중간 대류권 열적 상태에 관한 위성자료와 모델 재분석 결과 사이의 비교

Abstract

중간 대류권의 열적 상태에 대한 기후 분석의 정확성을 평가하기 위하여, 위성관측 MSU 채널2 밝기온도와 세 개의 대순환모델(NCEP, GEOS, ECMWF) 재분석 결과들을 수직으로 가중하여 재구성한 온도들에 대하여 상호 비교하였다. 1980-97년 기간에 대한 월평균 채널2 온도의 MSU와 NCEP 재분석 사이의 상관은 양반구의 중·고위도 지역에서 높았으며(r≥0.95), 대류가 활발한 지역에서는 약한 기후 신호 및연주기와 아마도 모델에서 중규모 대류 및 강수 과정의 모수화의 부정확성으로 상대적으로 낮은 상관(0.70)을 보였다. 특히, 구름 및 강수가 채널2 관측값에 영향을 주는 열대 서태평양에서 가장 낮은(0.40) 상관이 나타났다. 위의 네 종류 자료의 채널2 온도의 월평균값과 그 편차(anomaly)의 시계열에 대한 경험직교함수 분석에서 MSU 관측과 ECMWF 모델의 결과가 전반적으로 가장 일치하였다. 태평양 지역의 월평균값에 대한 첫 번째 모드에서 관측 결과가 Walker 순환에 의한 동·서 대비를 보이는 반면에, 세 개의 모델에서 이러한 대비가 뚜렷하지 않았다. 열대 태평양 지역에서 관측 및 ECMWF 재분석 결과는 월평균값의 네 번째 모드와 편차의 두 번째 모드에서 각각 엘니뇨 기간에 적도를 중심으로 열대 동태평양 부근에서 아령 모양의 대칭 형태를 보였다. 그러나 NCEP과 GEOS 재분석 결과에서는 이런 공간적인 특징이 약하였다. MSU 관측과 모델 결과 사이의 가장 큰 차이는 적도 서태평양 용승지역에서 나타났으며, 엘니뇨 기간에 관측은 이 지역에서 중간대류권 온도의 현저한 하강을 보인 반면에 모델들에서는 이러한 경향이 나타나지 않았다. 이러한 불일치는 모델에서의 대기-해양 상호작용의 모수화 과정에 대한 개선도 필요함을 암시한다. 엘니뇨 기간에 열대 동태평양과 한반도의 중간 대류권 온도는 음의 상관을 나타냄으로써 동해 해수면온도에 대한 최근 관측연구(홍철훈, 1999)와 일치한다. 본 연구는 관측과 모델 결과와의 비교를 통해 기후 분석에 이용되는 모델의 객관적인 진단 및 검증에 위성자료가 사용될 수 있으며, 역으로 위성자료 정확성에 대한 평가에 모델 결과가 유용하게 사용될 수 있음을 제시한다. ; In order to estimate the accuracy of climate analyses for midtropospheric thermal state over the regional oceans, comparisons are done between the Microwave Sounding Units (MSU) Channel 2 (Ch2) brightness temperature of NOAA satellites and the vertically weighted corresponding temperature reanalyses of the NCEP, GEOS and ECMWF GCMs. Temporal correlations between the monthly mean MSU Ch2 and NCEP temperatures were high(r≥0.95) in the middle and high latitudes of each hemisphere during the period 1980-97. However, the correlations are lower(0.70) over more convective regions due to the weak climate signal and annual cycle and possibly the inaccurate model parameterization for the mesoscale convection and precipitation. Especially, the lowest correlation(0.40) occurs in the tropical western Pacific, where the MSU Ch2 temperature is substantially affected by cloud and precipitation. The MSU observation generally agrees best with the ECMWF among the above reanalyses, based on an Empirical Orthogonal Function(EOF) analysis for the Ch2 monthly mean and its anomaly data. The first mode of EOF for the monthly mean MSU values over the Pacific shows the east-west contrast due to the Walker circulation, but this tendency is not clear for all the models. The fourth mode for the monthly mean and the second for its anomaly over the tropical Pacific, obtained from MSU and ECMWF, represent a dumbell-shaped pattern that straddles the equator over the eastern Pacific during El Nio periods. On the other hand, these spatial features are less distinct in NCEP and GEOS. The substantial disagreement between the observed and model Ch2 temperature appears over the equatorial upwelling region of the western Pacific. Here the observation shows a remarkable decrease in midtropospheric temperature during El Nio, while there is no temperature change in the models. This implies that an improvement may be required for the parameterization of atmosphere-ocean interaction. In addition, the midtropospheric temperatures have a negative correlation between the Korean peninsula and the tropical eastern Pacific, consistent with a recent observation(Hong, 1999) about the trend of the East Sea surface temperature. This study suggests that satellite data can be useful for the objective assessment and verification of the models for climate studies by the intercomparison with model reanalyses, and vice versa.