적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 표조건등의연주기변동성뿐만아니라여름철강수밴드의형태및이동에의한계절안에서의변동과계절전체의평균적인현상이다른해와어떻게다른특징을갖고있는가에대한경년변동성을모두포함하고있다. 따라서여름철몬순강우의복합적인현상을이해하기위해서는한반도뿐만아니라보

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1 문자연 최영은 박창용 대한지리학회지제 48 권제 2 호 2013(184~203) 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 문자연 * 최영은 ** 박창용 *** Analysis on the Variability of Korean Summer Rainfall Associated with the Tropical Low-frequency Oscillation Ja-Yeon Moon* Youngeun Choi** Changyong Park*** 요약 : 이연구에서는장기간의관측자료를이용하여적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성을분석하였다. EOF 분석을실시한결과여름철대표적인한반도강수패턴은남한과북한이반대의위상을가지며 1990년대중반을기점으로레짐이동이나타나는변동특성을보였다. 한반도의여름철강수는엘니뇨 / 라니냐변동에따라적도동태평양에서해수면온도가증가하는강한엘니뇨해와적도에서부터중위도서태평양까지남북으로연결되어강수량이증가하는약한라니냐해에특히우리나라 ( 남한 ) 의남부지방에서증가하는경향을보여주었다. 여름철인도, 북서태평양, 북동아시아몬순지수및여름철강수지수에대한계절내변동에의해, 우리나라강수는 6월인도몬순지수와양의상관이있고 7월북서태평양몬순지수와음의상관이있으며 8월인도몬순지수와가장높은음의상관이있는것으로나타났다. 주요어 : 여름철강수, 엘니뇨, 라니냐, 몬순 Abstract : This study analyzes the variability of Korean summer rainfall associated with the tropical low-frequency oscillation using long-term observation data. From the EOF analysis, the first mode showed opposite phase between the South and the North Korea with the regime shift in rainfall variability since the mid-1990s. The summer precipitation over South Korea tends to increase in southern part during strong El Niño where the warm sea surface temperature extends to far eastern tropical Pacific. In weak La Niña, the increased precipitation directly influences from the western tropical Pacific to the mid-latitude. In June, the rainfall over South Korea is positively correlated with the Indian Summer Monsoon while in July, it is negatively correlated with the Western North Pacific Summer Monsoon. In August, highly negative correlation between the rainfall over South Korea and the Indian Summer Monsoon is found. Key Words : Summer Rainfall, El Niño, La Niña, Monsoon 1. 연구배경및목적 한국, 중국, 일본을포함하는동아시아의여름 철기후는장마 (Changma), 메이유 (Meiyu), 바이우 (Baiu) 라는나라별강수집중현상, 적도몬순골, 북서태평양아열대고기압, 중위도요란등의변동에의해특징지어진다 (Tao and Chen, 1987). 동아시아여름몬순의변동특성은서태평양온난역과대륙의지 이논문은 2012년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된연구임 (No. 2012R1A1A ) * 건국대학교기후연구소연구교수 (Research Professor, Climate Research Institute, Konkuk University), mjy1011@gmail.com ** 건국대학교지리학과교수 (Professor, Department of Geography, Konkuk University), yechoi@konkuk.ac.kr *** 건국대학교기후연구소연구원 (Research Scientist, Climate Research Institute, Konkuk University), kpotato@konkuk.ac.kr

2 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 표조건등의연주기변동성뿐만아니라여름철강수밴드의형태및이동에의한계절안에서의변동과계절전체의평균적인현상이다른해와어떻게다른특징을갖고있는가에대한경년변동성을모두포함하고있다. 따라서여름철몬순강우의복합적인현상을이해하기위해서는한반도뿐만아니라보다넓은범위에서의대기-해양-지표상호작용을고려하여야한다 (Nitta, 1987). 한반도는삼면이해양으로구성되어있고복잡한지형을가지기때문에강수의특징이매우복잡하고여름철에는주로장마전선, 고온다습한환경에의한갑작스런대류활동, 태풍등으로 1년중총강수량의 40 60% 가집중된다. 평균적으로 6 월중순및하순에시작되는장마는약한달정도지속되며, 메이유나바이우와시간적인차이를두고발생및소멸한다. 이후상대적으로건조한시기를거쳐장마후강수 ( 늦장마 ) 라불리는한반도제 2의강수집중시기는장마밴드가아닌북태평양고기압의활동, 한반도서쪽에서이동해오는저기압, 강한대류활동, 태풍으로 8월과 9월에나타난다 ( 박창용등, 2008). 대기-해양상호작용으로발생하는동아시아몬순은전구기후시스템의가장활발한현상중의하나로동아시아뿐만아니라멀리떨어진지역인적도와도밀접하게연관되어있다 (Wang et al., 2000). 특히엘니뇨 / 남방진동 (El Niño/Southern Oscillation, ENSO) 과계절안진동 (Intraseasonal Oscillation, ISO) 은적도지역의가장뚜렷한저주파진동 (20일이상부터수년까지의시간규모기후변동 ) 으로전세계기후에상당한영향을미친다 ( 하경자 문자연, 1999; Webster et al., 1998). 동아시아여름몬순과연관된쿠로시오해류, 서태평양온난역, 적도동태평양, 남지나해, 그리고인도양의해수면온도아노말리는모두엘니뇨 / 남방진동과관련이있다 (Huang and Lu, 1989; Shen and Lau, 1995; Nitta and Hu, 1996). 엘니뇨 / 남방진동은직접적으로또는다른지역의몬순시스템을통해간접적으로한반도와동아시아여름철강수에영향을미치기때문에아시아-태평양에발생하는동아시아몬순이외의인도몬순, 북서태평양몬순의특성또한고려할필요가있다 (Wang et al., 2001). 북서태평양몬순의경우동아시아몬순과는잘알려진동아시아-태평양 (East Asia-Pacific, EAP) 패턴 (Huang and Sun, 1992) 또는태평양-일본 (Pacific-Japan, PJ) 패턴 (Nitta, 1987; Kosaka and Nakamura, 2006) 에의해음의상관을보이는경향이있기때문에엘니뇨가소멸하는여름철북서태평양몬순의약화는동아시아몬순의강화로이어지게되며엘니뇨가발달하는여름철인도몬순의약화는동아시아몬순의강화로연결된다는연구가있다 (Wang et al., 2001). 일반적으로동아시아몬순은엘니뇨 ( 라니냐 ) 가활발했던겨울이지나고다가오는여름철에강화 ( 약화 ) 하는경향을보인다 (Huang et al. 2004; Tomita et al. 2004). 한반도의경우, 엘니뇨발달시여름철강수량이평년에비해비슷하거나다소많은경향을보이고 ( 국종성 강인식, 2002) 라니냐의경우특별한상관이없는것으로나온연구도있고 ( 차은정등, 1999) 라니냐시에강수량이전반적으로감소함을보인연구도있다 ( 권원태등, 1997). 안중배등 (1997) 은한반도내의월강수량평균과엘니뇨강도와의상관을계산하여여름과겨울의한반도강수량아노말리가 6개월전의적도태평양해수면온도와높은상관을나타냄을제시하였다. 강인식 (1998) 은엘니뇨여름철에는한반도강수가증가하는경향이있음을제시하였고차은정등 (1999) 은엘니뇨 / 라니냐시기에모두장마시기가늦고종료시기는빨랐다고주장하였다. 윤원태등 (2001) 은 1998년여름을사례로우리나라주변의여름강수의강약은북태평양고기압에크게영향을받으며특히장마후기의강수량에엘니뇨와적도파동활동은크게영향을미칠수있다고하였다. 국종성 강인식 (2002) 은엘니뇨발달시기의여름철강수량은증가하는경향을보이며 50 년이전에는 6월말과 7월초, 50년이후에는 8월초 중순에증가하는경향이뚜렷함을제시하였다. 계절안진동은 20 70일주기를가지며인도양과태평양의바닷물이따뜻한구역에서뚜렷이나타나고동쪽으로진행하는전구규모의순환으로몬순지역에서강한지역적특성과진폭 / 주기를가진다 (Krishnamurti et al., 1985; Murakami and Nakazawa, 1985). 여름철계절안진동은적도대기의동쪽

