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위성 및 지상 관측에서 조사된 한반도 부근의 고도별 온도경향

Title
위성 및 지상 관측에서 조사된 한반도 부근의 고도별 온도경향
Other Titles
Temperature Trends in the Vertical Layers Near Korea from Satellite and Ground Measurements: Error Analysis of the Satellite Observations
Authors
이유리
Issue Date
2012
Department/Major
교육대학원 지구과학교육전공
Publisher
이화여자대학교 교육대학원
Degree
Master
Advisors
유정문
Abstract
본 연구에서는 여러 종류의 위성관측(AIRS/AMSU, MODIS)과 지상관측 자료를 이용하여 2002년 9월~2010년 8월 기간에 한반도 부근(123~132E, 33~44N)의 네 고도별(피복/지상, 중간대류권, 하부성층권) 온도경향을 조사하였다. 사용된 지상관측은 72개 지상기상관측소, 457개 자동기상관측소(AWS), 6개 라디오존데 관측소(RAOB), 5개 부이(Buoy)관측소 이다. 또한 전구영역에 대하여 2002년 9월~2011년 8월 기간에 피복온도와 그 추세의 위성관측(AIRS/AMSU, MODIS)간 불일치를 조사하였다. 위성관측에 의하면, 지상에서 온난화(0.413 K 8yr-1), 그리고 중간대류권과 하부성층권에서 약한 온난화(0.029~0.077 K 8yr-1) 경향이 나타나 대기불안정도가 증가하였다. AIRS/AMSU의 지상 온도경향은 해양이 육지에 비하여 2.5배 정도 강한 온난화 경향을 보였다. 육지의 지상기상관측과 AWS관측에서도 0.346~0.816 K 8yr-1의 온난화 경향이 나타나 위성관측과 같은 추세를 보였다. MODIS 위성관측에 대한 두 종류 지상관측들의 상관은 유의적이었으며(=0.77, 0.80), 해안선이 복잡한 지역에서는 상관이 상대적으로 낮았다. 위성과 지상 관측간의 온도경향 차이는 면적과 지점 관측간의 차이로 인한 영향이 존재한다. 지상기상관측, AWS관측, MODIS 위성관측을 모두 이용 가능한 한반도 육지의 다섯 개 지점에서 공통적으로 온난화 경향을 보였다(0.096~0.624 K 8yr-1). AMSU와 RAOB간의 월평균 온도 아노말리 시계열에서의 상관은 0.91~0.95로 상당히 높았다. 지상에 비하여 중간대류권과 하부성층권에서 AMSU와 RAOB간의 상관이 높았다. 지상에서는 AMSU가 RAOB에 비하여 강한 온난화 경향을 보였지만, 중간대류권과 하부성층권은 반대 경향을 보였다. 본 연구에서 조사된 온도경향은 온도경향의 불확실성보다 작은 경우가 많았다. 이는 큰 온도변동과 상대적으로 단기간 자료로 인한 것이다. EOF 분석을 통해 한반도 부근 지상온도는 극진동(Arctic Oscillation) 영향을 가장 크게 받았고, 그 다음으로 ENSO (El NiñO-Southern Oscillation) 영향을 받았다. 반면, 하부성층권에서는 ENSO 영향이 가장 컸으며, 그 다음이 QBO (Quasi-Biennial Oscillation) 이었다. 전구영역의 두 종류 위성관측(AIRS/AMSU, MODIS) 피복온도 경향 비교분석에서 주야간 피복온도 경향차이는 해양에 비하여 육지에서 컸으며, 특히 건조한 지역에서 현저하였다. 두 위성관측간 피복온도 추세의 상관은 육지에 비해 해양에서 낮았으며, 특히 MODIS에 비하여 AIRS/AMSU에서 강한 온난화 경향을 보이는 고위도 해양에서 낮았다. MODIS 피복온도와 AIRS/AMSU 지상온도 사이, 그리고 AIRS/AMSU 피복온도와 지상온도 사이의 추세 비교에서도 상관값은 고위도 해양에서 상대적으로 낮았다. 두 위성관측간 피복온도 비교에서는 고위도 해양에서 MODIS에 비하여 AIRS/AMSU 온도가 현저하게 낮았으며 이러한 경향은 특히 겨울철에 뚜렷하였다. 고위도 해양에서 상대적으로 큰 두 위성관측간의 불일치는 두 위성관측간 관측시각 차이가 고위도에서 커지는 효과 그리고 두 위성이 관측하는 해표에서의 깊이 차이에 의한 것으로 추정되었다. 또한 구름효과를 제거하는데 사용하는 AIRS/AMSU 마이크로파가 빙정 및 적설 표면에 민감한 반면에 MODIS는 덜 민감하므로, 해빙이 존재하는 고위도 해양에서 두 위성관측간 차이가 주로 나타난 것으로 보인다. 본 연구는 기후변화 분석 뿐만 아니라 수치예보나 기후모델에 사용될 위성관측의 정확도와 특성을 분석함으로써 모델의 질적 향상에 도움을 줄 수 있다.;Several kinds of satellite (AIRS/AMSU, MODIS) and groud-based measurements have been used to analyze temperature trends in the four atmospheric levels (skin/surface, mid-troposphere, low stratosphere) near the Korean Peninsula (123~132 E, 33~44 N) during the period of September 2002~August 2010. The ground-based data observed from 72 Surface Meteorological Stations (SMS), 457 Automatic Weather Stations (AWS), 6 RAdiosonde OBservations (RAOB) over the land, and 5 buoy stations over the ocean are utilized. The discrepancies in the skin temperature trend between the two satellite observations (AIRS/AMSU, MODIS) have been investigated over the globe during the period of September 2002~August 2011. Satellite-derived