J. Korean Earth Sci. Soc., v. 38, no. 1, p. 35 48, February 2017 https://doi.org/10.5467/jkess.2017.38.1.35 ISSN 1225-6692 (printed edition) ISSN 2287-4518 (electronic edition) 한국 - 중국북부지역에서여름강수량의십년간변동 최재원 1, * 차유미 2 김정윤 2 육일우 1 1 중국과학원대기물리연구소, 중국북경 100029 2 국립기상과학원, 63568, 제주도서귀포시서호북로 33 Interdecadal Change of Summer Rainfall in the Region of Korea and Northern China Jae-Won Choi 1, *, Yumi Cha 2, Jeoung-Yun Kim 2, and Riyu Lu 1 1 Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China 2 National Institute of Meteorological Research, Jeju 63568, Korea Abstract: This study analyzed the obvious increasing tendency of summer (June to August) rainfall in the region of Korea- and northern China (35 o -40 o N, 110 o -130 o E) in the late 1990s. In order to investigate the causes of the increase in summer rainfall since 1998, we analyzed the difference of the rainfall average between 1998-2012 and 1981-1997. The analysis of the 850 hpa stream flows showed that the huge anomalous anticyclonic circulations were developed in North Pacific and eastern Australia. In both hemispheres, the anomalous easterlies (anomalous trade winds) were strengthened from the equatorial central Pacific to the tropical western Pacific by the anomalous circulations, which was an anomalous circulation pattern shown in La Niña years. As for the 200 hpa stream flows, the huge anomalous cyclonic circulations were also developed in both South Pacific and North Pacific. These two anomalous circulations reinforced the anomalous westerlies in the equatorial central and western Pacific, leading to the increase in summer rainfall in the region of Koreaand northern China since the late 1990s in association with La Niña pattern, which was resulted in strengthening the Walker circulation. Recently in East Asia, the local Hadley circulation has been strengthened in which upward flows in the equatorial western Pacific and mid-latitude region of East Asia have descended in the subtropical western Pacific. Keywords: summer rainfall; Korea-north China region; La Niña; Walker circulation; local Hadley circulation 요약 : 이연구는한국-중국북부지역 (35 o -40 o N, 110 o -130 o E) 에서영역평균된여름 (6-8월) 강수량의증가경향이 1990 년대후반에뚜렷하게나타났음을분석하였다. 따라서한국-중국북부지역에서 1998년이후에여름강수량이증가한원인을알아보기위해 1998-2012년평균과 1981-1997년평균사이에종관환경에대한차를분석하였다. 850 hpa 유선분석에서는북태평양지역과호주동쪽지역에서거대한고기압성순환아노말리가강화되었다. 양반구에서이러한순환아노말리에의해적도중태평양으로부터열대서태평양에편동풍아노말리 ( 무역풍아노말리 ) 가강화되었다. 이는라니냐해에나타나는순환패턴의아노말리였다. 200 hpa 유선에서는남 북태평양모두에서거대한저기압성순환아노말리가역시강화되었다. 