3 문자연 최영은 박창용 으로만진행하지않고각몬순지역으로북진및북서진하는진행특성을보이는데 (Kemball-Cook and Wang, 2001; Teng and Wang, 2003) 시간적으로도 20 70일이외에보다짧은 10 25일주기의진동또한활발한것으로알려져있다 (Anamalai and Slingo, 2001; Yang et al., 2008). 적도아프리카지역을시작으로인도양, 서-중-동태평양을거쳐소멸하는과정을통해인도몬순, 북서태평양몬순, 동아시아몬순, 북아메리카몬순의강 / 약시기를조절하고 (Moon et al., 2012) 한반도여름철계절변동의 40% 이상을설명한다 ( 강인식등, 1989). 위에서제시한이전연구들을바탕으로이연구에서는한반도및동아시아여름철에발생하는강수및순환장의변동특성을지역적인규모뿐만아니라보다범위를넓혀적도의대표적저주파진동인엘니뇨 / 남방진동과의관련성을통해살펴보고자한다. 또한, 계절안에서의월별강수량변동특성을파악하기위해동아시아몬순지수이외에적도진동과도긴밀히연결되어있는인도, 북서태평양몬순지수의변동경향도함께분석하여장기간의자료를통해나타나는한반도여름철강수의변동성을분석하고자한다. 2. 연구자료및방법 1) 연구자료 본연구에서는 1979년부터 2010년까지한반도 61 개기상관측소의 6, 7, 8월월강수량, 동아시아지역 0.5 간격의 CPC(Climate Prediction Center) Unified(CPC_U) Gauge-Based Analysis(Chen et al., 2008) 월강수량, 전구영역 2.5 간격의 GPCP (Global Precipitation Climatology Project) 월강수량을사용하였다. CPC_U 자료는전구대륙에위치한모든관측소의지점강수량을취합하여제공하는것으로자세한강수량의분포를전구적으로이해하는데도움이되지만해양자료가존재하지않기때문에 GPCP 강수량의분석을통해이를보완하였다. 적도지방과의원격상관을통해한반도및동아시아강수량의변동을살펴보기위해 1979년부터 2010년까지의 NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research) 월평균 500hPa, 850hPa 바람장과고도장을사용하였다 (Kalnay et al., 1996). 엘니뇨 / 남방진동의분석을위해 NOAA(National Oceanic Atmospheric Administration) 에서제공하는월평균해수면온도 (Extended Reconstruction Sea Surface Temperature, ERSST) 가이용되었다. 자료의격자크기는전구지역이경도및위도모두 2.5 로나눠진다. 2) 연구방법엘니뇨 / 남방진동과의관련성을보기위해 NCEP/ CPC에서제공하는엘니뇨및라니냐해 ( cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ ensostuff/ensoyears. shtml) 구분을 1차적으로참고하였으며여름철의경우겨울철과는달리엘니뇨 / 라니냐가발달초기나소멸하는단계에해당되기때문에같은엘니뇨 / 라니냐해라고하여도특성별로구분하여분석하지않으면결과에차이가생길수있다. 따라서이연구에서는 6 8월적도지역평균해수면온도의시간적분포를통해 2차적으로엘니뇨및라니냐해를선택하고선택된해의 1년전부터 1년후까지의시간적전개를통해차이가생기는해들을구별하였다. 그뒤에대류활동을함께고려하여구별된해들의공통점을다시확인하여최종적인엘니뇨 / 라니냐해들의구분이결정되었다. 여름철계절안진동은 30 60일뿐만아니라 10 25일시간규모에서도활발하지만이는다소지역적으로나타나는현상 (Yang et al., 2008) 으로이연구에는포함되지않았다. 향후추가연구를통해 일주기로분리한계절안진동의적도-중위도상호관련성부분을보다중점적으로분석하기로하고이연구에서는기후값이제거된월별편차장을이용하여각해별계절안에서의월별변동특성을살펴보았다. Wang and Fan(1999) 은여름철가장활발한몬순영역인인도, 북서태평양지역에대해 850hPa 동

