기후감시

기후감시

장기예보를 생산하기 위해서는 전 지구적으로 대기의 상황을 실시간으로 감시하고 분석하여 앞으로의 예측에 적용하는 것이 매우 중요하다.

기후감시요소

- 주요 감시 요소로는 대기 하층에서 상층에 이르기까지 고기압(기압능)과 저기압(기압골)의 이동 경향, 블로킹, 전 지구 해수면 온도, 북극 해빙, 유라시아지역 눈덮임 등이 있다.
- 이러한 감시 요소는 단기간 우리나라에 직접적인 영향을 주기도 하지만 대기순환에 의해 수주일~3개월 후에 영향을 주기도 한다.
- 이렇게 ‘특정 지역에 나타나는 기후 현상들이 수천 km 이상 멀리 떨어진 다른 지역의 기상과 서로 관련성을 가지는 기후 편차’를 원격상관이라고 한다.
- 원격상관에는 엘리뇨/라니냐, 북극진동(AO), 눈덮임, 해빙, 매든줄리안진동(MJO) 등이 있다.

엘니뇨와 라니냐

- 엘니뇨(El Niño)/라니냐(La Niña)란 적도 동태평양의 해수면 온도가 평년에 비해 높아/낮아지는 현상으로, 기상청에서는 엘니뇨ㆍ라니냐 감시구역(열대 태평양 Nino3.4 지역: 5°S~5°N, 170°W~120°W)의 3개월 이동 평균한 해수면 온도의 평년편차가 +0.5℃ 이상(-0.5℃ 이하) 5개월 이상 지속 될 때 그 첫 달을 엘니뇨(라니냐)의 시작으로 본다.
- 이 특별한 해양 기후 현상은 호주 북부의 다윈 (Darwin)과 태평양의 타히티(Tahiti) 섬의 해면 기압과 함께 결합되어 변동하는데, 이 지역의 해면 기압의 주기적인 변화를 일컬어 남방진동 (Southern Oscillation)이라 한다.
- 엘니뇨–남방진동(El Niño Southern Oscillation, ENSO)의 발생은 엘니뇨가 실제로 발생하는 열대 태평양지역에 국한되지 않고, 전 지구상의 거의 모든 지역의 기후를 바꿀 수 있을 정도의 큰 영향력을 가진다.

<평상시와 엘니뇨 시기 대기·해양 모식도>


<엘니뇨 해(위)와 라니냐(아래) 해의 해수면 온도 편차(˚C)>


<Nino 지역(위), Nino 3.4 지역의 월평균 해수면 온도 아노말리 지수(아래)>

북극진동(AO)

- 북극 주변을 돌고 있는 강한 소용돌이가 수십 일 또는 수십 년 주기로 강약을 되풀이하는 현상으로, 북반구 겨울철 기후를 지배하는 중요한 인자 중의 하나이다.(Thompson and Wallace 1998).
□ 양의 북극진동 : 동아시아 지역 상층 양의 고도 편차 → 동아시아 상층골 약화 → 하층 시베리아고기압과 알류샨 저기압 약화 → 한기 남하 약화 → 우리나라에서 평년보다 높은 기온 유도
□ 음의 북극진동 : 동아시아 지역 상층 음의 고도 편차 → 동아시아 상층골 강화 → 하층 시베리아고기압과 알류샨 저기압 강화 → 한기 남하 강화 → 우리나라에서 평년보다 낮은 기온 유도

<음의 북극진동 시 북극해와 우리나라 주변 500hPa, 850hPa 지위고도, 지상기온(SAT) 패턴>


<음의 북극진동일 경우 동아시아 순환장과 한파 발생 모식도>

눈덮임

- 가을에서 겨울로 진행되면서 극 지역으로부터 중·고위도 지역으로 눈덮임이 확장되고, 봄에서 여름으로 갈수록 중위도에서 고위도로 가면서 눈덮임이 사라지는 seasonal cycle이 형성된다.
□ 가을~겨울철 기간의 감시 요인
가을에 유라시아 지역에서 평년보다 빠르게 눈이 덮이면 알베도 효과에 의해 태양에너지가 흡수되지 못하고 방출 효과가 커져, 대륙이 빠르게 냉각되면서 대륙 고기압이 발달하여 우리나라에 영향을 주므로, 가을의 눈덮임 감시가 매우 중요하다.

<눈덮임(왼쪽)과 눈덮임 편차(오른쪽) 감시자료 예시>
[출처: Rutgers 대학]

북극해빙

- 가을~겨울철 북극 해빙이 평년보다 적으면 북극 주변의 찬 소용돌이가 약해져 북극의 찬 공기가 중위도 지역으로 남하할 가능성이 증가한다.
- 카라해(Kara Sea)와 바렌츠해(Barents Sea) 해빙이 적은 경우 우랄산맥 부근에서 기압능이나 저지고기압이 발달하면서 동아시아 한파 유도
- 척치해(Chukchi Sea) 해빙이 적은 경우 배링해 부근 기압능이나 저지고기압이 발달하면서 북미 중동부에 한파 유도

<북극해 지도 >
[출처 : 국립기상과학원]

<북극 해빙의 감소에 따른 따뜻한 북극, 추운 대륙(Warm Arctic & Cold Continents)
메커니즘 모식도(Kim et al. 2014)>

매든-줄리안(MJO)

- 1971년 미국 국가대기연구센터(NCAR)의 Roland Madden과 Paul Julian은 중앙태평양의 Canton 섬에서의 바람 관측을 통해 처음으로 하층의 동서 바람이 약 40일의 주기로 진동하고 있음을 밝혀냈다.
- 이들의 이름을 딴 매든-줄리안 진동(Madden–Julian Oscillation,MJO)은 열대지역에서 발생하는 바람 및 대류 구름의 집합체가 30일에서 70일 (또는 30일에서 90일)정도의 주기로 진동하는 현상으로 계절 내 변동 중 30~50 % 정도를 차지하는 중요한 대기의 물리모드이다.
- MJO는 대규모 대기 순환과 심층 대류(Deep Convection)가 결합된 시스템이며 인도양에서 중앙 태평양으로 느리게 동진하는 특성을 가진다.
- 또한 열대에서 발생하는 MJO는 강수와 바람을 동반하며 이동하기 때문에 적도 지역의 날씨·기후에 직접적으로 영향을 준다.
- 뿐만 아니라 강수 현상 시 발생하는 응결 잠열의 방출을 통한 대기에서의 로스비 파동(Rossby wave)으로 원격상관(teleconnection)을 야기하여 훨씬 멀리 떨어져 있는 중·고위도지역의 날씨·기후에도 영향을 준다.

<MJO와 원격상관의 도식화(서경환 등, 기후역학교과서, 2017)>