이러한두순환아노말리에의해적도중태평양및서태평양에서는서풍의아노말리가강화되었다. 이는 1990년대후반이후한국-중국북부지역에서여름강수량의증가가라니냐패턴과연관되었으며, 이결과는결국워커순환의강화로이어졌다. 또한최근동아시아지역에서는적도서태평양과동아시아중위도지역에서상승한기류가아열대서태평양지역에서하강하는지역해들리순환이강화되었다. 주요어 : 여름강수량 ; 한국-중국북부지역 ; 라니냐 ; 워커순환 ; 지역해들리순환 *Corresponding author: choikiseon@daum.net *Tel: +82-64-780-6537 *Fax: +82-64-738-6512 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http:// creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 서 론 한국과중국을포함한동아시아지역은동아시아여름몬순의영향하에있고, 다중시간규모의변동들에의해특징지어지며 (Moon et al., 1995; Wang et al., 2005; Ding, 2007), 특히십년간변동이이러한특징들중에가장뚜렷하다 (Li et al., 2004; Zhao and
36 최재원 차유미 김정윤 육일우 Nan, 2006). Wang et al. (2000) 은중국동부지역에서건기와다우기의순환을갖는뚜렷한십년간변동이 1880-2002 년동안존재하며, 연및계절강수량둘다에서어떠한장기간의추세가존재하지않음을보였다. Shi et al. (1995) 은지난세기동안중국동부지역에서건기와다우기사이에 5 시기의기후레짐이동이존재함을언급하였다. 즉, 그들은 1902/ 03 에는비이상건기로부터비이상다우기로, 1918/ 19 에는비이상다우기로부터비이상건기로, 1930/31 에는비이상건기로부터비이상다우기로, 1944/45 에는비이상다우기로, 1964/65 에는비이상건기로특징지어짐을보였다. 중국동부지역에서십년간강수량의변동성은복잡한공간분포의특징을나타낸다 (Qin, 2005). 십년간의시간규모에서, 중국북부, 양쯔강유역, 중국남부와같은지역들사이에강수량에서뚜렷한차이가있음을보였다. 예를들어, 중국북부지역에서강수량변동은양쯔강중 하류에서의강수량변동과종종반대의양상이나타난다. 때때로중국남부지역에서의강수량변동은중국북부지역에서의강수량변동과같은패턴을나타낸다. 중국동부지역은 1970 대후반에여름기후의뚜렷한십년간기후레짐이동을경험하였다. 1951-1994 의기간동안중국에서여름강수량자료의분석을토대로, Huang et al. (1999) 은 1970 년대와 1980 년대사이에여름강수량에서의큰변화가있었음을감지하였다. 양쯔강유역과황하강유역에서 1970 대후반이후로과잉강우량에의해야기된홍수재해가급격하게증가하였다. 반면, 중국의남부및북부지역은 1970 년대와비교하여 1980 년대에강수량이뚜렷하게감소하였다. Zhang and Wu (2001) 은 1958 년부터 1999 년까지의강수량자료를조사하여, 양쯔강유역에서 1970 년후반이후강수량부족현상또는가뭄이강화됨을보였다. Chen (1999) 은중국북부지역에여름강수량의십년간기후변동성을분석함으로써, 1951-1997 년동안두기간의극심한가뭄현상이그지역에존재함을지적하였다. 한기간은 1960 년대중반에, 다른한기간은 1970 년대후반에존재하였고, 후자기간의가뭄상태는전자기간보다더큰공간규모를가졌음을확인하였다. Chen et al. (1998) 과 Shi and Xu (2007) 은중국북동지역과양쯔강중 하류지역에서 1960 년대와 1970 년대의기간동안비이상적으로적은강수량이기록되었으며, 1970 년대후반에십년간기후레짐이동이존재함을지적하였다. 두지역은 1980 년대 에좀더많은강수량을기록하였다. 반면, 중국남부와북부지역은 1970 년대후반이후에다우기로부터건조기로변화하였다. 다른각도로부터, 1970 년대후반에중국동부지역여름강수량에서나타나는십년간기후레짐이동의물리적메커니즘을조사함으로서, 많은연구들은이지역에서이러한십년간기후레짐이동이십년간엘니뇨 - 남방진동순환의변동 (Huang et al. 1999), 티벳고원의열적강제력 (Zhao and Chen, 2001), 태평양십년진동 (Pacific decadal oscillation, PDO) (Li and Xian, 2003; Yang et al., 2004), 여름중국동부지역대류권상층에서의십년간냉각변동 (Yu et al., 2004), 북대서양에서해수면온도의십년간변동 (Kim et al., 2002; Lu et al., 2006), 봄철북서태평양과동아시아대륙사이에지표면온도차이의십년간변동 (Xu et al., 2007), 아시아대륙과북태평양사이에여름강수량차 (Park and Ryu, 2005; Zhao et al., 2007) 등과같은다양한십년간변동성과연관됨을제시하였다. 게다가다른연구들은중국동부지역에서인간의활동에의해증가된에어로졸농도가이지역여름강수량에서 1970 년대후반에발생한십년간기후레짐이동의중요한원인이됨을지적하였다 (Xu, 2001; Menon et al., 2002). 위에서언급된모든연구들은양쯔강및황하강유역에서의풍부한강수량과중국남부및북부지역에서감소한강수량이 1970 년후반이후에강화된여름강우대의남쪽으로의이동으로인한동아시아여름몬순의약화와연관됨을공유하고있다. 