4 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 서바람을이용한몬순지수를개발한바있다. 적도부근의하층동서바람은그지역의열과수증기로인해발생하는대류활동과역학적으로일치하는구조를보여주고 60년이상의장기간의자료가존재하므로 OLR(Outgoing Longwave Radiation) 과같은대류활동변수를이용할때문제시되는자료의시간적인제약을해결할수있다. 인도여름몬순지수 (Indian Summer Monsoon Index, ISMI), 북서태평양여름몬순지수 (Western North Pacific Summer Monsoon Index, WNPMI) 는하층동서바람의영역평균을통해다음과같이정의하였다 (Wang and Fan, 1999): (1) ISMI: U850[(5 N 15 N, 40 E 80 E)-(20 N 30 N, 70 E 90 E)] (2) WNPSMI: [(5 N 15 N, 100 E 130 E)-(20 N 30 N, 110 E 140 E)]. 영역평균된강수량을이용하여동아시아및우리나라강수의지수를다음과같이정의하였다. 북동아시아여름강수지수 (North East Asian Summer Rainfall Index, NEASRI) 는 [30 N 50 N, 110 E 145 E] 구역에대해평균한강수량으로정의하고 (Lee et al., 2005) 우리나라여름철강수지수 (Korean Summer Rainfall Index, KSRI) 는남한의 61개관측소평균강수량으로정의하였다. 중국남동부, 한반도, 일본에남서-북동방향으로기울어진모양의강수밴드가위치하고시간의전개에따라 7월에강수최대구역이북으로이동하다가 8월에다시약화되는것이다. 6월에는중국남부지역과일본남부지역인 35 N 아래지역에강수최대구역이집중해있고 7월에는보다북쪽으로이동하여기울어진형태로중국중부및남쪽해안지역, 한반도전체및일본전체에강수구역이나타난다. 한반도에는남부해안, 서울-경기도, 평안북도및자강도에최대강수역이분포한다. 8월에는중국남해안및사천성부근을제외한지역은강수량이감소하고, 일본에서도남부지역은현저히감소하는경향을보인다. 반면한반도지역은서울-경기도, 강원도및남해안일부지역에여전히많은강수구역이나타난다. 이와같이여름철안에서도월별로살펴보면계절안의변화가존재한다는것을확인할수있다. 즉, 여름철전체의분포와계절안에서의분포는차이가있으므로보다자세한여름철강수특성을보기위해서는계절안의변동특성을고려할필요가있음을시사한다. 2) 경년변동및변화 3. 여름철강수의경년변동성 이장에서는한반도및동아시아여름철강수의경년변동성을조사하고엘니뇨 / 라니냐해를새롭게정의하여이들해에나타나는강수량과순환장의특징을분석하고자한다. 1) 여름철월별평균강수량분포경년변동성을분석하기에앞서한반도를포함한동아시아여름철월별강수량분포를먼저분석하였다. 그림 1은 CPC_U의고해상도강수량자료를이용하여구한동아시아여름철 6월, 7월, 8월의분포를나타낸다. 6 8월에나타나는강수량분포의특징은 동아시아및한반도여름철강수의경년변동성을살펴보기위해 CPC_U의강수량자료 ( 년 ) 를이용한경험직교함수 (Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석을수행하였다. EOF 분석은여러변수들의변량을 주성분 이라는보다적은수의변수로요약하는기법으로시 공간변동성을동시에효과적으로제시할수있는방법중하나이다 ( 박창용등, 2009). 동아시아전체지역과한반도로구분하여각지역에대한연도별여름철평균강수량에서장기간평균값을제거한아노말리값을입력변수로하여 EOF 분석을수행하였다. 그림 2는여름철발생하는가장대표되는강수패턴으로 EOF 첫번째모드에해당하며동아시아지역 (a) 과한반도지역 (b) 에대한공간분포와 (c) 시간분포를나타낸다. 먼저공간분포에서는 (a) 와 (b) 두경우모두한반도지역을비교하면남한과북한이반대의부호를보여주는구조로한

5 문자연 최영은 박창용 그림 ~2010 년의기후학적인평균 (a) 6 월 (b) 7 월 (c) 8 월강수량분포 ( 단위 : mm/day) 반도지역만을 EOF 분석하거나동아시아지역전체를 EOF 분석하여도한반도에나타나는강수패턴은일치하는것을알수있다. 한반도의이러한구조는한반도와중국의중부, 남동부, 그리고일본전지역에같은양의부호로북한과는반대로나타나며한반도장마기간에볼수있는동아시아의대표적인강수패턴이기도하다. 동아시아의여름철전체강수량분포를분석한최근연구 (Hsu and Lin, 2007) 에따르면중국중부및동부-일본-우리나라에분포하는강수구역을일컬어 삼극강수패턴 (Tripole Rainfall Pattern) 이라하고이는중국북부및남부지역과는반대되는특징을갖고있다. 이는본연구결과와도유사하나중국지역의경우그중심이보다남쪽으로위치하는것이다른점이다. 동아시아 (a) 및한반도 (b) 에대한 EOF 첫번째모드의시간적인분포 (c) 는강수패턴의경년변동성을알려준다. 동아시아와한반도는대체적으로경년변동성이일치하나몇몇해에서는차이가발생한다. 동 아시아와한반도에공통적으로나타나는시간적전개의특징은 1990년대중반을기점으로전과후의강수량변동의변화가발생하는것이다. 즉, 1980년대와 1990년대초반까지는몇몇해를제외하면대부분음의값으로나타나며 1990년대중반이후로는양의값으로바뀌어동아시아및한반도강수패턴에레짐이동이발생함을보여주고있다. 이러한결과는최근의연구들 ( 문자연등, 2011; Ho et al., 2003; Kwon et al., 2005; Ha et al., 2009; Choi et al., 2010) 에서도제시된바있다. 3) 엘니뇨 / 남방진동의영향이절에서는동아시아및한반도여름철강수의경년변동중특히엘니뇨 / 라니냐에의한영향을살펴보고자한다. 그림 3은적도 Niño3.4 구역 (170 W-120 W, 5 S-5 N) 에대해평균한여름철평균해수면온도를시간에대한표준편차 (σ) 로정규화시

