전구 해양 순환 모델로 모의한 ENSO 관련 해수면 변동성

Abstract

엘니뇨/라니냐 현상은 적도 태평양에서 나타나는 가장 뚜렷한 경년 변동성으로서, 비단 열대 해역에만 영향을 미치는 것이 아니라, 전 지구적으로 영향을 미쳐 일반적으로 건조한 열대 지방이 풍부한 정원으로 변하거나, 강수 양상이 바뀌거나, 고위도 지방에서 조차 이상 기후를 나타내는 등 가장 규모가 큰 해양-대기 상호작용이다. 본 연구에서는 기후 변동성과 연관된 해양의 반응 및 역할을 고찰하기 위해서 전지구 해양 순환 모델을 수립하고, 이의 검증차원에서 모델이 재현한 ENSO 현상과 특히 그와 연관된 해수면 변동성을 살펴보았다. 전지구 해양 순환 모델은 기본적인 연직좌표계를 밀도로 쓰면서, 혼합이 활발한 표층에서는 수심 좌표계를 그리고 천해역에서는 수심을 따라가는 시그마 좌표계를 동시에 사용할 수 있는 HYCOM (HYbrid Coordinate Ocean Model)을 기반으로 수립하였다. 수립된 해양 순환 모델은 위도 65°N 이남에서는 경도 방향으로 1.5° 간격, 남북 방향으로 1/3°∼ 1° 의 가변 해상도를 지니며, 북위 65°N 이북 지역에서는 북극에서 발생하는 특이점을 없애기 위해 임의로 두 개의 극을 만들어 보다 고해상도의 북극해 격자망을 갖춘 북극해양극격자망(Arctic Bipolar Patch Grid)을 도입하였다. 최고 수심은 약 4,500m로 제한하였으며, 연직으로 30개의 하이브리드 격자체계를 설정하였다. 극해역에서의 해빙의 발달 및 소멸을 모사하기 위해 HYCOM에 탑재되어 있는 간단한 열역학 해빙 모델(Energy Loan Sea Ice Model)을 함께 계산하였다. 대기 강제력은 유럽 중규모 기상 예보 센터 (ECMWF)의 약 40년 (1958년 ∼ 2001년) 재분석 자료(ERA40)의 월별 바람응력과 열속을 이용하였다. 모델의 초기장은 Levitus 기후평균장을 사용하였으며, ERA40 재분석 대기 강제력을 적용하기 전에 약 40년간 COADS 기후평균장을 이용해 초기 구동 (spin-up)을 하였으며, 이후 10년을 더 ERA40 재분석 대기 강제력의 기후 평균장을 이용하여 적분한 후 월별 대기 강제력을 적용하였다. 적분된 모형의 결과로부터 태평양 적도 지역의 해수면 편차를 구해본 결과 엘니뇨와 라니냐 시기의 해면 변동 특징이 잘 나타났으며, 이는 해표면 수온 편차의 변동성과도 매우 잘 일치하였다. 모형에서 계산된 해표면 수온 자료를 이용하여 NINO 3.4 해역의 ENSO 지수를 계산한 결과 다중 ENSO 지수와 매우 잘 일치하였으며, &#