PUKYONG

북태평양 파력 자원의 장기간 변동성 평가

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Alternative Title
Assessment of long-term changes in the extreme wave power resources in the North Pacific: Impacts of climate associations
Abstract
Assessments of global wave power resources (e.g., significant wave height, peak wave period, and wave power density) have been receiving rising attention; however, a characterization of the global resources that analyze the different temporal scales that influence wave climate is still needing. Thus, the extreme seasonal wave hindcasts were reproduced by using the 25-km-grid global wave model, which is a full-spectral surface gravity wave model WAVEWATCH-III (WW3), for the present climate period with reanalysis and observations. In the current research, we have characterized the mean teleconnection of the extreme wave power resources as well as their seasonal variability in the North Pacific. Moreover, it contributed a significant link with the most relevant climate indices, which are the Arctic Oscillation (AO), El Niño–Southern Oscillation (ENSO), Pacific Decadal Oscillation (PDO) and North Pacific Index (NPI).
The WW3 simulation indicates that the significant wave height and wave power over the North Pacific have considerable variability that is associated with the global climate circulation for interannual and interdecadal timescales. Thus, the present thesis has contributed simulated wave climate research for the interannual variability and the impacts of sea surface temperature (SST) and sea level pressure (SLP) on extreme wave power using five climate indices. The wintertime SLP shows a deep Aleutian Low, indicative of more intense storm activity over the mid-latitudes of the North Pacific. Also, the major responses of NPI have been linked to the shifting and strengthening of Pacific jet streams from East Asia to the eastern coast of the North Pacific, and the enhanced anti-cyclonic circulation over western North America. Furthermore, we have distinguished the increasing variability of the boreal summer in the western North Pacific, likely correlated with the influence of the ENSO activity. The TC activity over the western North Pacific has a substantial impact on wave activity modulating from the ENSO. The positive influences of the ENSO along the western North Pacific seem to be correlated to enhanced TC activity during El Niño because increased wind speed energy is a dominant factor inducing increased extremes of wave power, as well as along the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). Also, the eastward and equatorward shift in genesis locations of TCs during El Niño years enable to survive TCs and to last longer lifespan while tracking westward over open water to the East Asian Continent. Therefore, the present thesis deals that the results indicate that the climate associations could be a more relevant factor in the lifetime of seasonal wave power resources for long-term historical changes.
전 지구의 파랑 기후의 변동성은 연안 생태계와 퇴적물 운반, 해안 침식, 해상 안전을 포함하는 많은 부분에서 중요하게 여겨지고 있다. 해상 상태를 결정하는 가장 큰 요인은 풍파와 너울로 해양 에너지와 파력 자원 분포 중에서 가장 중요한 비중을 차지하고 있다. 해양 표면의 파랑은 대기와 해양 사이의 운동량과 에너지 교환의 결과물이며 해안에 부딪혀 모래사장과 연안의 모습을 변화시킨다. 따라서 전 지구 파력 자원에 관한 연구의 중요성이 부각되고 있지만 여전히 해역 별 파력 자원의 계절별 기후 변동성에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 전 지구 파랑 모델(WAVEWATCH-III)을 활용하여 현 기후(1979년-2009년)의 극한 계절별 파랑 분포를 재현하였다. 또한 대기 모델인 ICON(Icosahedral Nonhydrostatic model) 모델의 AMIP(Atmospheric Model Intercomparison Project) 실험을 통해 생산한 해상풍을 파랑 모델의 경계 자료로 적용하였다. 특히, 본 논문에서는 북태평양의 극한 파력 자원의 원격 상관과 그 계절 변동성을 분석하였으며, 계절별 파력 기후는 엘니뇨-남방 진동(ENSO), 태평양 10년 진동(PDO), 북극 진동(AO)과 북태평양 지수(NPI)와 같은 기후 현상과의 연관성을 평가하였다. 분석에 앞서 본 연구에서는 모의한 월평균 파고와 부이, 위성 관측 자료 그리고 재분석 자료 간의 모의 정확도를 평가하였다. 그 결과 모든 부표에서 파고가 유의한 상관계수(>0.7)를, 위성 관측과 재분석 자료와 각각 비교했을 때 대부분의 위도에서 40% 이하의 오차와 양의 상관관계를 나타내었으며, 정확도 평과 결과 95% 신뢰수준에서 관측과 모델 결과 간에 통계적으로 유의한 결과를 가졌다.