한편 Zhang et al. (2008) 은중국동부지역에서여름기후의뚜렷한십년간변동이 1980 년대후반에발생함을지적하였다. 이러한십년간기후변동과관련하여, 1980 년대후반이후좀더많은강수량이중국동부지역중특히남부구역에서나타났음을보였다. Kwon et al. (2007) 은 1993 년과 1994 년 (93/94) 을기점으로동아시아지역대류권상층풍의약화로종관규모환경들의변화가있었음을보였으며, Wu et al. (2010) 은 92/93 을기점으로중국남부지방의강수량이변동한것에대해인도양해수면온도와티벳고원에서눈덮임의변화가동중국해와중국북부지방대류권하층에서각각발산을유도하였고, 그로인해중국남부지방에서수렴이강화된것이강수량변동의원인으로설명하였다. 이렇게각연구마다동아시아지역에서여름강수
한국 - 중국북부지역에서여름강수량의십년간변동 37 량의십년간기후이동의시점은다르게나타난다. 본연구에서는같은위도대에위치한중국북부지역과한국에서여름강수량의십년간기후이동을좀더최신의자료를이용하여분석하고, 그이동의원인을찾고자한다. 중국북부지역과한국은같은여름우기의기간을나타내며인구가밀집된지역이기때문에많은강수에의해큰피해를입는중요한지역이기때문이다 (Wu et al., 2010). 자료및분석방법 자료이연구는 1980-2014년동안의미국국립환경예측센터-국립대기연구센터 (National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research, NCEP-NCAR) 재분석자료의지위고도 (gpm), 기온 ( o C), 상대습도 (%), 동서및남북류 (m s 1 ), 전운량 (%), 속도포텐셜 (m 2 s 1 10 6 ) 의변수를사용하였다 (Kalnay et al., 1996; Kistler et al., 2001), 이재분석자료는위 경도 2.5 o 2.5 o 및 17개의연직층과같은공간해상도로이루어져있다. 또한미국국립해양대기청 (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 월평균해수면온도자료가사용되었다 (Reynolds et al., 2002). 이자료는위 경도 2.0 o 2.0 o 수평공간해상도로구성되어있고, 1854년부터현재까지이용가능하다. 역시, NOAA 위성시리즈로부터산출된외향장파복사자료가사용되었다. 이자료는미국기후진단센터에서제공하며, 1974년 6월부터사용가능하다. 그러나 1978년 3월부터 12월동안의미싱기간이존재하며, 외향장파복사자료에대한좀더자세한사항은미국기후진단센터웹사이트 (http://www.cdc.noaa.gov) 또는 Liebmann and Smith (1996) 의연구를참고하기바란다. 그리고, NCEP-NCAR 재분석자료와같은수평해상도를갖는미국기후예측센터의강수량자료를사용하였다 (Xie and Arkin, 1997). 이자료는월평균자료이며, 1979년부터현재까지이용가능하다. 해양의영역까지포함하는이강수량자료는전세계우량계관측자료와기상위성자료및수치모델자료를통합하여생산된것이다. Fig. 1. Korea-north China summer (June-August, JJA) rainfall region (35 o -40 o N, 110 o -130 o E). 분석방법두평균사이의유의성비교는독립표본 t-검정 (independent two-sample t-test) 을사용하였다. 두독립변수의시계열이 t-분포를따르고, 표본의평균이각각 x1, x2 로정의될경우, t-검정의식은다음과같이표현될수있다. x1 x2 t = ------------------------------- 1 1 S x1x2 ----- + ----- n1 n2 여기서 S 1, S 2 는표준편차이고 n 1, n 2 는두시계열에서총개수이다. 만약위의식으로부터 t 의절대값이유의수준의문턱값보다크게산출되면, 귀무가설 (null hypothesis) 은 α( 100)% 의신뢰수준에서기각된다 (Wilks, 1995). 한국및중국북부지역은 Fig. 1 에제시되어있듯이 35 o -40 o N 와 110 o -130 o E 의영역을의미하며, 여름은 6-8 월로정의된다. 이연구에서워커순환지수는적도동태평양 (160 o W-80 o W, 5 o S-5 o N) 과적도서태평양 (80 o -160 o E, 5 o S-5 o N) 에서각각영역평균된 500 hpa 연직속도의차로정의된다. 그리고지역해들리순환지수는적도서태평양 (80 o -160 o E, 0 o -10 o N) 과동아시아중위도지역 (80 o -160 o E, 20 o -3 o N) 에서각각영역평균된 500 hpa 연직속도의차로정의된다. 이두지수에대해서는 Vecchi and Soden (2007) 의연구를참고하기바란다.
