해양에 대한 MSU 채널2(53,74GHz) 밝기온도와 해수면 온도의 관계

Abstract

태평양, 대서양 지역의 해수면 및 중간 대류권 열적 상태에 대한 객관적인 기후분석을 위하여 1980-91년 기간의 해수면 온도와 채널2 밝기온도 사이의 상관관계를 조사한 후, 이들 온도의 월평균값과 편차 (anomaly)에 대해 각각 경험적 직교함수 분석을 실시하였다. 두 온도간의 상관은 중위도 및 고위도 해양에서는 높았으나(≥0.7), 열대해양에서는 낮았다(≤0.5). 특히 열대수렴대 및 남태평양수렴대에서는 구름과 강수의 영향으로 상관이 낮거나 음의 상관이 나타났으며, 이는 해수면 온도 증가로 발생한 대류로 인하여 구름의 운량과 두께가 증가할 때 채널2의 온도는 감소하기 때문인 것으로 추정되었다. 해수면 온도의 월평균값에서 연주기를 반영하는 첫 번째 모드가 총분산의 대부분(≥52%)을 설명하는데 비해 편차값에 대한 경우에서는 첫 번째 모드(≥18%)와 두 번째 모드(≥10%)가 모두 중요하였다. 반면에 채널2 온도의 월평균값에서는 해수면 온도의 경우에 비하여 첫 번째, 두 번째 모드가 각각 47%, 21%이상을 보여 두 번째 모드가 총분산에 상대적으로 크게 기여했으나, 편차값 분석에서는 첫 번째 모드(≥45%)가 지배적인 반면에 두 번째 모드(≥5%)는 약하게 나타났다. 두 종류 온도의 월평균값에 대한 주성분 시계열에서는 연주기 및 계절적 변동, 그리고 편차에 대한 분석의 경우에 경년변화 및 비계절적 변동이 뚜렷하였다. 특히 대표적인 경년변화인 1982-83, 1986-87, 1991-92년에 발생한 세 번의 엘니뇨 현상들은 열대태평양의 해수면 온도와 채널2 온도의 편차에 대한 주성분 시계열에서 각각 모드1과 모드2에서 가장 현저하게 나타났으며 대략 4∼5년 주기를 보였다. 엘니뇨와 관련된 모드의 특징은 동태평양에서 해수면 온도 증가가 설상(tongue)으로, 그리고 채널2 온도의 경우 140-150W부근의 적도에 대해 남북 대칭인 아령(dumbbell) 모양으로 나타났다. 두 온도 변수의 월평균값의 고유벡터 및 주성분 시계열 분석에 나타난 연주기와 반년주기를 통하여 태평양에서는 동서(Walker)순환과 남북(Hadley)순환이 혼합된 형태, 그리고 대서양에서는 동서순환이 약한 반면 남북순환이 강화된 형태가 지배적이었다. 우리나라 주변의 육지와 해양을 모두 포함한 지역에 대한 채널2 온도 분석에서 계절에 따라 한반도에 영향을 주는 기단들의 시공적인 변동이 확인되었다. 본 연구는 잘 보정된 채널2 밝기온도의 위성자료가 대류권 기후변동의 지시계로, 그리고 대순환모델의 재분석(reanalysis) 결과와 상호비교를 통하여 대순환모델의 개선에 사용될 수 있음을 제시한다.;In order to analyze the climate objectively for the thermal state of sea surface and middle troposhere over the Pacific and Atlantic Oceans, the correlations between sea surface temperature(SST) and MSU Channel 2(Ch2) brightness temperature at 53.74 GHz were investigated during the period 1980-91, and then an empirical orthogonal function analysis has been performed on monthly mean and monthly mean anomaly of those temperatures, respectively. The correlations were high in the middle and high latitude oceans(≥0.7), but low in the tropical oceans(≤0.5). Especially, the low or negative correlations resulted from clouds and precipitations in the Intertropical and South Pacific Convergence Zones. The reason might be that the Ch2 temperature decreased when the amount and thickness of clouds increased due to more active convection, associated with higher SST. The first mode in monthly mean SST shows the annual cycle due to the latitudinal variation of solar insolation, and accounts for greater than 52% of the original variance. In addition, both the first(≥18%) and second mode(≥10%) are important in the anomaly analysis. On the other hand, the second mode in monthly mean Ch2 temperature makes a large contribution to total variance by showing that the first and second modes explain more than 47%, 21%, respectively compared with SST. However, the first mode in the Ch2 anomaly is more dominant(≥45%) than the second one(≥5%). Annual and seasonal variations in the principal component time series are evident in both kinds of monthly mean temperatures, while interannual and non-seasonal variations dominate in those of anomaly data. In particular, the interannually distinctive El Nin～o periods of 1982-83, 1986-87, 1991 are clearly displayed over the tropical Pacific in the time series of the first mode for the SST anomaly analysis and of the second one for the Ch2 temperature, showing a quasi-periodicity of 4-5 years. The modes of variation characteristic of El Nin～o are spatially associated with the positive SST anomaly pattern in the cold tongue region of the equatorial eastern Pacific, and with the Ch2 temperature maxima in the dumbbell-shaped pattern that straddles the equator over the eastern Pacific, consistent with previous studies. The annual and semiannual cycles in the eigenvectors and corresponding time series analysis of monthly mean fields of both temperature variables indicate a pattern mixed with the Hadley(north-south) and Walker(east-west) circulations in the Pacific, and a pattern with the strong Hadley and weak Walker circulations in the Atlantic Ocean. The Ch2 data analysis over the east Asia identifies the spatial and temporal variability of the major air masses which have seasonally influenced the climate over the Korean peninsula. This study suggests that a well-corrected Ch2 brightness temperature data can be used as a indicator of climatic variation for the troposphere, and in improving the general circulation model(GCM) by the intercomparison with the model reanalysis.