전지구 모델을 이용한 한국과 인도 여름 문순에 관한 그린란드 해빙, 유라시아 눈덮임 및 남방진동의 결합 영향

Abstract

Combined impacts of Greenland Sea ice, Eurasian Snow and ENSO on Korean and Indian summer monsoon in AGCM

In-Won Kim

Department of Environmental and Atmospheric Sciences, The Graduate School, Pukyong National University

Abstract

This thesis aims to investigate the respective and combined impacts of Greenland Sea ice, Eurasian Snow, and ENSO (El Niño–Southern Oscillation) on Indian Summer Monsoon (ISM) and Korean Summer Monsoon (KSM) using the AGCM (Atmospheric General Circulation Model). In chapter 2, multiple reference datasets and Coupled Model Inter-comparison Project 5 (CMIP5) Atmospheric Models Inter-comparison Project (AMIP) type simulations are assessed focusing Asian summer monsoon rainfall, especially extremes. Results reveal that the differences in displaying extremes among the datasets are small over South Asia and East Asia but, large differences among the datasets are displayed over the Southeast Asian region including the maritime continent. Furthermore, there appears to be more consistent over East Asia among the six datasets. Decadal trends in extreme precipitation are consistent with known results over South and East Asia. No trends in extreme precipitation events are exhibited over Southeast Asia. Outputs of the CMIP5 simulation data are categorized as high, medium and low resolution models. The regions displaying maximum intensity of extreme precipitation appear to be dependent on model resolution. The high resolution models simulate maximum intensity of extreme precipitation over the Indian sub-continent, medium-resolution models over northeast India and South China and the low resolution models over Bangladesh, Myanmar and Thailand. In chapter 3, linking mechanism of Greenland sea ice on ISM and KSM in CAM5 (Community Atmospheric Model 5)/AMIP simulation is assessed compared to observation. Observation suggests that Greenland Sea ice in preceding fall has positive relation with subsequent ISM while having a negative relation with ensuing KSM. In addition anomalies of sea surface temperature (SST) over equatorial central Pacific and eastern Eurasian snow play a crucial role in modulating IMR and KMR respectively. Meanwhile CAM5/AMIP simulation shows the opposite results compared to observation. In CAM5/AMIP simulation, below normal Greenland sea ice extents bring to anomalous positive precipitation anomalies over Indian subcontinent and negative anomalies over Korea. CAM5/AMIP simulation shows weak El Niño-Southern Oscillation (ENSO)-ISM relation and dissimilar Eurasian Snow-ISM and Eurasian Snow-KSM relation compared to observation. It may result in unrealistic influences of Greenland sea ice on ISM and KSM in CAM5/AMIP simulation. In chapter 4, individual and combined impacts of Greenland sea ice, Eurasian snow, and ENSO on ISM and KSM are explored through the idealized sensitivity experiments with surface boundary forcing terms. In individual experiments, below normal Greenland sea ice extremes and west(+)-east(-) dipole Eurasian snow cases have weak relevance to weakening KSM. On the other hand, ENSO is negatively relevant to ISM and less relevant to KSM. In the experiments related to combined impacts of Greenland sea ice, Eurasian snow, and ENSO, loss of Greenland sea ice concentration brings to heavier western Eurasian snow depth anomalies and lighter eastern Eurasian snow anomalies. Eurasian snow for winter and spring plays crucial roles, which is transmitting anomalous Greenland sea ice signal for fall by wave-train propagation like Eurasian tele-connection (EU) pattern to ISM and KSM for subsequent summer. ENSO generates India Ocean warming pattern and the Pacific-Japan (PJ) pattern related East Asia. Once Greenland sea ice, Eurasian snow and ENSO impacts simultaneously are combined, responses of ISM and KSM show different results each other. By comparison, above Greenland sea ice and La Niña case well explains the out of phase relationship of ISM and KSM suggested by observation study. Thus, this combined impacts may explain better than individual impact of Greenland sea ice, Eurasian snow and ENSO on the out of phase relationship between ISM and KSM.