6 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 그림 2. 여름철평균강수량을이용한 (a) 동아시아및 (b) 한반도의첫번째 EOF 공간분포와이들의 (c) 시간분포 (o: 동아시아, x: 한반도 ) 킨시계열분포를나타낸것이다. 이연구에서는 ± 0.5σ 이상인해를엘니뇨및라니냐해로먼저선택하였다. 즉, 1982, 1987, 1991, 1992, 1994, 1997, 2002, 2004, 2009를엘니뇨해로 1981, 1984, 1985, 1988, 1998, 1999, 2000, 2007, 2010을라니냐해로정의하였다. 이들은미국기후예측센터 (CPC) 에서정의한엘니뇨및라니냐해의구분과도유사하다. 앞에서언급하였듯이, 여름철은겨울철과는달리해수면온도의상태가같은엘니뇨 / 라니냐라고해도전개구조가많이다르기때문에단지해수면온도값으로만구분하게되면이와관련된대기순환의해석에큰영향을미치게되어주의가요구된다. 따라서적도 Niño3.4 구역해수면온도의시간별전개과정을 1년전부터 1 년후까지로나누어각해별로그림 4에표기하고어 떠한차이가있는지알아보았다. 엘니뇨해 (a) 의경우 1년전여름 (7월) 부터서서히온도가높아지다가당해연도의여름에는평년보다약간높은기온으로엘니뇨발달시기에접어들게되며그해겨울인 12 1월에최고값을기록하였다가서서히소멸하는과정을거친다. 라니냐해 (b) 의경우엘니뇨해와는반대로이전해의여름에높았던해수면온도가서서히하강하며당해연도여름에평년보다약간낮아지며그해겨울에최저값을기록하고다음해여름에상승하는경향을보인다. 엘니뇨해에비해라니냐해는 Niño3.4 구역에서두가지형태로뚜렷하게구분되는것을알수있다. 점선으로표시된라니냐해는라니냐소멸기 (July 0) 또는약한라니냐해에해당되는것이며실선으로표시된경우가전

7 문자연 최영은 박창용 그림 ~2010 년의표준편차로정규화된여름철평균 Niño3.4 지역해수면온도의시계열분포 형적인또는강한라니냐에해당된다. 따라서 1988, 1998, 2007, 2010년은강한라니냐해 (Strong La Niña Year, SLY), 1984, 1985, 1989, 1999, 2000은약한라니냐 (Weak La Niña Year, WLY) 로구분할수있다. 1981년과 1989년은라니냐해로구분되긴하였으나당해년도가을부터점차적으로온도가상승하는경향을보여다른라니냐해와는차이가나타나제외하였다. 엘니뇨해는라니냐해에비해뚜렷하게구분되지는않으나전형적인엘니뇨발달연도의특징과는차이를보이는해들은구별할수있다. 점선으로표기된 1992, 1994, 2002, 2004, 2009년은약한상태를보이거나그이전및이후연도의전개가다르게나타나는특징이있다. 1992년은다른엘니뇨해와전개과정이반대로나타나제외하였다. 모든엘니뇨해들의수평분포를각각비교한결과, 점선의엘니뇨해는해수면온도의최대구역이전형적인엘니뇨에비해서쪽에서발달한경우로서약한엘니뇨해로 (Weak El Niño Year, WEY) 구분하였고실선으로표기된경우는강한엘니뇨해 (Strong El Niño Year, SEY) 로 1982, 1987, 1991, 1997년으로구별할수있다. 이연구에서구분된강한 / 약한엘니뇨해는최근들어활발히연구되고있는동태평양 / 중태평양엘니뇨 (Kug et al., 2009; Yeh et al., 2009) 로구분된해와도유사하다. 대기-해양상호작용에있어가장중요한역할을 하는해수면온도분포의차이는대기순환의변화로이어지기때문에본연구에서는뚜렷하고공통적인특성을가지는엘니뇨및라니냐해들을각각선택하여한반도및동아시아강수량과의관련성을분석하였다. 그림 5 7은이연구에서선택된강한 / 약한엘니뇨및강한 / 약한라니냐해의합성도를나타낸것이다. 이로부터적도열원의차이에따른전구순환장의분포특성을알아보고자한다. 음영으로표시된구역은 T-test에의해신뢰구간 90% 이상유의한지역을의미한다. 그림 5는해수면온도의차이를나타내는데같은엘니뇨및라니냐해라도구분된특성에따라온도편차의패턴에는확실한차이가나타난다. 전형적으로강한, 즉동태평양에서발달하는엘니뇨해 (a) 의경우날짜변경선에서부터동태평양-남미서해안까지평년에비해따뜻한해수면온도구역이발생하며동아시아동쪽북태평양과적도서태평양에는이와는반대인음의구역이나타난다. 약한또는중태평양에서발달하는엘니뇨해 (b) 에는적도태평양의양의구역이날짜변경선근처에머물러있고북태평양에서도 (a) 와는반대로양의편차가나타난다. 그리고서태평양에서도음의편차가뚜렷하게나타나지않는것을알수있다. 라니냐해의경우강한라니냐 (c) 해에는강한엘니뇨 (a) 와음의대칭구조를보여준다. 즉, 날짜변경선부터남미서쪽해안까지이어지는차가운해수면온도편차가발생하며서태평양과아

