Jet Response to Arctic Warming in Idealized GCM

Abstract

지구온난화가 진행됨에 따라 북극 지역의 경우 다른 지역에 비해 기온 상승률이 큰 경향을 보이는 북극증폭(Arctic Amplification)현상이 관측되고 있다. 이러한 북극 지역의 기온상승은 중위도 지역 한파 및 이상기상현상 증가의 원인으로 제시되고 있으며, 전지구 기후모델(Atmospheric General Circulation model)을 활용하여 북극-중위도 지역의 원격상관성에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 전지구 기후모델을 구성하고 있는 대륙분포 및 지형효과, 물리 모수화와 같은 요인들로 인해 북극 지역 기온상승에 의한 대기의 변화를 분석에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 대륙분포 및 지형효과와 같은 요소들을 고려하지 않기 위해 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL)에서 제공하는 이상대기모델인 Idealized Moist Spectral Atmospheric Model을 사용하여 북극 지역의 동서 대칭적인/비대칭적인 지표 온도 상승에 따른 제트 및 대기순환의 변화 분석하였다. 동서 대칭적인/비대칭적인 실험 모두 북극 지역 가열에 의해 중위도 제트의 위도가 적도쪽으로 이동하였으며, 동서평균 동서바람의 분포가 변화하였다. 에디 운동량 속과 에디 열 속의 분포변화로 인해 60°N 지역의 엘리아센-팜 속의 발산이 감소하였으며 40°N지역에서 증가하는 경향을 보였다. 동서 비대칭적인 실험의 경우 상대적으로 대기 상층의 지위고도 증가량이 큰 경향을 보이며, 100hPa 에디 열 속 분석을 통해 성층권 순환이 약해진 것을 확인하였다. 수평 대기장을 분석하였을 경우, 동서 대칭적인 실험에서는 비대칭적인 강제력이 없기 때문에 상층 제트의 분포가 전체적으로 남하한 경향을 보인다. 동서 비대칭적인 실험의 경우 파수 1~2와 유사한 상층 제트의 변화를 보이며, 강제력을 주어진 지역 중위도에 기압골, 동쪽 지역에 기압능이 배치된 패턴을 보인다. 지표 기온 역시 기압능이 위치한 지역에 양의 편차를 보임으로써 중위도 지역 상층 제트의 사행, 중위도 기압배치, 지표 기온 상승이 일관적인 연관성을 보인다.

Arctic Amplification, Accelerated warming in the Arctic compared to the rest of the globe, has been observed. Arctic warming is suggested at the possible impacts on the mid-latitude cold surges and extreme weather events. There are studies on the teleconnection of the Arctic and mid-latitude, using GCM(General Circulation model) for Arctic Amplification. However, continental distribution and topography make it difficult to analyze atmospheric changes caused by warming in the Arctic region. Therefore, in this study, in order not to consider these factors, the Idealized Moist Spectral Atmospheric Model, an ideal atmospheric model provided by Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL), was used to analyze changes in jet and atmospheric circulation due to zonally symmetrical/asymmetric surface warming in the Arctic region. In both zonally symmetric/asymmetric experiments, the latitude of the eddy-driven jet was shifted toward the equator due to the heating of the Arctic region, and the distribution of the zonal-mean zonal wind was changed. Because of changes in the distribution of eddy-momentum flux and eddy-heat flux, the divergence of the Eliasen-palm decreased at 60°N and increased at 40°N. In zonally asymmetric experiments, relatively, upper atmospheric geopotential height tends to be large, and the stratospheric circulation is weakened through the analysis of the 100 hPa eddy-at flux. When analyzing the horizontal atmospheric field, the distribution of the jet shift toward the equator because there is no asymmetric forcing in the zonally symmetric experiment. It shows a pattern in which the tough is located in the middle latitude of in the eastern of the forced region, and the ridge is located in the eastern of the forced region. The surface temperature also shows a positive deviation in the area where the ridge is located, so the eddy-driven jet, the mid-latitude ridge-tough arrangement, and the surface temperature show a consistent relationship.