38 최재원 차유미 김정윤 육일우 Fig. 2. Time series of (a) normalized Korea-north China summer rainfall and (b) its 5-year running average. In (a), blue, red, and dashed lines denote average rainfalls during the period of 1981-1997 and during the period of 1998-2012 and the trend of rainfall time series, respectively. 한국및중국북부지역에서여름강수량의시계열분석 Fig. 2a 는한국및중국북부지역영역평균여름강수량의노말라이즈된시계열이다. 전체적으로, 뚜렷한경년변동및십년간변동을나타낸다. 또한 32 년동안증가하는경향을나타내고있으며, 이경향은 90% 신뢰수준에서유의하다. 또한이증가경향은 1990 년대후반에뚜렷하게나타나며, 이는 5 년이동평균의시계열에서더욱뚜렷하게확인할수있다 (Fig. 2b). 1983-1997 년동안에는 3 년 (1988, 1989, 1991 년 ) 을제외하고모두음의값을나타내는반면, 1998 년이후에는모두양의값을나타낸다. 따라서이연구는한국및중국북부지역에서 1998 년이후에여름강수량이증가한원인을알아보기위해 1998-2012 년평균과 1981-1997 년평균사이에차를분석한다. 1998-2012 년기간평균과 1981-1997 년기간평균사이의차이연구는먼저두기간사이에외향장파복사, 전운량, 강수량에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 3). 먼저외향장파복사분석에서중국중남부지역으로부터한국및동중국해를지나일본까지남 서에서북동방향으로음의아노말리가분포되어있다 (Fig. 3a). 또한음의아노말리는해양성대륙 (Maritime Continent) 에서도뚜렷하다. 반면에적도동태평양으로부터적도서태평양까지양의아노말리를나타낸다. 이는동아시아중 저위도지역과해양성대륙에서는최근에여름철대류가강화된반면, 적도동태평양으로부터적도서태평양까지의지역에서는대류가약화되었음을의미한다. 이러한외향장파복사분석에서의공간분포는전운량의공간분포와반대의패턴을나타낸다 (Fig. 3b). 중국동해안중부로부터한국및일본지역과해양성대륙에서는양의아노말리를나타내는반면, 적도열대및아열대중태평양으로부터적도열대및아열대서태평양지역에서는음의아노말리를나타낸다. 이는중국동해안의중부지역으로부터한국및일본지역과해양성대륙에서는최근에강수가내릴가능성이더높고, 적도열대및아열대중태평양으로부터적도열대및아열대서태평양지역에서는강수가내릴가능성이더낮음을의미한다. 강수량분석에서의공간분포는전운량에서의공간분포와비슷한패턴을나타낸다 (Fig. 3c). 동아시아중 저위도와해양성대륙에서는양의아노말리를적도태평양에서는음의아노말리를나타낸다. 이렇게최근에한국및중국북부지역을포함하는
한국-중국 북부지역에서 여름 강수량의 십년간 변동 39 Fig. 4. Same as in Fig. 3, but for (a) 850 hpa and (b) 200 hpa stream flows. Shaded areas are significant at the 95% confidence level. Fig. 3. Differences in (a) outgoing longwave radiation (OLR), (b) total cloud cover, and (c) precipitation between 1998-2012 and 1981-1997. 동아시아 중 저위도 지역과 해양성 대륙에서 여름 강수량이 증가한 이유를 알아보기 위해 850 hpa 유 선에 대해 두 기간 사이에 차를 분석하였다(Fig. 4a). 전체적으로 북태평양 지역에는 거대한 고기압성 순환 아노말리가 강화되어 있으며, 남반구의 호주 동쪽지 역에도 역시 고기압성 순환 아노말리가 강화되어 있 다. 이러한 양반구에서의 순환 아노말리에 의해 적도 중태평양으로부터 열대 서태평양에 동풍 아노말리(무 역풍 아노말리)가 강화되어 있다. 이는 라니냐 해에 나타나는 순환 패턴의 아노말리이다. 한편 한국 및 중국 북부지역에서는 저기압성 순환 아노말리가 형성 되어 있다. 200 hpa 유선에서는 열대 중앙 및 서태평 양에서 저기압성 순환 아노말리가 강화되어 있으며, 남반구 태평양에도 거대한 저기압성 순환 아노말리가 역시 강화되어 있다(Fig. 4b). 이러한 두 순환 아노말 리에 의해 적도 중앙 및 서태평양에서는 서풍 아노 말리가 강화되어 있다. 한편 한국 및 중국 북부지역 에서는 저기압성 순환 아노말리가 형성되어 있다. 최근에 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 증가가 최근에 강화된 라니냐 패턴과 연관되는지 알 o o o o 아보기 위해, 니뇨-4 지역(5 S-5 N, 160 E-150 W)에 서 영역 평균된 여름철 850 hpa 및 200 hpa 동서류 의 노말라이즈 된 시계열과 한국 및 중국 북부지역 에서 여름 강수량의 노말라이즈 된 시계열을 분석하 였다(Fig. 5). 먼저 850 hpa 동서류의 노말라이즈 된 시계열과 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 노말라이즈 된 시계열에서 전체적으로 전자의 시계열 은 감소하는 경향을 나타낸다(Fig. 5a). 이 감소경향 은 90% 신뢰수준에서 유의하다. 또한 두 시계열 사 이에는 역위상 관계가 뚜렷하여 두 변수 사이에는 0.59의 높은 음의 상관관계를 나타낸다. 이 음의 상 관관계는 99% 신뢰수준에서 유의하다. 이는 니뇨-4 지역에서의 대류권 하층에서 동(서)풍 아노말리가 강