temperature trends near Korea show a warming (0.413 K 8yr-1) at surface, and a weak warming (0.029~0.077 K 8yr-1) in the mid-troposphere and low stratosphere, leading to unstable atmospheric layer. The AIRS/AMSU warming over the ocean surface is about 2.5 times greater than that over the land near the Korean Peninsula. The ground-based measurements from both SMS and AWS over the land surface of South Korea also show a warming of 0.346~0.816 K 8yr-1, consistent with the satellite observations. The correlation averages (r=0.77, 0.80) between MODIS skin temperautre and two kinds of ground measurements over land are significant. Warming phenomena (0.096~0.624 K 8yr-1) are observed from all three data sets (SMS, AWS, MODIS), which was co-located at five ground stations. The correlations between AMSU and RAOB are considerably high (0.91~0.95) according to the monthly average anomaly time series. In general, correlation between AMSU and RAOB increases with height. However, the AMSU warming is shown to be greater than RAOB warming at the surface. Above the mid-troposphere and low stratosphere it is the opposite. The observed trends should be noted to be subject to large uncertainty as the corresponding 95% confidence intervals tend to be larger than the observed signals due to large thermal variability and the relatively short periods of the satellite data. The EOF analysis of satellite data indicates that the tropospheric temperature variability near Korea relates primarily with Arctic Oscillation (AO), and secondarily with ENSO (El Niño-Southern Oscillation). However, low stratospheric variability is mainly associated with ENSO and then additionally with Quasi-Biennial Oscillation (QBO). The difference between daytime and nighttime skin temperature trends is globally greater over the land than over the ocean, especially in dry regions. The correlation in the trends between MODIS and AIRS/AMSU is higher over the land than over the ocean. Compared to MODIS, AIRS/AMSU indicates strong warming trend in the high latitude ocean. In the comparison of the MODIS and AIRS/AMSU skin temperatures, the former is much warmer over the region than the latter, especially in boreal winter. The disagreement between the two satellite observations is generally large in the high latitude oceans. This is partially because the observational time difference between MODIS and AIRS/AMSU is great in the high latitudes and due to difference in the ocean surface layer each satellite remotely detects. The AIRS/AMSU, differently from MODIS, takes advantage of microwave channels, sensitive to the ice and snow surfaces and transparent to clouds. Thus, the discrepancy is conspicuous in the high latitude oceans, where sea ice and snow exist. This study can be useful to in improve the model quality by analyzing climate change, and also to understand the errors and characteristics of satellite data, available for the NWP input.
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