북극 해빙 영역에서의 위성 기반 기온 추정

Abstract

북극의 환경 변화는 북극뿐만 아니라 전지구 기후에도 영향을 미치므로 장기적인 기후 변화 연구에 중요한 요소로 사용된다. 특히 북극 해빙에서의 기온과 Ice Surface Temperature (IST)는 해빙의 증감에 직접적인 영향을 끼치는 요소이므로 정확한 산출이 필요하다. 북극의 기온은 대부분 모델을 이용하여 추정되고 있지만 모델 기반의 자료는 위성 기반 자료에 비해 비교적 공간 해상도가 낮다. 해빙 표면 온도의 경우 위성 기반의 자료가 제공되고 있지만, 구름과 위성 궤도로 인해 결측 영역이 존재한다. 이러한 한계점을 극복하기 위해, 본 연구에서는 위성 기반 자료를 활용하여 해빙과 대기 상태를 고려한 북극 해빙 영역의 기온을 추정하였다. 또한 추정된 기온을 이용하여 IST의 결측 영역을 추정하였다. 기온 추정에 있어 북극 해빙과 대기의 특성을 반영하기 위해 위성 기반의 IST, Total Precipitable Water (TPW), Solar Zenith Angle (SZA), Sea Ice Age (SIA), Wind speed를 사용하여 stepwise regression을 수행하였다. 그 결과 Root Mean Square Error (RMSE)가 가장 낮은 IST와 TPW, TPW²를 독립변수로 선정하였다. 또한 해빙의 상태를 반영하기 위해서 IST, SZA를 이용해 case를 분류하여 기온을 추정하였으며, European Centre for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF)의 ERA-Interim 기온과의 검증 결과 -0.07±3.69 K의 정확도를 보였다. 이는 지표면 온도를 이용한 기온 산출 연구와 유사한 의미 있는 결과이다. 전체적으로 SZA가 낮을수록 오차가 감소하였으며, SZA가 높을수록 오차가 증가하였다. 이는 SZA가 높을 경우 IST에 비해 기온의 감소폭이 높아져 오차가 증가한 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 고해상도의 위성 기반 기온과 결측 영역이 없는 IST를 산출할 수 있으며, 북극의 표면과 대기 상태의 변화에 따른 해빙 영역에서의 기온 변화를 이해할 수 있다. 또한 해빙 지역의 기온 실측 자료가 충분히 확보된다면 본 연구를 기반으로 하여 고도화된 기온과 IST를 추정할 수 있을 것이다.