위성관측 피복온도에서 해빙으로 인한 불확실성

Abstract

본 연구에서는 위성관측 피복온도 및 온도경향의 불확실성을 조사하기 위하여 2003-2014년 기간에 각각 북반구(30-90 N) 지역의 4월 16-24일, 남반구(40-90 S)지역의 9월 15-23일 동안에 세 종류의 위성관측 자료(MODIS Ice Surface Temperature (IST), AIRS 계열 (AIRS/AMSU, AIRS Only))를 1°×1°공간격자에서 상호비교하였다. 여기서 MODIS 격자 변환(i.e., 4km에서 1°)에 따른 피복온도 불확실성은 0.5 K이었다. 반구별로 각 격자에서의 기후값에 대한 공간 상관(r)에서 MODIS IST와 AIRS/AMSU Surface Skin Temperature (SST)은 r=0.968-0.994을 보였다. 각각 해수와 해빙 지역에서 AIRS/AMSU 피복온도에 대하여 MODIS값은 최대 2.1 K 낮은 반면에 AIRS Only값은 0.3 K 이내에서 일치하였다. 한편 해빙/해수 경계 부근(56-81 N, 54-69 S)에서는 MODIS 피복온도가 AIRS/AMSU 피복온도에 비하여 체계적으로 높게(1.6 K) 나타났다. AIRS/AMSU에 대한 AIRS Only의 상관(0.992-0.999)은 MODIS와 AIRS/AMSU 상관(0.968-0.994)에 비하여 높았지만, AIRS 계열의 피복온도 간에도 해빙/해수 경계 부근에서는 체계적인 불일치가 나타났다. 이러한 불일치는 남반구 해양에서 현저했으며, AIRS/AMSU 피복온도에 대하여 MODIS값은 컸으나(약 1.6 K) AIRS Only값은 작았다(약 0.7 K). 이러한 주요 원인은 피복온도 산출알고리즘의 해표 정보를 위하여 MODIS는 적외 채널만을 사용하는 반면에 AIRS/AMSU는 마이크로파 및 적외 채널을 함께 사용하는 데에 있다. 또한 AIRS Only 알고리즘은 마이크로파 채널 대신에 GCM(NOAA Global Forecast System) 온도 산출물을 사용한다. 세 종류 위성 관측 피복온도 간의 차이값의 경년 변화는 결빙이 없는 해역에 비하여 해수/해빙 경계 부근 및 해빙 위도대에서 크게 나타났다. 이들 위성관측 모두는 북반구 고위도(70-80 N)에서 조사 기간에 유의적인 온난화 경향(2.3±1.7 ~ 2.8±1.9 K 10yr-1)을 보였다. 특히 해빙/해수 경계 부근에서 위성관측 피복온도들 간에 체계적인 불일치는 해당 온도 경향값의 불확실성을 크게 하였다. 이러한 불확실성은 해빙/해수 경계 부근(60-70 S)에서 컸으며, 10°간격의 위도대에서 약 0.7 K 10yr-1까지 크게 나타났다. 본 연구는 대기대순환 모델에서 입력자료가 되는 관측 피복온도의 상대 오차를 비교함으로써 기후연구와 모델 개선에 도움을 줄 수 있다.;Uncertainties of satellite-derived Surface Skin Temperature (SST) data in the polar oceans during two periods (April 16-24 and September 15-23) of 2003-2014 have been investigated, intercomparing three datasets as follows: MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer Ice Surface Temperature (MODIS IST), the SST of Atmospheric Infrared Sounder/ Advanced Microwave Sounding Unit-A (AIRS/AMSU), and AIRS Only. The AIRS Only algorithm has been developed in preparing the degradation of AMSU-A by Goddard Space Flight Center. The MODIS temperatures systematically are ~1.5 K warmer in the sea ice boundary, and up to 4 K colder in the polar sea ice regions of both the Arctic and Antarctic than those of AIRS/AMSU, respectively. It may be caused by the surface classification problem. The SST of AIRS Only compared to AIRS/AMSU has a bias of 0.133 K with RMSE of 0.574 K on the Northern Hemisphere and a bias of -0.141 K with RMSE of 0.750 K on the Southern Hemisphere, because the AIRS Only algorithm may utilize less accurate GCM forecast over seasonally-varying frozen oceans than microwave data. MODIS, AIRS/AMSU and AIRS Only show warming rates (2.3±1.7 ~ 2.8±1.9 K 10yr-1) in the northern high regions (70-80 N). The discrepancies of temperature trends between AIRS/AMSU and AIRS Only occur in sea ice boundary.