강수의 경년변동에 대한 연구는 주로 지역적인 특성과 해양에서의 자료의 부족으로 인해 지역적인 몬순에서의 변화에 초점을 맞추어 연구가 이루어졌다 (Tao and Chen 1987; McBride 1987; Nicholson and Kim 1997; Webster et al. 1998; Zhou and Lau 1998; Higgins et al. 2003). 하지만, 몬순은 일사량의 연간 변화에 대한 반응에 의해 나타난다. 육지와 해양의 비열차이도 중요하지만 꼭 필요한 조건도 아니다. 이러한 관점에서 강수의 경년변동에 관한 연구는 전 지구적인 규모에서 살펴볼 필요가 있다.
전 지구적 강수 패턴의 변화는 온실가스와 에어로졸과 같은 인위적인 강제력뿐만 아니라 기후 시스템 내에서 경년 주기에 의해 좌우된다. 대부분의 선행 연구들은 대기대순환모델 (general circulation model, GCM)에서 인위적 강제력이 있을 때 미래 강수의 변화에 대해 연구가 진행이 되었다. 그 결과 전 지구적으로 강수가 증가하는 일관된 결과를 얻었다 (Held and Soden 2006; Chou et al. 2009; Seager et al. 2010; Cherchi et al. 2011). 하지만, 최근 30년 동안 관측된 자료로 연구한 결과 강수의 증가에는 인위적인 강제력에 의한 영향도 있으나 자연변동성에 의한 강수의 증가 또한 나타난다는 결과가 있다. 다시 말해, 자연변동성으로 인한 강수의 변화가 중요하다는 것이다. 하지만, 아직까지 관측된 자료로부터 인위적 강제력과 자연변동성에 의한 강수의 패턴을 구분하여 진행된 연구는 없다. 그래서 본 연구에서는 두 변동성에 의한 강수의 패턴을 구분하는 분석을 진행하였다.
두 강제력에 의한 강수의 패턴을 구분하기 위해서는 역학 인자가 포함이 되어야 구분할 수가 있다. 왜냐하면, 강수의 패턴은 대기의 역학 인자인 순환에 의해 영향을 받기 때문이다. 그 역학 인자를 포함하기 위해 수분 수지 방정식을 이용을 하였고 그 중 강수와 증발량의 구조를 살펴보기 힘들기 때문에 연직 적분된 수증기 수송·수렴 (convergence of vertical integrated moisture flux, CVIMF)을 이용하여 강수 구조를 살펴보았다.
두 모드로 구분한 결과, 인위적인 강제력에 의한 강수의 패턴은 해수면 온도 (sea surface temperature, SST)가 전반적으로 증가하는 반면에 서태평양과 동태평양에서 증가하고 중앙태평양에서 감소하는 패턴을 보여주고 있다. 자연적인 변동성에 의한 강수의 패턴은 150°E를 중심으로 동서비대칭의 구조를 보여주며 이 패턴과 연관된 SST의 패턴은 Wang et al. (2013)에서 정의한 mega-La Nina 패턴이 나타난다. 두 강제력에 의한 강수의 패턴은 모두 CVIMF에 의한 패턴과 유사한 것으로 보아 강수의 패턴은 수증기의 수송·수렴이 중요하다는 것을 확인할 수 있다. CVIMF에서 특히 수송에 의한 것보다 수분의 수렴에 의해서 강수의 패턴이 크게 영향을 받는다. 동서평균을 하게 되었을 때, 인위적인 강제력과 자연변동성은 서로 열대지역에서 상쇄하는 역할을 하므로 강수의 패턴은 동서방향으로의 분포가 중요하다는 것을 알 수 있다.
수분의 수렴은 바람의 확산성분과 연관이 있으므로 Helmholtz 이론에 따라, CVIMF를 퍼텐셜 함수 (potential function)로 표현이 가능하다. 퍼텐셜 함수로 두 강제력에 의한 패턴을 분석한 결과 인위적인 강제력에서는 아프리카와 중앙태평양이 강한 발산지역이며, 서태평양과 동태평양이 수렴지역으로 나타났다. 자연적 변동성에 의해서는 날짜변경선을 기준으로 서반구가 발산지역이며 동반구가 수렴지역으로 서반구에서 동반구로의 수분 수송이 뚜렷하게 나타나며 특히 열대지역에서 수송이 가장 강하다.
두 강제력에서 대부분의 수분 수송은 열대지역에서 일어나므로 열대지역에서의 동서 바람의 연직 구조를 살펴본 결과는 다음과 같았다. 인위적인 강제력에서는 인도양에서의 대기 하층의 서풍이 강화되어 서태평양으로의 수분수송이 더 강화가 되고 동태평양에서는 동풍이 약 700hPa 높이까지 약화가 되는 것을 볼 수 있었다. 이는 SST에 의한 영향이 상당히 대기의 중층까지 영향을 미친다는 것을 보여준다. 그에 반해, 자연변동성은 태평양에서 동풍을 더 강화시켜 동태평양으로부터 서태평양으로의 수분 수송을 강화하는 역할을 한다. 하지만, SST의 구조가 maga-El Nino 패턴이 된다면 오히려 동풍을 약화시키는 서풍 아노말리를 만들게 되어서 동태평양에서 서태평양으로 수분 수송을 약화시킨다.
이 결과들을 종합적으로 정리하면 강수의 패턴은 순환에 의해 좌우되며 인위적인 강제력과 자연변동성에 따라 순환이 달라짐에 따라 강수의 증가하는 지역과 감소하는 지역이 다르게 나타난다. 최근의 서태평양에서의 강수의 증가는 인위적인 강제력에 의해 인도양으로부터 수분 수송이 증가하였고 mega-La Nina에 의해 동태평양에서 서태평양으로의 수분 수송이 증가하였기 때문에 다른 지역에 비해 더 많이 강수의 증가가 뚜렷하게 나타난다는 것을 본 연구에서 밝혔다.