하부 성층권의 열적상태에 대한 위성관측(MSU)과 모델재분석 자료와의 비교

Abstract

관측과 모델에서 각각 제시된 하부 성층권의 열적 상태를 비교·분석하기 위하여 1980-98년 기간의 위성관측 MSU채널4(하부성층권) 밝기온도와 두 대기대순환 모델(NCEP, 1980-97년; GEOS, 1981-94년) 재분석 자료를 상관 및 경험직교함수 분석을 통하여 태평양, 대서양, 그리고 한반도 부근에 대하여 조사하였다. 월평균 MSU 기후값의 아노말리에서 온도 감소는 남반구 겨울에 고위도 지역에서 현저하였으며(20-22K), 열대지방에서는 온도 변화가 뚜렷하지 않았다. 그러나 남반구 봄인 10월에 오스트레일리아의 남쪽 지역에서 하부 성층권의 온도 및 오존 농도가 크게 상승하는 것이 주목할 만 하다. 전구 대부분의 지역에서 위성관측과 모델 재분석 결과 사이에 높은 상관(r≥0.95)이 나타났다. 그러나 이러한 상관은 아열대 제트기류가 통과하는 20N-30N 지역 북미 대륙, 그리고 안데스산맥 남단지역 에서 낮았다(r-0.75). 하부 성층권 온도에 대한 월평균과 아노말리 값의 경험직교함수 분석에서 MSU 관측은 대체로 모델 재분석들과 일치하였다. 윌평균값의 모드1은 연주기를 나타내었고 관측과 모델 결과들 모두 엘치촌과 피나투보 화산 폭발시에 온도 상승을 보여주었다. 이들 자료는 태평양 지역에 대한 모드3의 공간분포에서 적도 대청의 아령형태인 엘니뇨 특징을 보였다. 해당 시계열에서는 열대 동태평양에서 하부 성층권의 냉각과 함께 MSU와 GEOS는 반년주기, 그리고 NCEP은 연주기를 나타내었다. 아노말리의 모드1은 화산폭발에 의한 하부 성층권 온도 증가를 관측 및 모델에서 보였다. 또한 상대적으로 약했던 1982년 엘치촌 화산 폭발 후의 온도 변동이 1991년 피나투보 화산의 경우보다 크게 나타나는데, 이는 준2년 주기 진동(QBO)의 영향 때문인 것으로 추정된다. 모드2는 위성관측과 GEOS 재분석 자료에서 QBO를 보인 반면에 NCEP 자료에서는 엘니뇨 특징을 보였다. 이 특징은 MSU나 GEOS의 경우에 모드3에서 나타났다. 하부 성층권의 열적 상태에 대한 기여율이 관측 및 모델에서 대체로 화산폭발, QBO, 엘니뇨의 크기 순으로 높았다. 본 연구는 하부 성층권 온도에 대한 위성관측과 모델 자료와의 비교를 통하여 상호 정확성을 진단할 수 있음을 보여준다. ; In order to compare and analyze the lower stratospheric thermal state obtained from satellite observed data and model analyses, the correlation and empirical orthogonal function analyses have been investigated between 19 years(1980-98) Microwave Sounding Unit(MSU) Channel 4 (Ch 4) brightness temperature and two atmospheric general circulation model(NCEP; 1980-97, GEOS; 1981-94) reanalyses data over the Pacific, Atlantic region, and near the Korean peninsula. In the analysis of MSU monthly climatological anomaly, lower stratospheric temperature remarkably decreases by about 22K in winter over the southern polar latitudes, however, its annual cycle over tropics is weak. Lower stratospheric temperature and ozone concentration are greatly increased in October over the southern Australia. Higher correlations (r≥0.95) between satellite observation and model reanalyses occur in most global areas, but they are lower(r∼0.75) over the 20-30N latitudes, northern America, and southern Andes mountains where subtropical jet stream passes. MSU observations generally agree with reanalyses, based on an EOf(Empirical Orthogonal Function) analysis for the Ch4 monthly mean and its anomaly data. The first mode of both satellite observation and model reanalyses for the monthly mean temperature shows annual cycle and reflects well the lower stratospheric warming due to the volcanic eruption of Mt. El Chichon and Pinatubo. The third mode of observation and model over the Pacific shows the symmetric spatial distribution to the equator which represents El Nin～o. However, MSU and GEOS represent semiannual cycle in the time series with lower stratosphere cooling trend, while NCEP shows annual cycle with the cooling. The first mode of EOF for anomaly, the observation and model data show lower stratospheric warming due to the volcanic eruption. Moreover, weak eruption of El Chichon in 1982 shows relatively large variability of lower stratospheric temperature due to QBO additionally compared to Pinatubo in 1991. MSU observation and GEOS reanalysis in the second mode show QBO, while NCEP shows El Nin～o signal. MSU and GEOS represent El Nin～o characteristic in third mode. Volcanic eruption, QBO, and El Nin～o have an effect on the lower stratospheric thermal state which is obtained from satellite observed data and model analyses. This study shows that comparison of satellite data with model reanalyses can examine accuracy of these data.