를 활용하는 NEXRAD 대기수상체 분류 알고리즘은 이중편파레이더 관측변수의 오차, 빔 퍼짐 효과, 약한 눈과 약한 비에서 관측되는 이중편파신호의 중첩, 어는 비(freezing rain) 등을 고려하지 않아 대기수상체 분류에 문제가 있음을 밝혔다. 본 논문에서는 이를 고려하여 현재 운영 중인 미국 NEXRAD 이중편파레이더 대기수상체 분류 알고리즘을 개선하고, 또한 겨울철 어는 비를 추가로 구분할 수 있는 새로운 대기수상체 분류 알고리즘을 개발하였다. 먼저, 이중편파레이더자료를 활용하는 NEXRAD 대기수상체 분류 알고리즘을 개선하여, 그 방법론을 제시하였다. 주요 개선 사항으로는 이중편파변수에 영향을 미치는 가능한 모든 오차요인들을 고려한 품질지수, 대기수상체마다 이중편파변수들의 분류능력을 할당한 가중치 행렬, 그리고 레이더로부터의 거리 및 방위각에 따른 밝은 띠(이중편파레이더 자료를 활용하여 탐지)에 대한 레이더 샘플링 볼륨의 상대적 위치를 고려하였다. 이러한 개선으로 알고리즘에 유연성을 크게 하였고, 액체상(예, 약한 비)과 고체상 대기수상체(예, 약한 눈)의 구분을 더욱더 용이하게 하였다. 또한, 이 개선된 알고리즘은 이중편파레이더 관측자료 만을 입력 자료로 하여 10개의 다양한 대기수상체를 분류한다. 사례연구로 선정한 2005년 5월 13일 미국 중부 오클라호마에서 KOUN S-밴드 이중편파레이더로 관측한 여름철 중규모 대류복합체 경우에 개선된 알고리즘을 적용한 결과, 레이더로부터 거리가 멀어짐에 따라 비, 습설, 건설 및 빙정이 점진적으로 분류되는 등의 중규모 대류복합체의 개념모델과 일치하는 좋은 결과를 나타내었다. 다음은 최초로 이중편파레이더 관측자료와 RUC 수치예보모델의 열역학적 정보를 결합하는 겨울철 대기수상체 분류 알고리즘을 개발하여 그 방법론을 제시하였다. 새로운 겨울철 대기수상체 분류 알고리즘은 대기상층의 미세물리과정(융해 및 재동결)을 진단하는데 도움을 줄 수 있는 열역학적 정보를 활용함으로서 이중편파레이더 관측에만 의존하던 기존 대기수상체 분류 알고리즘 기술을 향상시켰다. 특히 이러한 열역학적 정보는 레이더 관측만을 활용하는 선행연구들에서 부족하였던 겨울철 전이 기상현상 사례(transitional weather events)에 있어 매우 중요하다. 이 알고리즘은 먼저 RUC 모델로부터 얻은 연직 습구온도분포를 활용하여 배경 강수유형을 형성하고, 그런 다음에 경험적인 규칙에 따라 관측과 배경 강수형태와 일치하면 이중편파레이더 자료를 활용하여 대기수상체를 다시 세분화하는 과정을 수행한다. 개발된 새로운 겨울철 대기수상체 분류 알고리즘은 2006년 11월 30일 미국 오클라호마에서 시간이 지남에 따라 따뜻한 비, 어는 비, 얼음싸라기, 그리고 눈 입자(건설과 습설)로의 전이 현상이 관측된 폭풍사례에 대하여 KOUN S-밴드 이중편파레이더로 관측한 자료를 활용하여 검증되었다. 검증결과에 의하면 레이더에 의해 상층에 밝은 띠가 관측되었을 경우에 모델은 상층 온난층이 전혀 존재하지 않음을 예측하여 지상 배경강수유형을 건설(dry snow)로 분류하였다. 그러나 실제 지상에는 건설이 관측되지 않았다. 이는 이중편파레이더 자료로 탐지한 밝은 띠가 모델결과보다 실제 지상강수유형을 결정하는데 더 유용하다는 것을 의미한다. 겨울철 전이 기상현상 사례에 대하여 알고리즘을 수행한 결과, 전체적으로 이중편파레이더 자료와 수치예보 모델로부터 얻은 열역학적 정보와의 결합이 잠재적으로 매우 유용하다는 결과를 나타내었다. 특히 이 알고리즘은 광범위하게 넓은 지역을 다루고 있는 모델자료에 상대적으로 가까운 거리에서 관측하는 이중편파레이더 자료를 기반으로 강수유형을 재분류하는 경우에 매우 효과적이었다. 본 논문에서의 결과들은 호우, 우박, 어는 비 등의 위험기상 탐지 및 보다 정확한 강수량추정에 크게 기여할 것으로 사료된다.

