마이크로파 위성자료의 하부 성층권 온도에 대한 경험직교함수 분석

Abstract

To make use of Microwave Sounding Unit(MSU) Channel 4(Ch4) brightness temperature data for the climate analysis in lower stratosphere(~70hpa), monthly mean climatology derived from 11 year(1986-1996) Ch4 data over the Pacific, Atlantic and near the Korean peninsula, and the correlations between Ch4 data, Sea Surface Temperature (SST), and MSU Ch2 temperature have been investigated. Then an empirical orthogonal function analysis is performed on the monthly mean and its anomaly of the Ch4 data. Negative correlation between Ch4 temperature and SST occurs in most of areas, suggesting that the global warming at the earth surface is coupled with lower stratospheric cooling. The negative correlation in temperature between Ch4 and the Ch2 reflecting the thermal state around 600hPa is also observed over the extensive area of the globe. However, the more actively convective regions, for instances, the Amazon and Congo river, and Indonesian areas, show positive correlation, implying the barotropic feature of the monthly-averaged atmosphere, and the direct exchange in heat between middle troposphere and lower stratosphere over the regions. In the empirical orthogonal function analysis of monthly mean Ch4, the first mode is predominate(≥72.5%) over the tropical Pacific and shows annual cycle. The eigenvectors and principal component time series of the first mode reflect well the global lower stratospheric warming due to the volcanic eruption of Mt. Pinatubo in June 1991. ON the other hand the second mode in the anomaly analysis over the Pacific Shows symmetrical spatial distribution to the equator, and Quasi-Biennal Oscillation(QBO) in time series, consistent with the recent study(Naito and Hitota, 1997). The third mode of Ch4 anomaly has revealed that the temperature in two areas(l0S, 150W and I10N, 150W) decreases over the tropical eastern Pacific during two El Nin～o periods of 1986~1987 and 1991~1992 with a dumbbell-shape pattern. The spatial distribution of current result is similar to, but out of phase with the previous Ch2 result. In the third mode of Ch4 anomaly the temperature in the lower stratosphere over both the Korean peninsula and equatorial eastern Pacific tends to decrease together during El Nin～o period. This study suggests that MSU Ch4 brightness temperature data can be used as an indicator of both thermal state and climatic variation for the lower stratosphere.;하부 성층권(∼70hPa)의 기후 분석에 MSU(Microwave Sounding Unit) 채널4 밝기온도를 활용하기 위하여 태평양, 대서양, 한반도 부근 상공의 11년간의 채널4 온도 자료로부터 얻어진 월평균 기후 값을 조사하고, 이 밝기온도와 해수면 온도, MSU 채널2와의 상관을 조사하였다. 그 다음에, 채널4 온도의 월평균값과 그 편차(anomaly)에 대해 각각 경험직교함수 분석을 실시하였다. 해수면 온도와 채널4의 상관은 대부분의 지역에서 음의 상관을 보였고, 이는 지상에서의 온난화가 하부 성층권의 냉각과 관련되어 있음을 의미한다. 600hPa 부근의 열적 상태를 반영하는 채널2와 채널4 사이의 온도에 있어서의 상관에서도 대부분 음의 상관을 보였으나, 대류가 활발한 아마존강 부근, 중앙아프리카 콩고강, 인도네시아지역에서는 양의 상관이 나타나 중간 대류권과 하부 성층권간에 직접적인 열교류가 있음을 암시하였다. 채널4 월평균값에 대한 경험직교함수 분석에서 연주기를 나타내는 첫 번째 모드가 지배적이었다(≥72.5%). 채널4 편차값의 첫 번째 모드는 1991년 6월에 피나투보 화산 폭발에 의한 하부 성층권의 전구적인 온난화를, 그리고 두 번째 모드는 태평양 부근의 적도에 대하여 대칭인 공간 형태와 함께 주성분 시계열에서 준 2년 주기 진동(Quasi-Biennial Oscillation; QBO)를 나타내었다. 세 번째 모드는 엘니뇨 기간에 적도에 대하여 아령 모양인 대칭 형태로 하부 성층권의 적도 동태평양(∼150W)의 남(10S)·북(10N) 부근의 온도가 하강함을 보여준다. 이는 기존 연구(유정문 등, 1998)에서 조사된 엘니뇨시에 채널2에 대한 공간적인 형태와 비슷하나, 채널2에서 온도가 증가한 반면, 채널4에서는 온도가 감소한 점이 주목할 만하다. 한반도 주변의 하부 성층권 온도는 엘니뇨 기간동안 열대 해양의 하부 성층권과 같이 하강하는 경향을 보인다. 본 연구는 채널4 밝기온도 위성자료가 하부 성층권의 열적 상태 및 기후변동의 지시계로 사용할 수 있음을 제시한다.