8 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 그림 4. (a) 엘니뇨와 (b) 라니냐해 7 월의 1 년전부터 1 년후까지의 Niño3.4 지역에서의해수면온도의시간적인전개분포 ( 단위 : ) 시아대륙동쪽해안및북태평양에서는양의편차가뚜렷하다. 약한라니냐해 (d) 에는강한라니냐해보다적도근처에서음의편차의강도가약해지고인도양및서태평양에서도음의값이발생한다. 반면, 필리핀동쪽해와동아시아부근의바다에서는양의구역이뚜렷하게나타나강한라니냐와약한라니냐해에공통적으로동아시아부근에서는양의편차가나 타남을알수있다. 그림 6과 7은강수량과 500hPa 고도장, 동아시아지역에대한강수량과 850hPa 바람장을각각합성도로나타낸것이다. 앞의해수면온도의분포와유사하게강한엘니뇨와강한라니냐해는강수패턴도전체적으로반대의양상을나타낸다. 강한엘니뇨해에남지나-필리핀해부근의약한강수구역은약한엘니

9 문자연 최영은 박창용 그림 5. (a) 강한엘니뇨 (b) 약한엘니뇨 (c) 강한라니냐 (d) 약한라니냐해들의해수면온도합성분포도 ( 단위 : ) 그림 6. (a) 강한엘니뇨 (b) 약한엘니뇨 (c) 강한라니냐 (d) 약한라니냐해합성강수량 ( 음영, 단위 : mm/day), 500hPa 고도장 ( 선, 단위 : gpm) 의분포도

10 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 뇨해에동쪽태평양까지넓은범위에걸쳐강하게발달하며그북쪽인한반도주변에건조구역을유발하게된다. 즉같은엘니뇨해라도적도열원의분포차이로인해순환장에변화를주게되고강수구역이달라지며이는곧동아시아의강수발생에도영향을주게된다. 그림 6에서특이한점은강한엘니뇨및강한라니냐해보다약한엘니뇨및약한라니냐해에서적도부터우리나라남쪽까지남북으로넓게발달한강수구역이적도로부터직접적인영향을주고있는점이다. 그림 7은동아시아지역에대해상세히나타낸경우이다. 강한엘니뇨해에한반도남부를포함한일본남쪽지방과주변해역에서강수량이증가하며약한엘니뇨해에는이와반대로감소하는것을볼수있다. 라니냐해의경우도두라니냐의강도차이에따라한반도남부및북태평양에서강수시그널이반대로나타난다. 따라서한반도는강한엘니뇨및약 한라니냐해에강수량이증가하고약한엘니뇨및강한라니냐해에는강수량이감소하는특성을보인다. 그러나이시그널은극히남쪽지역에국한되어한반도전체를고려했을때유의한결과는아니다. 한반도근처의강수구역은강한엘니뇨해에는한반도남동쪽, 약한라니냐해에는한반도남쪽해역에서하층바람의수렴과함께발생한다. 적도지역에서발생하는따뜻한해수구역은하층순환장의수렴과많은수증기로인해상승기류를형성하고이로부터대기의경압구조를일으켜상층고기압을유발한다. 따라서중위도지역에는하강하는기류로인한상층저기압그리고더북쪽고위도에는고기압을형성하여엘니뇨해의잘알려진 Pacific North America(PNA) 원격상관구조를유발한다. 그림 6의엘니뇨해에이러한구조가나타나는데북태평양의상층에저기압성편차가원격상관구조로위 그림 7. (a) 강한엘니뇨 (b) 약한엘니뇨 (c) 강한라니냐 (d) 약한라니냐해합성강수량 ( 음영, 단위 : mm/day) 과 850hPa 바람장 ( 벡터, 단위 : m/s) 의분포도