연안도시지역에서 선박배출원을 고려한 대기질 수치모델링

원경미 부산대학교 대학원 1998 국내박사

The results of this study on a numerical modeling of air quality considered shipping sources in coastal urban can be summarized as follows; 1. The analysis for emission characteristics of pollutant sources in Pusan Metropolitan City show the amount of SO_(2) emission is increasing after decreasing, TSP and Co decreasing, HC a little increasing and NO_(2) remarkably increasing. Most of the emission amount is by SO_(2) and NO_(2). The characteristics of pollutant emission amount for respective pollutant sources is that transport by oil consumption and ship or something rather than automobile has occupied most of the emission amount. In terms of air quality, SO_(2) TSP and CO concentrations are decreasing and O_(3)is remarkably increasing. The frequencies for NO_(2) and O_(2) concentration exceeding short term environmental standard has increased. 2. The estimation of pollutants emission amount in inland and coastal area shows that the ratios of the latter to the former amounts are 12.2% for NO_(2) and 11.7% for SO_(2), even though coastal area is smaller than inland. This result implies that the air quality of coastal urban area considerably counts on ships. 3. The distribution of emission amount of NO_(2) and SO_(2) from ships arriving and departure or at anchorage at harbors shows that the emission rate at north harbor, especially Shinsundae and Jasungdae which are full of container ships, is highest. As for the kind of ships, 65% of total emission is due to container ships. The emission rate of NO_(2), SO_(2) is 2.5 and 2.8times raised at anchorage compared with on a run, respectively. This means that the amount of air pollutants from ships at anchorage in the coast during loading can fairly affect inland area. 4. It can be predicted that pollutants emitted from piers can affect inland, especially Dongnae, and coastal area and those emitted from Sasang and Janglim industrial complex can affect Hwamyeong and coastal, respectively. 5. The diurnal change of deposition velocity, compared with observation data, depends on irradiances and winds at daytime and night, respectively. The deposition velocity at daytime was 1.0∼2.0cm/sec by sea breezes and topography. The concentration was low at daytime when deposition flux is high, and deposition effect on industrial complex and Dongnae region is considerable in particular. 6. The concentrations around coastal and pier area can be explained by emissions from in coming and out going ships. The emissions from ships result in concentration difference of 8.5ppb, 8ppb, 7.5ppb in O_(3) So_(2) and NO_(2), respectively. 7. The air quality model results including emissions from ships show that the diurnal variation pattern of respective pollutnats is consistent with observed spatial and temporal features, as a whole. From the above results, it is concluded that ships need to be considered as a emission source in modeling coatal urban area, and that the photochemical reaction and deposition had considerable effect on predictive concentration. Currently, restriction for emission amount of ships does not exist, so the authorities have to set the standard and take a measure to meet the situation. And coastal urban area needs particular air - cleaning law.