40 최재원 차유미 김정윤 육일우 Fig. 5. Time series of (a) normalized Korea-north China summer rainfall (solid line with a closed circle) and normalized 850 hpa zonal wind averaged over Niño-4 region (5 o S-5 o N, 160 o E-150 o W) (dotted line with an open circle) and (b) normalized 200 hpa zonal wind averaged over Niño-4 region (dotted line with an open circle). 화될수록한국및중국북부지역에서여름강수량이증가 ( 감소 ) 함을의미한다. 한편 200 hpa 동서류의노말라이즈된시계열과한국및중국북부지역에서여름강수량의노말라이즈된시계열에서전자의시계열은전체적으로증가하는경향이강하며, 이증가경향은 90% 신뢰수준에서유의하다 (Fig. 5b). 또한두시계열사이에는동위상관계가뚜렷하여두변수사이에는 0.71 의높은양의상관관계를나타낸다. 이상관관계는 99% 신뢰수준에서유의하다. 이는니뇨 -4 지역에서의대류권상층에서서 ( 동 ) 풍아노말리가강화될수록한국및중국북부지역에서여름강수량이증가 ( 감소 ) 함을의미한다. 실제로최근에라니냐패턴의대기순환아노말리가강화되었는지를알아보기위해 500 hpa 연직속도에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 6a). 해양성대륙에는음의아노말리가적도중앙및동태평양에서는양의아노말리가형성되어있다. 이는해양성대륙에서상승한기류가적도중앙및동태평양에서하강하는워커순환이최근에강화되어있음을의미한다. 따라서워커순환지수의시계열과한국및중국북부지역에서여름강수량의노말라이즈된시계열을분석하였다 (Fig. 6b). 워커순환지수는 최근까지꾸준히증가하는경향을나타내며, 이증가경향은 90% 신뢰수준에서유의하다. 또한두변수사이에는동위상관계가뚜렷하여 0.65 의높은양의상관관계를나타낸다. 이상관관계는 99% 신뢰수준에서유의하다. 이는워커순환이강 ( 약 ) 화될수록한국및중국북부지역에서여름강수량이증가 ( 감소 ) 함을의미한다. Fig. 6a 에서는워커순환뿐만아니라지역해들리순환역시강화되어있음을볼수있다. 해양성대륙에는음의아노말리가, 아열대서태평양에서는양의아노말리가강화되어있다. 반대로동아시아중위도지역에서는음의아노말리가강화되어있어해양성대륙과동아시아중위도지역에서상승한공기가아열대서태평양에서하강하는지역해들리순환이강화되어있다. 실제로지역해들리순환이한국및중국북부지역에서여름강수량의변동과연관되는지를알아보기위해지역해들리순환지수와한국및중국북부지역에서여름강수량의노말라이즈된시계열을분석하였다 (Fig. 6c). 지역해들리순환지수는최근까지증가하는경향을나타내며, 이증가경향은 90% 신뢰수준에서유의하다. 또한두변수사이에는동위상관계가뚜렷하여 0.59 의높은양의상관관계를나타낸다. 이상관관계
한국 - 중국북부지역에서여름강수량의십년간변동 41 Fig. 6. Differences in (a) 500 hpa omega between 1998-2012 and 1981-1997. Time series of (b) Walker circulation index and (c) Hadley circulation index and their trends. 는 99% 신뢰수준에서유의하다. 이는지역해들리순환이강화되면한국및중국북부지역에서여름강수량이증가함을의미한다. 실제로최근에워커순환이강화되었는지를알아보기위해, 5 o S-5 o N 를평균하여나타낸동서연직대기순환에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 7a). 적도서태평양에서상승한공기가적도중앙및동태평양에서하강하는워커순환아노말리가최근에강화되어있음을볼수있다. 기온에대한두기간사이에차에서는적도서태평양에서는온난아노말리가형성되어있는반면, 적도중앙및동태평양에서는한랭아노말리가형성되어있다 (Fig. 7b). 이는라니냐패턴에서나타나는전형적인기온의동서연직분포이다. 또한최근에지역해들리순환이강화되었 는지를알아보기위해한국및중국북부지역이속해있는경도대인 110 o -130 o E 를평균하여나타낸남북연직대기순환에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 8a). 앞서설명하였듯이 10 o S-0 에서상승한기류가 0-20 o N 에서하강하는지역해들리순환이최근에강화되어있음을볼수있다. 또한 20 o -30 o N 에서상승한기류역시 0-20 o N 에서하강한다. 따라서동서및남북연직대기순환의특징으로부터한국및중국북부지역의최근여름강수량의증가는워커순환과지역해들리순환의강화와연관됨을알수있다. 한편기온에대한두기간사이에차에서는 10 o S-10 o N 과 20 o -40 o N 에서온난아노말리가형성되어있는반면, 10 o -20 o N 에서는한랭아노말리가형성되어있다 (Fig. 8b).
