마이크로파 위성관측과 모델 재분석에서 조사된 하부 성층권 온도의 시공간 변동 및 추세

Abstract

하부 성층권 온도의 추세에 대한 위성관측과 모델 결과들의 상대적인 정확성을 평가하기 위하여 두 종류의 위성관측 MSU 채널4(57.95 GHz) 밝기온도 자료들과 1981-93년 기간의 두 종류의 대순환 모델 (ECMWF, GEOS) 재분석 자료들을 시계열 회귀분석으로 상호 비교하였다. 1980-99년 기간의 위성자료는 본 연구에서 유도된 직하점 MSU4와 여러 주사각에서 유도된 SC4 (Spencer and Christy, 1993)이다. 위 기간에 전지구에 대한 MSU 하부 성층권 온도는 화산폭발과 관련된 냉각화 경향 (-0.35K/decade)을 보였으며, 이러한 경향은 육지보다 해양에서 1.2배 컸다. 자료들의 공통 기간 (1981-93년)에 대한 하부 성층권 온도의 아노말리는 두 종류 관측자료와 GEOS에서 전국지구적으로 냉각화 경향 (-0.14 ∼-0.42K/decade)을 보였으나, ECMWF는 북반구를 제외하고 온난화(0.06K/decade)를 보였다.온도 연주기는 SC4를 제외하고 다른 세 종류 자료에서 유사한 위상과 함께 현저하였다. 온도 추세에 대한 95% 신뢰도 조사에서 MSU 채널4의 하부 성층권 온도에 대한 신뢰도가 채널2 (53.74GHz)의 중간 대류권 온도보다 더 낮았다. 또한 두 기층 사이의 추세 감율이 북반구 육지에서 가장컸다. MSU4에 대한 SC4 및 모데 재분석 결과들의 상관은 전지구의 경우에 SC4 (r=0.96)에서 가장 높았고, ECMWF (r=0.61)에서 가장 낮았다. 한반도의 경우에는 GEOS에서 가장 높았고 (r=0.88), ECMWF에서 가장 낮았다. (r=0.73). MSU4에 대한 SC4, ECMWF의 상관은 아열대 제트류가 위치하는 30° 위도대에서 낮았으나(r<0.6) 그 외의 지역에서는 대체로 높았다(r>0.6). 한반도 부근에서 하부 성층권 온도의 냉각화 경향은 모든 자료에서 공통적으로 나타났다. 이러한 추세는 SC4 (-0.82K/decade)에서 가장 컸으며, MSU4 (-0.38K/decade), GEOS (-0.28K/decade), ECMWF(-0.07K/decade) 순으로 나타났다. 위성관측과 모델 재분석 자료들에 대한 경험직교함수 분석의 월평균값 모드1에서 네 종류 자료는 모두 한반도 부근에서 대류권과는 달리 하부성층권 온도가 겨울에 상승하고 여름에 하강하는 연주기를 보였다. 열대 태평양 지역에 대한 아노말리 모드1에서는 위성관측들의 하부 성층권 온도가 화산폭발 후에 크게 상승하였다. 모드2에서 준2년주기 진동(QBO) 그리고 모드3에서는 엘니뇨, 라니냐 현상에 따른 온도변동이 현저하게 나타났다. 본 연구는 서로 독립적으로 유도된 위성관측과 모델의 자료들이 상호 불일치를 일부 보임에도 불구하고 변동성과 추세에 있어서는 대체로 일치함을 보였으며, 이러한 비교 연구를 통하여 위성관측들과 모델자료들의 상호 정확성을 진단할 수 있음을 제시한다.