AMIP II 기간에 모사된 모형 대기 에너지 수지의 분석

오현택 연세대학교 대학원 2001 국내석사

기후 변화의 이해와 예측을 위해서 필수적인 고품위 기후 시스템 모형의 평가에서 에너지와 수증기의 광역 수지는 매우 중요한 사항이다. 이 연구는 연세대학교 대기 대순환 모형 대류권 7층 판 YONU AGCM Tr7로 AMIP Ⅱ 기간 곧 1979.1 - 1996.2의 17년 2개월 기간에 대해서 모사된 모형 대기의 에너지 수지를 분석하고, 해양 대기로부터 육지 대기에로의 에너지 수송 및 수증기 수송사이의 관계를 파악하고자 하는 것이다. 이 연구에 사용된 모형 자료는 AMIP II에 출품된 YONU AGCM Tr7의 표준 모형 출력 자료이고, 검증 자료는 NCEP/DOE 재분석 자료이다. AMIP Ⅰ과 AMIP Ⅱ에 대하여 각각 모사된 에너지 수지 성분들의 상호 비교와 이들의 검증으로부터 YONU AGCM T r7의 오류 교정을 통한 괄목할 만한 모형 품위의 개선이 확인되었다. 특히, AMIP Ⅱ 기간에 모형의 에너지 속은 대기 상단에서 하향으로 9.4 W/㎡, 그리고 지표에서 하향으로 1.4 W/㎡ 이고, 대기의 에너지 불균형은 8.0 W/㎡이다. 이 8.0 W/㎡ 불균형은 AMIP Ⅰ의 25 W/㎡ 에 비해 대폭적으로 감소된 것이다. 이 불균형을 해양과 육지의 구별없이 대기안에서 소실된 것이라고 보면 육지 대기는 17.7 W/㎡의 에너지 부족을, 그리고 해양 대기는 6.7 W/㎡의 에너지 여분을 각각 보인 것으로 해석된다. 이 해석에 따라 해양에서 육지로 일어날 에너지 수송은 4.8 × 1015 W 이다. 이 값은 해양 또는 대기를 통하여 저위도에서 고위도로 일어나는 에너지 수송과 대략적으로 같은 수준이다. 해양에서 육지로 일어나는 이 에너지 수송에 대한 잠열 수송의 기여가 얼마인가를 알기 위해서 모형에서 일어난 유수를 통하여 추정한 결과, 해양에서 육지에로의 잠열 수송은 5.5 × 1015 W 이었다. 이 값은 전체 에너지 수송 4.8 × 1015 W 보다 더 크다. 이는 엔탈피와 지위 에너지의 형식으로 에너지가 육지에서 해양으로 0.7 × 1015 W의 율로 흘러 나간다는 것을 의미한다. 이 결과에 비추어 해양과 육지 사이에 일어나는 에너지와 수증기의 흐름은 매우 밀접하게 연관된 것임이 확인된다. As a valuation of quality, global energy budget and water vapor budget are very important component. This research is an analysis of the model atmosphere energy budget and transportation from ocean atmosphere to land atmosphere by means of between the energy and water vapor relation for the AMIP II period, 1979.1 - 1996.2, simulated with Yonsei University Atmospheric General Circulation Model with 7 vortical levels. To understand and predict the climate system, we must have a high-quality climate system model. Most principal climate models had been participating the AMIP do intercompare the models, and do asses their quality. The data used in this research is the YONU AGCM Tr7 AMIP II standard output that is submitted to the AMIP II For verification of the output is NCEP/DOE(National Centers for Environmental Prediction/United States Department of energy) reanalysis data. When we study the simulated normal mean fields of energy flux components and patterns of the global distribution, we can find remarkable improvement on the model quality achieved by some development and error correction of YONU AGCM Tr7. Especially analysed atmospheric energy imbalance during AMIP II period is downward 9.4 W/㎡ at the top of the atmosphere, downward 1.4 W/㎡ at the surface, thus 8.0 W/㎡ at the atmosphere. Comparing with energy imbalance during AMIP. I period which was 25 W/㎡ energy surplus, we could get a sharp decrease of the atmospheric imbalance, and confirm the approachment to the energy balance. When we consider the global atmospheric energy imbalance, we can infer that the land atmosphere have 17.7 W/㎡ energy deficit, the ocean atmosphere have 6.7 W/㎡ energy surplus. According to energy deficit and surplus, the energy of the transportation from ocean atmosphere to land atmosphere is 4.8 × 10^(15) W. This value is the same level energy from low latitude to high latitude occording to ocean and land. To investigate how the latent heat do contribute the energy flux from ocean to land, we calculated runoff by YONU AGCM Tr7. So we could get that the estimated latent heat flux is 5.5 × 10^(15) W. This is apparently larger than total energy flux, means that the energy follow from land to ocean by means of the form of entalphy and geopotential energy. This result confirm that the stream of the energy and water vapor between ocean and land does have closely relation.