11 문자연 최영은 박창용 치하며라니냐해에는이와는반대의구조가나타나상층고기압성편차가나타남을알수있다. 앞의해수면온도및강수량의분포와마찬가지로엘니뇨 / 라니냐해의구분에따라상층순환의분포에도차이가발생한다. 강한엘니뇨및강한라니냐해에는북태평양및북아시아에동서로길게뻗은구조의편차장이나타나는반면약한엘니뇨및약한라니냐해에는보다작은규모의편차분포가발생한다. 즉, 동아시아동-북동쪽과북태평양동쪽지역에저기압성 / 고기압성순환이각각약한엘니뇨 / 라니냐해에두개로나뉘어분포한다. 그림 5 7로부터엘니뇨 / 라니냐의변동에따라여름철적도및중위도지역에나타나는강수및순환장의분포와동아시아여름철강수패턴의차이를살펴보았다. 한반도의강수량은강한엘니뇨해와약한라니냐해에증가하는경향을보여주었고강한엘니뇨와약한엘니뇨해에강수구역의양과음의강도가크게나타났다. 그러나한반도지역만을살펴보았을때모두남쪽일부나남동쪽해안지역에치중되어강수량의증가나감소의유의한결과는볼수없었다. 엘니뇨해는동태평양의강한강수구역의발달로인한북서방향으로의순환장의형성과동반되어강수량의증가가발생하고라니냐해의경우적도에서부터중위도까지길게남북으로뻗어져있는강수구역에의해원격이아닌직접적인영향을주는특징을보였다. 4. 우리나라여름철강수의계절내변동성 이절에서는우리나라 ( 남한 ) 및동아시아여름철강수의계절내월별변동성을조사하고자여름철몬순지역에서의월별강수량과순환장의전개구조를분석하였다. 아시아-서태평양여름철몬순은인도여름몬순, 북서태평양여름몬순, 동아시아여름몬순인세가지시스템으로나눠진다 (Wang and Linho, 2002). 1) 몬순지수별경년변동특성이절에서는 2-2) 에서제시하였던각몬순지수별 ( 인도여름몬순, 북서태평양여름몬순, 북동아시아여름몬순, 우리나라여름강수 ) 변동특성을 1979년부터 2010년까지기간에대해살펴보고자한다. 그림 8 은각몬순지수의연도별변동을나타내며막대표는여름철안에서의 6, 7, 8월을나타내고선으로표시된것은여름철평균으로기후값을제거하고표준편차로정규화하였다. 계절평균에대한연도별각지수의변동을보면서로독립적인변동특성을보여준다. 인도여름몬순의경우다른몬순지역보다몬순의시작이한, 두달빠른 5월에시작을하기때문에 (a) 에나타나는변동은인도몬순시작시점이반영된것은아니다. 6 8월평균인도몬순은 1980년과 1994년에가장강하였고 1987년과 2009년에가장약했다. 그리고최근 4년간 2007년부터계속해서약한해가지속되며계절내에서도월별지수가계속음의값을기록하고있는것이특이한점이다. 북서태평양몬순은강약이나특정시기의변화가없는경년변동을보여주고있다. 이들중 1988, 1998, 2010년은가장약한몬순해로꼽히며모두강한라니냐해에해당된다. 강한몬순해는특정연도에기록적인현상이나타난해가없으며인도몬순지수와는상관성이없는것을알수있다. 북동아시아몬순의경우 1993년과 1998년의강한몬순시기를제외하더라도 90년대이전과이후에경년변동의크기가변하였음을알수있다. 1993년이후로는변동의폭이커서강한몬순해와약한몬순해의강도차이가훨씬크게나타난다. 90년대이전의경우여름철평균값은모두양의값으로나타나고 90년대이후로는약몬순해가증가하는것으로나타난다. 우리나라강수 (KSR) 의변동을살펴보면앞의 EOF 분석에서시간변수의전개와유사한결과를나타내는데 1990년대중반을기점으로이전에는 1987년과 1993년을제외하면대부분평년보다낮은값을보여주고이후로는높은값을보여주어여름철강수의레짐이동이있었음을재확인할수있다. 여름철안의월별값을살펴보면모든지수에서공

12 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 그림 8. 정규화된 (a) 인도여름몬순 (b) 북서태평양여름몬순 (c) 북동아시아여름강수 (d) 우리나라 ( 남한 ) 여름강수의지수에대한시계열분포. 여름철평균 ( 선 ), 6 월, 7 월, 8 월의월별값 ( 막대 )

13 문자연 최영은 박창용 통적으로계절안변동의모습을찾을수있다. 즉, 특정해의여름철안에서도각월별로증가또는감소의경향을나타내계절평균의값이평년보다높은몬순을제시한다하더라도각월별강약의추세는달리나타남을보여준다. 인도몬순의경우 1980년에가장강한몬순해를기록한것은 6월의몬순이아주강했기때문이며 1994년의경우는 6월과 7월이모두강한경향을보여준것이다. 2007년부터계절전체의약한몬순경향은여름철각월별분포에서도유사하게약한경향을유지한것으로나타났다. 북서태평양몬순의경우, 강한라니냐해에나타난약한몬순도모든월에서약한상태를유지하였으나월별감소 / 증가하는경향에는차이가있다. 북동아시아지수에서도계절안변동의모습이뚜렷하며 1990년중반이후로몬순지수가음으로나타난달이증가하고있다. 우리나라여름철강수지수의경우 2002년에는 8월, 2006년에는 7월에가장많은강수량을기록하고있다. 2) 몬순지수별계절내월별수평장의분포그림 9 11은 1979년부터 2010년까지여름철각월별몬순지수를사용하여회귀방정식을통해구해진강수량, 850hPa 하층바람장및지표기온, 500hPa 고도장의분포로서각몬순지수가강했을때발생하는각변수별분포특성으로간주할수있다. 음영으로표시된구역은신뢰구간 95% 에서유의한지역을의미한다. 보다조밀한강수분포를나타내고자그림좌측에는 CPC_U 강수량분포를음영으로표기하였고해양에서의강수량분포를보기위해 GPCP 강수량을선으로하층바람벡터와함께나타내었다. 그리고지표기온분포를그림우측에음영으로표기하였으며 500hPa 고도장을선으로나타내었다. 각몬순지수에의한월별회귀분포는그달에서의몬순이가장활발한시점일때의순환장및강수, 기온이어떠한분포를보여주는가를의미한다. 인도몬순의경우 6월에인도남서쪽에발달한강수패턴이점점북상하여 7월에는인도전체에강수구역이확장하고 8월에는인도북부에위치하고있는것을알수있다. 북서태평양몬순의경우는 6월에필리핀을중심으로북 서태평양구역에많은양의강수가발생하며 7월에는보다북서쪽으로진행하고 8월에는남지나해지역은약해지고필리핀해에서부터동쪽방향으로확장되어나타나는구조를보인다. 북동아시아와우리나라강수지수에의해회귀된분포는지역별차이는있지만북동아시아부근은아주유사한분포를보인다. 6월에한반도, 한반도북부와중국북동부, 일본남부에중심이있던패턴이 7월에는한반도, 중국북동부, 일본전체에동서로길게뻗어있는패턴으로나타나다가 8월에는다시북한을포함한한반도에최대중심이나타나며일본북부로연결되고중국남동부를제외한나머지지역에도약한강수가존재하는형태를보여준다. 하층바람은각몬순지역에서남쪽은서풍, 북쪽은동풍이활발하여강수구역에서의하층저기압순환이동반됨을알수있다. 500hPa 순환장및지표기온의분포에서는 6월의경우 ( 그림 9) 인도몬순이활발할때중위도지역에는동아시아를중심으로고기압성편차구역이위치하며이는서쪽과동쪽태평양까지연결되어있다. 그리고그지역에양의기온편차 ( 음영 ) 가나타난다. 북서태평양몬순의경우남아시아에서부터북서태평양구역까지넓게위치한저기압성편차구역이강화된강수활동에의해발생하며그북동쪽으로고기압성구역이위치한다. 중위도지역에발달한고기압성순환으로인해지표기온이상승하여한반도동쪽지역으로양의편차구역이나타나게된다. 6월북동아시아와우리나라강수지수의상관계수는 0.61 로아주높은상관성을보여주지만동시에차이점도나타난다. 북동아시아몬순의경우동서로길게확장된하층의따뜻한구역이중국중-북부지역에서동지나해까지발생하고그북쪽으로차가운구역이상층순환의고기압성-저기압성순환과동반되어나타나는반면, 우리나라강수지수의경우동아시아의동쪽지역에국한되어고기압성순환과양의기온편차가위치하고그북서방향으로반대의위상을가진순환장이나타나는것을알수있다. 그림 9의 CPC_U의강수량분포를각지수끼리비교해보면인도몬순과우리나라강수지수에의해회

