위성관측과 모델 재분석 자료에서 조사된 물수지 및 열적 요소

Abstract

Temporal and spatial variability of precipitation(P), evaporation(E), and moisture balance(P-E), obtained from satellite observations and model reanalyses, was analyzed by EOF method to investigate the components of water budget in the tropical oceans during the period from January 1998 to July 2001. The observed data of P and E were made by the Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM) Precipitation Radar (PR) and the Special Sensor Microwave Imager(SSM/I), respectively. The model data were the reanalyses of National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Temporal correlations in monthly mean precipitation between TRMM and NCEP were globally high (r≥0.6), but low (r≤0.3) over the convective regions of tropical oceans. This may be due to the inaccuracy of precipitation parameterization of NCEP model and its weak climate signal in the regions. The correlations in evaporation between the both data were higher than in precipitation because precipitation highly vanes in space and time and the NCEP evaporation partially depend on the SSM/I data. In addition, the correlations for monthly mean P and E values were higher than for their anomaly due to the annual cycle of the mean values. The P and E variability of observation and reanalyses agrees with each other, indicating their interannually high variability during El Nin～o/La Nin～a periods. However, the magnitude of the P and E variability in reanalyses was relatively small compared to observations. In teleconnection pattern, the precipitation variations in the tropical middle and eastern Pacific were in phase with those in the northeast Asia, the Caribbean sea, the Gulf of Mexico, and the western(middle) In야an ocean, but out of phase with those of ITCZ and the tropical western Pacific. This tendency has been consstent with the Southern Oscillation Index(SOI). The variation of P-E was similar to that of precipitation, and showed a negative correlation with that of evaporation except for the tropical eastern Pacific, the Gulf of Mexico, and the Atlantic ITCZ. Also, to examine agreement and disagreement between satellite data and model reanalyses for midtropospheric thermal state, comparisons are done with bright temperatures of MSU2(Microwave Sounding Unit Channel 2 of NOAA satellites), SC2, SC2R satellite data and the vertically weighted corresponding reanalyses of the NCEP during the period from January 1981 to December 1993. Temporal correlations between the above four data were broadly high(r≥0.9) except the tropical oceans. However, the correlations over convective tropical reasons such as western Pacific and ITCZ were low(r≤0.6) because of the weak climate signal and annual cycle and the imperfection of model parameterization for the cloud and precipitation. On the EOF analysis, all of monthly mean (data showed annual cycle, and spatial distribution of the first mode in MSU2 represented east-west contrast by the Walker circulation. And furthermore, south-north contrast by Hadley circulation data was revealed in the monthly mean anomaly as well. The second mode over the tropical Pacific except the NCEP represented the El Nin～o mode, dumbbell-shaped pattern, which was related nse in the sea surface temperature during El Nifio period. This study suggests that the intercomparison with satellite data and model reanalysis can be used to distinguish correlative accuracy of them, and furthermore, this analysis are expected that it is utilized improvement of model;전지구적으로 물수지 및 10기 열적 요소를 조사하기 위하여 위성관측과 모델 재분석 자료에서 월평균 강수량, 증발량, 그리고 중간 대류권 온도를 사용하였다. 열대 해양(39N-39S)에서의 물수지 자료로는 1998-2001년 기간의 TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission) 과 SSM/I(Special Sensor Microwave Imager)위성관측에서 각각 유도된 강수량(Kummerow et al., 2000)과 증발량 (Chou et al, 1995), 그리고 NCEP(National Centers for Environmental Prediction ; Kalnay et al, 1996) 재분석 자료가 사용되었다. 반면에 전구적인 중간 대류권 열적 상태의 분석을 위하여는 1981-93년 기간의 세 종류의 MSU(Microwave Sounding Unit) 위성관측과 NCEP 모델 재분석 자료를 사용하였다. 위성관측 MSU 채널2(5374 ㎓)자료는 본 연구에서 유도된 것(MSU2), Spencer and Christy(1992a)가 여러 주사자료를 사용하여 유도한 밝기온도(SC2), 그리고 Spencer and Christy(1992b)가 하부 대류권 온도를 위하여 유도한 밝기온도(SC2R)이다. 물수지의 강수량에 대한 분석에서 위성관측과 NCEP 재분석 사이의 상관(r)은 전반적으로 높았으나(r≥0.6), 대류가 활발한 열대 해양 및 육지에서 낮았다(r<.03) 이는 열대 지역에서 강수 연주기가 약하고, 부분적으로 NCEP 모델의 구름 및 강수 모수화에서의 오차가 크기 때문으로 추정되었다. 증발량에 대한 상관은 강수 결과와 비슷한 공간 분포를 보였으나, 상대적으로 더 높았다. 이는 증발에 비해 강수 현상이 국지적이기 때문에 그 모수화에서의 오차가 크며 NCEP 증발량의 유도과정에 SSM/I 자료가 포함되었기 때문으로 추정되었다. 엘니뇨/라니냐 시기에 강수량 및 증발량의 시공간 변동이 관측과 모델에서 일치하였으나, 관측에 비하여 모델의 변동 크기가 상대적으로 작았다. 엘니뇨 시기에 열대 중앙 태평양에서는 강수량 증가 및 증발량 감소가 나타났으며, 한반도를 포함한 동북아시아 지역은 이 지역과 약한 양의 상관을 보였다. 중간 대류권 열적 상태에 대한 위성관측과 모델 재분석 간의 상관은 전반적으로 높았다(r≥0.95) 이들 상환은 열대 서태평양이나 열대 수렴대(ITCZ)에서 낮았으나(r<.08), 열대 동태평양에서는 상환이 비교적 높게 나타났다(r>.09). 본 연구에서 유도된 MSU2예 대한 상관은 SC2에서 가장 높았다(r≥0.8) 엘니뇨 시기에 관측 및 모델의 중간 대류권 온도는 상승하고 고위도 지역에서는 하강하였는데 이러한 경향은 모델에서는 상대적으로 약하게 나타났다 MSU2 모드1의 공간 분포에서는 태평양 지역에서 Walker 순환에 의한 동서 대비, 그리고 아노말리 분석에서는 Hadley 순환에 의한 남북 대비가 나타났다. 열대 태평양에 대한 아노말리의 모드2에서는 적도를 중심으로 한 아령모양의 엘니뇨 모드가 나타났다. 이러한 경향은 모델에서 상대적으로 약하므로 모델의 대기-해양 상호작용의 모수화에 대한 개선이 필요하다고 추정된다. 본 연구에서는 관측과 모델의 물순환 및 대기 열적 요소에 대한 비교분석을 통하여 위성관측과 모델 결과가 상호 정확성을 진단할 수 있음을 보여준다.