쿠로시오 해류의 활동성이 동아시아 지역의 대기-해양 상호작용에 미치는 영향 분석

이송이 공주대학교 일반대학원 2019 국내석사

해양으로 수송되는 적도 열에너지의 약 70%는 위도 25°와 45° 사이에서 대기로 전달되며, 이러한 열 전달은 주로 겨울철 쿠로시오 해류와 걸프 해류로 대표되는 서안경계류 지역에서 현열과 잠열 방출을 통해 이루어진다. 이러한 대기-해양 상호작용은 기후 시스템에서 중요한 역할을 한다. 특히 쿠로시오 해류와 관련된 동아시아의 해양전선 상에서 나타나는 현열과 잠열의 방출은 대기 하층의 경압성을 유지하며 하층 저기압 발달과 주변 지역의 평균 순환에 영향을 미친다. 또한 이러한 영향은 경계층뿐만 아니라 자유대기에서도 와류 및 수분 속 특성에 큰 강한 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 동아시아 쿠로시오 해류의 역학적 안정도에 따른 해양 열속과 대기의 상태 분석을 통해 동아시아 대기-해양 상호작용 메커니즘을 연구하였다. 쿠로시오 해류 부근의 해양전선 상에서 발생하는 해양-대기 상호 작용의 역할을 조사하기 위해 쿠로시오 해류의 강도를 해수면 고도를 활용하여 지수화하였다. 정의된 SSHA(Sea Surface Height Anomaly) 지수는 쿠로시오 해류의 길이 및 위치, 해수면고도, 재순환 환류의 강도를 종합하여 정의한 Kuroshio Extension 지수(Qiu et al. 2014)와 잘 일치하였다. 쿠로시오 해류 주변의 대기-해양 상호작용을 이해하기 위해 1959년부터 2017년까지 59년간의 겨울철(DJF)의 해수면 온도, 하층 대기 온도, 열적 구조 등의 변수와 SSHA 지수와의 상관관계를 분석하였다. 쿠로시오 해류가 불안정할수록 난류에 의한 잠열과 현열의 방출이 증가하고 이는 하층 대기의 잠열 연직 구조에 차이를 유도한다. 따라서 하층 대기에서 저압성 순환 아노말리가 나타나 한랭건조한 공기 유입증가를 유도하였다. 이는 대기-해양 온도 차이를 크게 해 잠열과 현열 방출을 증가시키는 양의 피드백을 형성한다. Approximately 70% of the equatorial thermal energy transported to the ocean is transmitted to the atmosphere between latitudes 25° - 45°N, and this heat transfer is mainly through sensible heat and latent heat emission in the western boundary current, represented by the Kuroshio Current and the Gulf Stream in winter. These air-sea interactions play an important role in the climate system. In particular, the gradient of sensible and latent heat on the Kuroshio currents maintains the lower tropospheric baroclinic of the atmosphere and affects the lower cyclone development and the average climate in the surrounding area. The activity of the oceanic heat flux has a strong influence on the transient eddy vortex and moisture flux in the free atmosphere as well as in the boundary layer. In this study, we analyze the oceanic heat flux and the atmospheric condition of the East Asian Kuroshio Current, and the mechanism of the East-Asian air-sea interactions ont the ocean front. To investigate the role of air-sea interactions on the ocean front near the Kuroshio Current, the intensity of Kuroshio Currents was indexed using SSHA(Sea Surface Height Anomaly). The defined SSHA index is in good accord with the KE(Kuroshio Extension ; Qiu et al. 2014), which is defined as the sum of the upstream KE path length, KE strength, upstream KE position, and KE recirculation gyre strength. To understand the air-sea interaction around the Kuroshio Current, we analyzed impacts from the ocean front by comparing LHF(Latent Heat Flux), SHF(Sensible Heat Flux), and atmospheric circulation during stable and unstable years. As the Kuroshio currents become unstable, the release of latent and sensible heat due to turbulence increases, leading to differences in the latent heat vertical structure of the lower atmosphere. Thus, low pressure circulation anomalies in the Northwest Pacific region strengthens and induce the north-weterly low of cold and dry air inflow. This increases the air-sea temperature difference to form a positive feedback that increases latent and sensible heat release.