Physical mechanisms of the East Asian winter monsoon variability - A new approach involving spatio-temporal evolution of winter monsoons and a two-dimensional winter monsoon index :동아시아 겨울몬순의 역학적 기작 - 겨울몬순의 시공간적 발달·소멸 기작을 포함하는 새로운 접근과 이차원적 몬순지수

김유진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김유진 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

발행연도: 2013

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

A two-dimensional index for the variability of East Asian winter monsoon

김유진 , 김광열 한국기상학회 학술대회 논문집 2013.04 학술대회자료

Physical mechanisms of the East Asian winter monsoon variability - A new approach involving spatio-temporal evolution of winter monsoons and a two-dimensional winter monsoon index

김유진 지구환경과학부 2013.01 학위논문

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본 연구는 동아시아 겨울몬순의 시공간 발전과정(space-time evolution)을 계절 순환(seasonal cycle)과 계절-규모 변동성(seasonal-scale variability)의 관점에서 조사하였다. 주기적정상 경험직교함수 (CSEOF; Cyclostationary Empirical Orthogonal Function) 분석과 CSEOF 공간에서의 regression 방법을 이용하여 겨울몬순과 관계되는 여러 대기와 표면 변수의 자세한 발전과정을 기술하였다. 한 겨울철에 120일(11월 17일-3월 16일)로 이루어진 총 64년 기간 (1948/49-2011/12) 동안의 NCEP 재동화 일자료를 이용하였다.
850-hPa 온도의 처음 두 CSEOF 모드는 계절 순환과 계절-규모 변동성을 나타낸다. 계절 순환으로 나타나는 첫 번째 모드는 동아시아 겨울몬순의 계절 내 발달과정(subseasonal evolution)과 이의 세기를 표현한다. 육지와 해양간의 비열차이는 하층 대류권의 차등 가열을 야기한다. 이의 시간적 발달은 시베리아 고기압과 알류샨 저기압의 강약을 유도한다. 해면기압장의 아노말리는 이와 지균 관계를 준수하는 바람순환의 아노말리를 좌우한다. 온도이류와 총표면열속은 부분적으로 겨울철 온도 변화에 기여한다. 온도이류가 감소할 때 잠열과 현열(해양에서 대기로 향하는 열적 힘)은 감소한다. 온도풍 방정식 (thermal wind equation)을 통해 상층 순환장의 아노말리는 하층 온도의 아노말리와 밀접하게 연관되어있다.
동아시아 겨울몬순의 계절-규모 변동성으로 나타나는 두 번째 모드는 겨울철 평균 상태를 주요하게 표현한다. 이 모드의 중요한 특징은 동아시아 지역의 전반적인 겨울철 온도의 상승(온난)과 하강(냉각)이다. 두 번째 모드의 PC는 해당 지역의 겨울 평균 온도가 경년적 시간 규모로 변동하는 것을 보여준다. PC에서 확연히 나타나는 증가하는 추세는 해당 지역의 겨울 온도가 서서히 증가하는 것을 의미한다. 겨울몬순의 온난 위상 시기에는 동아시아 해면기압장의 해양-육지간 대조가 줄어든다. 이러한 변화에 일치하여 하층 바람은 약해지고 중위도 동아시아 동쪽 지역에서는 따뜻한 온도이류가 증가한다. 동아시아 연안지역에서는 현열과 잠열이 상당히 줄어든다. 냉각 위상 시기에는 동아시아 지역에서 이와 같은 물리적 조건들이 상반되게 나타난다.
처음 두 CSEOF 모드는 동아시아 겨울몬순의 변동성의 각기 다른 성분을 반영한다. 두 CSEOF 모드를 활용함으로써 겨울철 온도의 평균적 상태와 계절 내 발전과정을 함께 설명하는 개선된 겨울몬순 변동성에 대한 기술을 기대할 수 있다. 이러한 목적을 위해 이차원적 몬순 지수가 개발되었다.

This study investigates the space-time evolution of the East Asian winter monsoon (EAWM) in terms of its seasonal cycle and seasonal-scale variability. Cyclostationary Empirical Orthogonal Function (CSEOF) analysis and the regression method in CSEOF space are used to delineate the detailed evolution of various atmospheric and surface variables in connection with the EAWM. The 120 days of winter (November 17-March 16) per year over 64 years (1948/49-2011/12) are analyzed using the NCEP daily reanalysis dataset.
The first two CSEOF modes of the 850-hPa air temperatures are the seasonal cycle and seasonal-scale variability. The first mode, the seasonal cycle, describes the subseasonal evolution of the EAWM and its amplitude. The contrast in heat capacity between the continent and the ocean results in a differential heating in the lower troposphere. Its temporal evolution drives the strengthening and weakening of the Siberian High and the Aleutian Low. The anomalous sea level pressure pattern dictates anomalous circulation, in compliance with the geostrophic relationship. Thermal advection, in addition to net surface radiation, partly contributes to temperature variations in winter. Latent and sensible heat fluxes (thermal forcing from the ocean to the atmosphere) increase with decreased thermal advection. Anomalous upper-level circulation is closely linked to the low-level temperature anomaly in terms of the thermal wind equation.
The second mode, the seasonal scale variability of the EAWM, represents primarily the mean winter condition; the main characteristic of this mode is the overall winter warming or cooling in East Asia. The corresponding PC time series shows that the mean winter temperature in the study domain fluctuates on interannual time scales. A conspicuous positive trend in the PC time series implies that the winter temperature in the domain has steadily increased over the record period. In a warming phase of the EAWM, the land-sea contrast of sea level pressure declines in East Asia. Consistent with this change, low-level winds decrease and warm thermal advection increases over the eastern part of mid-latitude East Asia. Latent and sensible heat fluxes are reduced significantly over the marginal seas in East Asia. Physical conditions in East Asia reverse in cold phase of the EAWM.
The first two CSEOF modes reflect different components of variability of the EAWM. By utilizing the two CSEOF modes, interannual variation of both the mean and the subseasonal evolution of winter temperature can be depicted leading to a better depiction of the EAWM variability. For this purpose, a two-dimensional EAWM index is developed.

#East Asian winter monsoon #monsoon index #winter climate variaiblity #subseasonal evolution #cyclostationary EOF analysis

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