14 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 그림 ~2010 년 7 월 (a)(e) 인도여름몬순, (b)(f) 북서태평양여름몬순, (c)(g) 북동아시아여름강수, (d)(h) 우리나라여름강수지수에의한 CPC_U 강수량 ( 좌측음영값 ), 지표기온 ( 우측음영값 ), 850hPa 바람장 ( 벡터 ), GPCP 강수량 ( 좌측선 ), 500hPa 고도장 ( 우측선 ) 의회귀분포도

15 문자연 최영은 박창용 그림 ~2010 년 7 월 (a)(e) 인도여름몬순, (b)(f) 북서태평양여름몬순, (c)(g) 북동아시아여름강수, (d)(h) 우리나라여름강수지수에의한 CPC_U 강수량 ( 좌측음영값 ), 지표기온 ( 우측음영값 ), 850hPa 바람장 ( 벡터 ), GPCP 강수량 ( 좌측선 ), 500hPa 고도장 ( 우측선 ) 의회귀분포도

16 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 그림 ~2010 년 8 월 (a)(e) 인도여름몬순, (b)(f) 북서태평양여름몬순, (c)(g) 북동아시아여름강수, (d)(h) 우리나라여름강수지수에의한 CPC_U 강수량 ( 좌측음영값 ), 지표기온 ( 우측음영값 ), 850hPa 바람장 ( 벡터 ), GPCP 강수량 ( 좌측선 ), 500hPa 고도장 ( 우측선 ) 의회귀분포도

17 문자연 최영은 박창용 귀된분포가서로유사한강수패턴을갖고있음을알수있다. 즉, 두지수에서공통적으로인도지역과동아시아지역에양의강수편차와인도 / 동아시아지역에음 / 양의기온편차가나타난다. 이는북동아시아몬순지수에는나타나지않는특성으로우리나라강수지수만을사용하였을경우인도지역에서의시그널이좀더강해지는것을알수있다. 7월 ( 그림 10) 인도몬순지수의경우동아시아에동서방향의쌍극구조 ( 고기압성-저기압성순환 ) 패턴이나타나며북서태평양몬순지수의경우 6월의패턴이유지되면서중국북부지역의양의편차가강화된다. 북동아시아몬순지수의경우는남북순환구조가 6월보다훨씬넓게확장되었으며남하하였고우리나라강수지수의경우 6월의구조와유사한패턴을보이지만남북의반대패턴이북동아시아몬순과마찬가지로보다남하하여나타난다. 이로부터동아시아지역에발생하는강수밴드는저기압성순환과온도의하강구역이함께나타나고있는것을볼수있다. 북서태평양몬순과북동아시아몬순지수의경우, 강수및순환장모두에서반대의시그널이두드러짐을볼수있는데이두몬순지수간의음의상관성은이전의연구에서도밝혀진바있으며 1990년대중반이후로갈수록그상관성이점차낮아지고있음이언급된바있다 (Kwon et al. 2005). 8월의경우 ( 그림 11) 흥미로운점은동아시아와그남쪽에서나타나는남북쌍극구조패턴이모든지수에서다나타난다는것이다. 즉, 동아시아에중심이있고또다른중심이동지나해에나타난다. 이구조는이미이전의연구에서 EAP 또는 PJ 패턴으로언급된바있으나이연구로부터여름철중 8월에가장두드러진다는것이새로운점으로나타났다. 그리고모든지수에공통적으로보여지는것으로부터이들몬순지수와관련되어 8월의순환장이적도와중위도강수시스템을연결시켜주는구조로나타나고있음을알수있다. 인도몬순과북서태평양몬순지수는같은시그널로나타나며북동아시아와우리나라강수지수는반대의시그널로나타나이들사이의음의상관성이있음을또한알수있다. 따라서양의 EAP 또는 PJ 패턴이발생할시동아시아는강수량이증가하 고인도및북서태평양몬순은약화될수있음을의미한다. 우리나라와인도몬순지수는 6월의경우보다더높은음의상관을보이며북서태평양과북동아시아도 7월보다더높은음의상관을보여준다. 그림 9 11으로부터적도와중위도지역에위치하는몬순의활동은계절내변동이뚜렷하게나타남을알수있고이들의강약에따라동아시아지역은원격적인영향을받게되고그영향은월별로차이가있었다. 한반도지역은동아시아와유사한경향을갖지만대규모적인순환과연결지었을때강수및순환장에서분포의차이가나타나동아시아지역만의분석으로는설명되지못하는부분도존재함을알수있었다. 5. 결론 본연구는한반도여름철강수의변동특성을적도의대표되는기후변동인엘니뇨 / 남방진동과의관련성을통해분석하고아시아몬순의세가지주요성분인인도, 북서태평양, 북동아시아몬순과우리나라강수와의관련성을계절내변동으로살펴보았다. 이를위해 1979년부터 2010년까지의기상청 61개기상관측지점월평균강수량, NCEP/NCAR 재분석월평균자료, GPCP와 CPC_U의월평균강수량, NOAA 월평균 SST 자료를이용하였다. 엘니뇨 / 라니냐해는세가지단계를통해구분하였다. Niño3.4 구역평균해수면온도편차를통해 1차적으로엘니뇨 / 라니냐해를나눈뒤, 각해별이전과다음해까지의온도편차의시간전개에따라유사하지않은해를제외시키고해수면온도의수평분포를구하여최종적으로강한 / 약한엘니뇨 / 라니냐해를선택하였다. 계절내변동을보기위해여름철내의각월별변수들의특성을살펴보고여름철활발한몬순구역을정하여인도여름몬순, 북서태평양여름몬순, 북동아시아여름강수및우리나라여름강수지수를정의하고관련된상관패턴을분석하였다. 동아시아및한반도여름철강수의경년변동성을살펴보기위해 CPC_U의강수량자료를이용하여동