Keywords: Greenland Sea ice, Eurasian Snow, ENSO, Korean summer monsoon, Indian summer monsoon, Teleconnection

전지구 모델을 이용한 한국과 인도 여름 문순에 관한 그린란드 해빙, 유라시아 눈 및 남방진동의 결합 영향

김 인 원

부경대학교 대학원 지구환경시스템과학부 (환경대기과학전공)

요 약

본 연구는 AGCM을 이용하여 그린란드 해빙, 유라시아 눈, 남방진동이 인도 여름 계절풍과 한국 여름 계절풍에 미치는 영향을 조사하고자한다. 2 장에서는 아시아의 여름철 몬순 강우량, 특히 극값을 중심으로 여러 관측자료와 CMIP5 AMIP 모의결과를 평가하였다. 결과는 남아시아와 동아시아에서 자료들의 극값을 표시하는 차이는 작지만 해상 대륙을 포함하여 동남아시아 지역에서 관측간의 높은 차이를 보였다. 또한, 여름철 강수량은 6개 관측자료 간에 동아시아에서 일관된 결과를 보였습니다. 극한 강수량의 10년 추세는 동남아시아의 알려진 결과와 일치하였으며, 극한 강수량 추세가 나타나지 않았다. CMIP5 모델 결과에서 극한 강수량의 최대 강도를 나타내는 지역은 모델 해상도에 의존하는 것처럼 보인다. 고해상도 모델은 인도 북부 및 남부 중국의 인도 대륙, 중 해상도 모델 및 방글라데시, 미얀마 및 태국에서 저해상도 모델과 비교할 때 극한 강수량의 최대 강도를 잘 모의하였다. 3 장에서는 인도몬순과 한국몬순에 관한 그린란드 해빙의 원격상관 메커니즘에 관해 CAM5/AMIP 모의 결과와 관측을 비교하였다. 관측 결과에 의하면 그린란드 해빙은 인도몬순과 양의 상관관계 한국몬순과는 음의 상관관계가 있다. 또한 적도 중앙 태평양 해수면온도와 동유럽 유라시아 눈덮힘은 한국몬순과 인도몬순에 중요한 역할을 미친다. 반면 CAM5/AMIP 모의 결과는 관측과 상반되는 결과를 보인다. 또한 CAM5/AMIP 모의에서 그린란드의 해빙 감소는 인도여름몬순 약화와 한국여름몬순 강화를 가져온다. CAM5/AMIP 모의 결과는 남방진도-인도와의 관계와 유라시아 눈 덮임-인도 및 한국 관계에 관하여 관측과 다르게 모의한다. 따라서 이로 인해 CAM5/AMIP 모의 결과에서 그린란드 해빙으로 인한 인도몬순과 한국몬순에 관하여 비현실적인 영향을 가져올 수 있다. 4 장에서는 인도여름몬순 및 한국여름몬순에 대한 그린란드 해빙, 유라시아 눈 및 남방진동모드의 개별 및 결합 영향을 지표 경계 강제력 조건을 이용한 민감도 실험을 통해 조사하였다. 개별적인 강제력 영향에 관한 실험에서, 그린란드 해빙이 감소 할 때 와 서 유라시아 양의 눈 덮임과 동 유라시아의 음의 눈 덮임을 보이는 쌍극자 형태의 편차를 보일 때 한국 몬순을 약화시킨다. 반면에 남방진동모드는 인도 몬순에 관한 강한 음의 상관관계를 한국 몬순에 관한 약한 상관관계가 있다. 그린란드 해빙, 유라시아 눈 및 남방진동모드의 결합된 영향과 관련된 실험에서, 그린란드 해빙 감소는 서 유라시아의 눈 덮임 증가 및 동 유라시아 눈 덮임 감소와 관련을 보인다. 겨울 및 봄철 유라시아 눈 덮임은 그 해 여름 인도몬순과 한국몬순에 중요한 영향을 미치며, EU모드의 파열 전파에 의해 가을철 그린란드 해빙 신호가 유라시아 눈 덮임을 통해 인도, 한국몬순에 전달된다. 남방진동모드는 인도몬순과 관련된 인도양의 온난화 패턴과 동아시아 몬순과 관련된 PJ 패턴을 발생시킨다. 한편 그린란드 해빙, 유라시아 눈 및 남방진동모드 영향이 동시에 결합되면 인도몬순과 한국몬순의 반응에 관해 서로 다른 결과를 보인다. 결과를 서로 비교해 보면 그린란드 해빙증가와 라니냐 발생 경우가 관측 선행연구에서 제시한 인도몬순과 한국몬순의 역 위상 관계를 잘 설명하고 있다. 또한 그린란드 해빙과 남방진동 모드 강제력의 결합 영향은 한국과 인도몬순 사이의 역 위상 관계에 대하여 그린란드 해빙, 유라시아 눈 및 남방진동모드의 개별간의 영향보다 더욱 잘 설명할 수 있다.

핵심어: 그린란드 빙하, 유라시아 눈덮임, 남방진동, 한국여름몬순, 인도여름몬순, 원격상관