42 최재원 차유미 김정윤 육일우 Fig. 7. Composite differences of longitude-pressure cross section of (a) vertical velocity (contours) and zonal circulations (vectors) and (b) air temperature averaged along 5 o S- 5 o N between 1998-2012 and 1981-1997 for JJA. The values of vertical velocity are multiplied by 100. Bold arrows and shaded areas are significant at the 95% confidence level. Contour intervals are 0.5-2 h Pa s 1 for vertical velocity and 0.2 o C for air temperature, respectively. Fig. 8. Composite differences of latitude-pressure cross section of (a) vertical velocity (contours) and meridional circulations (vectors) and (b) air temperature averaged along 110 o - 130 o E between 1998-2012 and 1981-1997 for JJA. The values of vertical velocity are multiplied by 100. Bold arrows and shaded areas are significant at the 95% confidence level. Contour intervals are 0.5 2 hpas 1 for vertical velocity and 0.2 o C for air temperature, respectively. 여름철동아시아중위도지역에서의강수량은북태평양고기압의영향을많이받는다. 따라서두기간에대해북태평양고기압의발달정도를분석하였다 (Fig. 9). 여기서북태평양고기압은 0 o -60 o N 와 100 o - 180 o E 의영역에서 500 hpa 에서 5,875 gpm 보다큰값을갖는영역으로정의된다. 1998-2012 년기간의북태평양고기압이 1981-1997 년기간의북태평양고기압보다좀더북서쪽으로발달해있음을볼수있다. 따라서강수형성에도움을주는온난다습한기류가최근에한국및중국북부지역에좀더많이공급될수있는가능성이있음을알수있다. 한편상층제트의위치와강도역시강수형성에영향을준다. 따라서이연구는두시기에대해상층제트의발달정도를분석하였다 (Fig. 10a). 여기서상 층제트는 200 hpa 동서류가 25 m s 1 보다큰값을갖는영역으로정의된다 (Liang and Wang, 1998; Lau et al., 2000). 1998-2012 년기간의상층제트는한국및중국북부지역을덮고있는반면 1981-1997 년기간의상층제트는 110 o E 의서쪽에위치해있다. 상층제트의하층에서는상승기류가강화되어강수형성이용이해진다. 따라서상층제트가한국및중국북부지역을덮고있는 1998-2012 년기간에이지역에서좀더많은강수량이형성될수있음을알수있다. 1998-2012 년기간에상층제트가더강화되었음은 200 hpa 동서류에대해두기간사이에차의분석을통해알수있다 (Fig. 10b). 중국중 북부지역으로부터한국를지나일본북동해상까지서풍아노말리가강화되어있다. 이는 1998-2012 년기간에이지역에
한국 - 중국북부지역에서여름강수량의십년간변동 43 Fig. 9. Development extent of western North Pacific subtropical high (WNPSH) in 1998-2012 (solid line) and in 1981-1997 (dashed line) for JJA. Here, the WNPSH is defined as areas that are greater than 5,875 gpm. 서상층제트가더강화되었을의미한다. 몬순은대륙과해양사이에온도차로정의된다. 따라서이연구는동아시아지역에서여름철 850 hpa 기온의기후평균을분석하였다 (Fig. 11a). 육지와해양의비열차로인해해양보다육지에서기온차가더크다. 특히중국북부지역에서바이칼호동쪽지역으로온도골이위치해있다. 따라서이연구에서육지의영역은온도골이위치해있는중국북부지역 (35 o - 45 o N, 100 o -120 o E) 으로, 해양의영역은기온의경도가가장낮은열대서태평양의일부해역 (5 o -15 o N, 160 o -180 o E) 로정의되었다. 이후 850 hpa 기온에대해육지와해양사이에차의시계열을분석하였다 (Fig. 11b). 이시계열은전체적으로증가하는경향을나타내며, 이경향은 90% 신뢰수준에서유의하다. 이는점차육지의온도가해양보다높아져서동아시아에여름강수량이증가할수있는좋은환경을제공해줄수있다. 실제로한국및중국북부지역에서의여름강수량과 850 hpa 기온에대해육지와해양사이에차사이의시계열은뚜렷한동위상관계를나타낸다. 따라서두변수사이에는 0.60 의높은양의상관관계를나타내며, 이는 99% 신뢰수준에서유의하다. 이결과는육지와해양사이에온도차가커질수록한국및중국북부지역에서의여름강수량이증가함을의미한다. 실제로최근에라니냐패턴이강화되었는지를알아보기위해해수면온도에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 12a). 