18 적도저주파진동과관련된한반도여름철강수의변동성연구 아시아전체지역과한반도지역각각 EOF 실험을수행한결과, 첫번째공간모드는한반도와중국의중부, 남동부, 그리고일본전지역에강수구역이나타나며북한과는반대의패턴을이루는한반도장마기간에볼수있는동아시아의대표적인강수패턴이나타났다. 첫번째 EOF의시간분포는동아시아와한반도에서모두 1990년대중반을기점으로전과후의강수량변동의변화가발생하였고이는이전연구의결과와도일치했다. 두지역의차이점은 2000년이후에한반도지역에대한경년변동이동아시아의경년변동과반대의경향으로나타난점이다. 이러한특성은향후추가연구를통해분석되어야할것으로본다. 엘니뇨 / 라니냐해의구분은 1994, 2002, 2004, 2009년은약한엘니뇨해, 1982, 1987, 1991, 1997년은강한엘니뇨해로선택하였고 1984, 1985, 1999, 2000은약한라니냐해, 1988, 1998, 2007, 2010년은강한라니냐해로구분하였다. 엘니뇨 / 라니냐해의강 / 약구분에따라합성된해수면온도의분포에서는엘니뇨해의경우강한엘니뇨는날짜변경선부터동태평양-남미서해안까지평년에비해따뜻한구역이, 약한엘니뇨는적도태평양의양의구역이날짜변경선근처에머물러있고북태평양에서도양의편차가나타났다. 라니냐해의경우강한라니냐는강한엘니뇨와음의대칭적인구조의경향을보여주었지만약한라니냐는동태평양에서는강한라니냐와유사하나아시아대륙및인도-서태평양에서는시그널이반대로나타나는특징을보였다. 엘니뇨 / 라니냐의변동에따라여름철적도및중위도지역에나타나는강수및순환장의분포에서는강한엘니뇨해와약한라니냐해에우리나라남부에서강수량이증가하는경향을보여주었다. 추가적으로엘니뇨해는동태평양의강한강수구역의발달로인한북서방향으로의순환장의형성과동반되어강수량의증가가발생하고라니냐해의경우적도에서부터중위도까지길게남북으로뻗어져있는강수구역의증가에의해원격이아닌직접적으로중위도에영향을주는특징이나타났다. 계절내변동은계절평균과는달리강한 / 약한몬순해로정의한해에도그안에서의월별변동은큰차이 를보였다. 따라서 6월부터 8월까지각월별몬순지수에의한회귀분석을통해강수및순환장의분포를살펴본결과인도몬순의경우시간전개에따른강수구역의북진이나타났고북서태평양몬순은북서진후동쪽으로의확장이보였다. 북동아시아및한반도강수의경우 6월은동아시아및한반도북부에서, 7월은동아시아에동서로뻗은밴드형태로, 8월은중국남중부에서부터동쪽으로연결되어한반도에중심이위치한특징을보였다. 6월의우리나라강수는인도몬순과양의상관을나타내었으며 7월의북동아시아몬순은북서태평양몬순과음의상관을보였다. 8월은모든지수에서남북으로위치한동아시아-태평양 (EAP) 또는태평양-일본 (PJ) 패턴이뚜렷하였고인도와북서태평양은음의 EAP( 또는 PJ), 동아시아와한반도강수는양의 EAP( 또는 PJ) 패턴으로 8월인도및북서태평양몬순의강화는한반도및북동아시아몬순의약화와관련이있음이나타났다. 참고문헌강인식 안순일 정창희 윤순창, 1989, 여름철동아시아주변에서장파복사의계절변화에나타나는 30-60일주기진동, 한국기상학회지, 25(4), 강인식, 1998, 엘니뇨와한반도기후변동의관련성, 한국기상학회지, 34(3), 국종성 강인식, 2002, 엘니뇨 / 라니냐와관련된한반도강수량변동성연구, 한국기상학회대기, 12(1), 권원태 황승언 박문영, 1997, 엘니뇨발생시의우리나라기후변동경향, 한국기상학회 1997년도가을학술발표회초록, 문자연 박창용 최영은, 2011, 레짐이동에따른우리나라여름철강수의특성변화와그원인, 대한지리학회지, 46(3), 박창용 문자연 차은정 윤원태 최영은, 2008, 최근한반도여름철강수특성의변화, 대한지리학회지, 43(3), 박창용 최영은 문자연 윤원태, 2009, 기온과강수특

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