파랑 기후 실험 결과는 북태평양의 유의 파고와 파력이 경년 또는 십년 간격의 시간 규모에 대한 대기대순환과 관련된 유의한 변동성을 가지고 있다. 본 실험에서는 기후 지수를 통해 계절별 극한 파력에 대해 해수면 온도와 해면 기압이 미치는 영향을 함께 살펴보았다. 겨울철 해면 기압은 북태평양의 중위도 지역에서 발생한 태풍 또는 폭풍이 활동을 나타내는 알류산 저기압(Aleutian Low) 지역의 유의한 영향을 가지며, 북태평양 전역(30°N-55°N)에 걸쳐 저기압이 강해지는 경향을 보인다. 북서태평양의 겨울철 파력 기후는 주로 ENSO와 PDO 상태에 의해 유도될 수 있으며, 이는 북반구 겨울철의 극한 파력이 북반구 열대지역에서 강화된 기압 경도의 결과로 증가된 풍속에 기인한다는 것을 보여주는 것이다. 또한 북태평양의 기압 변화는 동아시아에서 북태평양 동부 해안으로 향하는 태평양 제트류의 이동과 강화, 그리고 북아메리카 서부 지역의 강력한 고기압 순환과 관련이 있다.
또한, ENSO 활동과 관련이 있는 북서태평양의 북반구 여름철 SST와 SLP는 파력 변동성과 유의한 양의 상관성을 보였다. 북서태평양에서 발생한 태풍은 ENSO와 관련된 파랑에 유의한 영향을 미친다. 북서태평양의 ENSO의 양의 영향력은 강화된 풍속 에너지가 극한의 파도 파동을 유도하는 주된 요인이며, 또한 열대 수렴 지대(ITCZ)를 따라 증가하기 때문에 엘니뇨 기간 동안의 태풍 활동의 증가와 유의한 양의 상관 관계가 있다. 또한 엘니뇨 기간 동안 태풍의 발생 위치가 동쪽과 적도 방향으로 옮겨지면 그 생존 수명이 연장되어 동아시아 대륙으로의 북서태평양 수역의 파랑 기후에 영향을 주게 된다. 그러므로 본 논문은 파랑 기후와 대기-해양 기후의 연관성이 장기적인 변화를 위한 계절적 파력 동력 자원의 수명에서 더 중요한 요소가 될 수 있다는 결과를 제시한다.
Author(s)
양신일
Issued Date
2018
Awarded Date
2018.2
Type
Dissertation
Keyword
파력 자원 파랑 기후 장기간 변화 경년변동성 기후 연관 파고 모형
Publisher
부경대학교
URI
https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/14069
http://pknu.dcollection.net/common/orgView/200000010860
Alternative Author(s)
Sinil Yang
Affiliation
부경대학교 대학원
Department
대학원 지구환경시스템과학부환경대기과학전공
Advisor
오재호
Table Of Contents
Contents i
List of Figures v
List of Tables xii
Abstract (English) xii
Abstract (Korean) xv
Chapter 1. Introduction 1
1.1. Backgrounds 1
1.1.1. Potential of wave climate in the ocean 1
1.1.2. Previous studies for the wave climate 2
1.1.3. Why is the wave power energy a critical factor? 3
1.2. Objectives and goals 4
Chapter 2. Model, analysis method, and data description 6
2.1. Model description 6
2.1.1. Atmospheric General Circulation Model 6
2.1.2. Global wave model 12
2.1.3. Model configuration and set-up 16
2.2. Statistical analysis methods 20
2.2.1. Statistical description of wave parameters 20
2.2.2. Trend extraction 22
2.2.3. Skill scores for model validation 24
2.2.4. Climate indices 26
2.3. Data description 28
2.3.1. Buoy measurement 28
2.3.2. Altimetry data 33
2.3.3. Wave reanalysis 34
Chapter 3. Validation and trends of long-term wave hindcast using wave model 36
3.1. Introduction 36
3.2. Validation for significant wave height 38
3.2.1. Buoy observations 39
3.2.2. Wave reanalysis 42
3.3. Climatology of simulated wave climate 49
3.3.1. Mean distribution 49
3.3.2. Extreme (>99th percentile) distribution 62
3.4. Spatial and temporal patterns of wave power density 65
3.4.1. Interannual variability 65
3.4.2. Interseasonal variability 68
3.4.3. Climate associations 72
3.5. Summary 76
Chapter 4. Accessing wave climate correlated with atmospheric climate associations 79
4.1. Introduction 79
4.2. Climate indices 81
4.2.1. El Niño–Southern Oscillation (ENSO) 81
4.2.2. Pacific Decadal Oscillation (PDO) 85
4.2.3. Arctic Oscillation (AO) 86
4.2.4. North Pacific Index (NPI) 89
4.3. Mean teleconnection patterns 90
4.4. Influence of climate variability on extremes of wave power density 95
4.4.1. Winter season (DJF) 95
4.4.2. Summer season (JJA) 98
4.5. Composite analysis 100
4.5.1. ENSO and PDO 100
4.5.2. ENSO and zonal trade wind 107
4.6. Summary 112
Chapter 5. Summary and conclusions 115
5.1. General summary 115
5.2. Conclusions 117
References 121
List of Abbreviations 143
Degree
Doctor
Appears in Collections:
대학원 > 지구환경시스템과학부-환경대기과학전공
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