미국서부해안으로부터적도중태평양까지와페루서쪽해안에한랭아노말리가형 Fig. 10. (a) jet streaks in 1998-2012 (solid line) and in 1981-1997 (dashed line) for JJA. Differences in (b) 200 hpa zonal wind between 1998-2012 and 1981-1997. In (b), contour interval is 0.5 ms 1 and shaded areas are significant at the 95% confidence level. 성되어있다. 반면, 북서태평양과남서태평양에는온난아노말리가형성되어있어, 전형적인라니냐패턴의해수면온도어노말리가최근에강화되어있음을볼수있다. 한편, 해수면온도와한국및중국북부지역에서의여름강수량사이에상관을분석하였다 (Fig. 12b). 상관계수의공간분포는 Fig. 12a 에서보인해수면온도에대한두기간사이에차의공간분포와유사하다. 특히, 멕시코서쪽해안근처에서아주높은음의상관이, 베링해남쪽에높은양의상관이각각분포되어있다. 이는앞서살펴보았듯이북태평양에거대한고기압성순환이강화되었기때문이다. 최근에라니냐패턴이강화되었기때문에멕시코서쪽해안영역 (15 o -25 o N, 135 o W-115 o W) 에서평균
44 최재원 차유미 김정윤 육일우 Fig. 11. (b) definition of land and sea areas in climatological mean 850 hpa air temperature for summer and (b) time series of a difference in 850 hpa air temperature between land sea and its trend. 된해수면온도와한국및중국북부지역에서의여름강수량사이에시계열을분석하였다 (Fig. 12c). 멕시코서쪽해안에서영역평균된해수면온도는최근까지감소하고있으며, 이감소추세는 90% 신뢰수준에서유의하다. 또한두시계열사이에는역위상관계가뚜렷하여, 두변수사이에는 0.58 의높은음의상관관계를나타낸다. 이음의상관관계는 99% 신뢰순준에서유의하다. 이는멕시코서쪽해안에해수면온도가상승 ( 하강 ) 하면한국및중국북부지역의여름강수량은감소 ( 증가 ) 함을의미한다. 전구규모대기순환의특징을알아보기위해 200 hpa 속도포텐셜에대해두기간사이에차를분석하였다 (Fig. 13). 적도중태평양에수렴의중심이위치하고호주북서해상에발산의중심이위치한다. 이는해양성대륙에서상승한기류가적도중태평양에서하강하는워커순환이최근에강화되었음을의미한다. 한편아열대서태평양에서는양의아노말리가중국과한국에는음의아노말리가위치한다. 이는해양성대륙에서상승한기류가아열대서태평양에서하강하는지역해들리순환이최근에강화되었음을 의미한다. 또한중국과한국에서상승한기류역시아열대서태평양에서하강하는대기순환이형성되어있음을알수있다. 지금까지분석된것처럼한국및중국북부지역에서의여름강수량변동과연관된지수들도 1990 년대후반을기준으로십년간변동성이존재하는지를살펴보았다 (Fig. 14). 니뇨 -4 지역에서영역평균된 850 hpa 및 200 hpa 동서류는 1998 년을기준으로약해지고강해짐을각각볼수있다 (Figs. 14a and 14b). 그리고워커순환과지역해들리순환은모두 1998 년이후강해지고있다 (Figs. 14c and 14d). 850 hpa 기온에대한육지와해양사이에차는 1998 년이후양의아노말리가뚜렷해졌으며 (Fig. 14e), 멕시코서쪽해안의해수면온도는 1998 년이후한랭아노말리가강해졌음을볼수있다 (Fig. 14f). 요약및결론 이연구는한국및중국북부지역에서영역평균된여름강수량의증가경향이 1990 년대후반에뚜렷
한국 - 중국북부지역에서여름강수량의십년간변동 45 Fig. 12. (a) difference in SST between 1998-2012 and 1981-1997, (b) correlation map between normalized Korea-north China summer rainfall and SST, and (c) time series of normalized Korea-north China summer rainfall SST averaged over the west of Mexico (15 o -25 o N and 135 o W-115 o W). 하게나타났음을분석하였다. 이후한국및중국북부지역에서 1998 년이후에여름강수량이증가한원인을알아보기위해 1998-2012 년평균과 1981-1997 년평균사이에차를분석하였다. 외향장파복사분석에서중국중 남부지역으로부터한국및동중국해를지나일본까지남서에서북동방향으로음의아노말리가분포되어있었으며, 또한음의아노말리는해양성대륙에서도뚜렷하게나타났다. 반면에적도동태평양으로부터적도서태평양까지양의아노말리를나타냈다. 이는동아시아중 저위도지역과해양성대륙에서는최근에여름철대류가강 화된반면, 적도동태평양으로부터적도서태평양까지의지역에서는대류가약화되었음을의미하였다. 이렇게최근에한국및중국북부지역을포함하는동아시아중 저위도지역과해양성대륙에서여름강수량이증가한이유를알아보기위해 850 hpa 유선에대해두기간사이에차를분석하였다. 전체적으로북태평양지역에는거대한고기압성순환아노말리가강화되었으며, 남반구의호주동쪽지역에도역시고기압성순환아노말리가강화되었다. 양반구에서이러한순환아노말리에의해적도중태평양으로부터열대서태평양에동풍아노말리 ( 무역풍아노
46 최재원 차유미 김정윤 육일우 Fig. 13. Same as in Fig. 3, but for 200 hpa velocity potential. Shaded areas denote negative anomalies. Contour interval is 3 m 2 s 1 10 6. 말리 ) 가강화되었다. 이는라니냐해에나타나는대기순환아노말리패턴이었다. 200 hpa 유선에서는열대중앙및서태평양에서저기압성순환아노말리가강화되었으며, 남반구태평양에도거대한고기압성순환아노말리가역시강화되었다. 이러한두순환아노말리에의해적도중앙및서태평양에서는서풍아노말리가강화되었다. 최근에한국및중국북부지역에서여름강수량의증가가최근에강화된라니냐패턴과연관되는지알아보기위해니뇨 -4 지역에서영역평균된여름철 850 hpa 및 200 hpa 동서류의노말라이즈된시계열과한국및중국북부지역에서여름강수량의노말라이즈된시계열을분석하였다. 먼저 850 hpa 동서류의노말라이즈된시계열과는 0.59 의높은음의상관관계를나타내었다. 이는니뇨 -4 지역에서의대류권하층에서동 ( 서 ) 풍의아노말리가강화될수록한국및중국북부지역에서여름강수량이증가 ( 감소 ) 함을의미하였다. 한편 200 hpa 동서류의노말라이즈된시계열과는 0.71 의높은양의상관관계를나타내었다. 이는니뇨 -4 지역에서의대류권상층에서서 ( 동 ) 풍의아노말리가강화될수록한국및중국북부지역에서여름강수량이증가 ( 감소 ) 함을의미하였다. 실제로최근에라니냐패턴의대기순환아노말리가강화되었는지를알아보기위해워커순환지수의시계열과한국및중국북부지역에서여름강수량의시계열에대해분석하였다. 두변수사이에는 0.65 의높은양의상관관계를나타내었으며, 이는워커순환이강 ( 약 ) 화될수록한국및중국북부지역에서여름강수량이증가 ( 감소 ) 함을의미하였다. 또한실제로지역해들리순환이한국및중국북부지역에서여름 강수량의변동과연관이있는지를알아보기위해지역해들리순환지수와한국및중국북부지역에서여름강수량에대한시계열을분석하였다. 두변수사이에는 0.59 의높은양의상관관계를나타내었으며, 이는지역해들리순환이강화되면한국및중국북부지역에서여름강수량이증가함을의미하였다. 한편이연구는두시기에대해상층제트의발달정도를분석하였다. 1998-2012 년기간의상층제트는한국및중국북부지역을덮고있는반면, 1981-1997 년기간의상층제트는 110 o E 의서쪽에위치해있었다. 따라서한국및중국북부지역을덮고있는 1998-2012 년기간에이지역에서좀더많은강수량이형성될수있음을알수있었다. 몬순은대륙과해양사이에온도차로정의되기때문에이연구는 850 hpa 기온에대해육지와해양사이에차의시계열을분석하였다. 한국및중국북부지역에서의여름강수량과 850 hpa 기온에대한육지와해양사이에차사이에는 0.60 의높은양의상관관계를나타내었으며, 이는육지와해양사이에온도차가커질수록한국및중국북부지역에서의여름강수량이증가함을의미하였다. 지금까지분석된것처럼한국중국북부지역에서의여름강수량변동과연관된지수들도 1990 년대후반을기준으로십년간변동성이존재하는지를살펴보았다. 니뇨 -4 지역에서영역평균된 850 hpa 및 200 hpa 동서류는 1998 년을기준으로약해지고강해짐을각각볼수있었다. 그리고워커순환과지역해들리순환은모두 1998 년이후강해지고있었다. 850 hpa 기온에대한육지와해양사이에차는 1998 년이후양의아노말리가증가하였다. 감사의글 이연구는국립기상과학원의주요사업인 예보기술지원및활용연구 사업에의하여수행되었습니다. References Chen, L., 1999, Regional features of interannual and interdecadal variations in summer precipitation anomalies over North China. Plateau Meteorology, 18(4), 477-485. Chen, L., Zhu, W., Wang, W., et al., 1998, Study on climate change in China in recent 45 years. Acta
한국 - 중국북부지역에서여름강수량의십년간변동 47 Fig. 14. Interdecadal variations of (a) 850 hpa zonal wind and (b) 200 hpa zonal wind averaged over Niño-4 region, (c) Walker circulation index, (d) Hadley circulation index, (e) normalized difference in 850 hpa air temperature between land and sea, and (f) SST in west of Mexico. Meteorologica Sinica, 56(3), 257-271. Ding Y.H., 2007, The variability of the Asian summer monsoon. Journal of the Meteorological Society of Japan, 85B, 21-54. Huang R., Xu, Y., and Zhou, L., 1999, The interdecadal variation of summer precipitations in China and the drought trend in North China. Plateau Meteorology, 18(4), 465-476. Kim, M.K., Kim, H.S., Kwak, C.H., So, S.S., Suh, M.S., and Park, C.K., 2002, Long-term forecast of seasonal precipitation in Korea using the large-scale predictors. Journal of Korean Earth Science Society, 23, 587-596. Kwon, M. and Ha, K.J., 2007, Decadal change in east Asian summer monsoon circulation in the mid-1990s. Geophysical Research Letters, 34, L21706, doi:10.1029/ 2007GL31977.
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