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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.38 No.1 pp.35-48
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2017.38.1.35

Interdecadal Change of Summer Rainfall in the Region of Korea and Northern China

Jae-Won Choi1*, Yumi Cha2, Jeoung-Yun Kim2, Riyu Lu1
1Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
2National Institute of Meteorological Research, Jeju 63568, Korea
Corresponding author: choikiseon@daum.net+82-64-780-6537, +82-64-738-6512
November 22, 2016 January 25, 2017 February 15, 2017

Abstract

This study analyzed the obvious increasing tendency of summer (June to August) rainfall in the region of Korea- and northern China (35°-40°N, 110°-130°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 Korea and 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.


한국-중국 북부지역에서 여름 강수량의 십년간 변동

최 재원1*, 차 유미2, 김 정윤2, 육 일우1
1중국과학원 대기물리연구소, 중국 북경 100029
2국립기상과학원, 63568, 제주도 서귀포시 서호북로 33

초록

이 연구는 한국-중국 북부 지역(35°-40°N, 110°-130°E)에서 영역평균 된 여름(6-8월) 강수량의 증가경향이 1990 년대 후반에 뚜렷하게 나타났음을 분석하였다. 따라서 한국-중국 북부지역에서 1998년 이후에 여름 강수량이 증가한 원 인을 알아보기 위해 1998-2012년 평균과 1981-1997년 평균 사이에 종관환경에 대한 차를 분석하였다. 850 hPa 유선 분석에서는 북태평양 지역과 호주 동쪽지역에서 거대한 고기압성 순환 아노말리가 강화되었다. 양반구에서 이러한 순환 아노말리에 의해 적도 중태평양으로부터 열대 서태평양에 편동풍 아노말리(무역풍 아노말리)가 강화되었다. 이는 라니 냐 해에 나타나는 순환 패턴의 아노말리였다. 200 hPa 유선에서는 남·북태평양 모두에서 거대한 저기압성 순환 아노말 리가 역시 강화되었다. 이러한 두 순환 아노말리에 의해 적도 중태평양 및 서태평양에서는 서풍의 아노말리가 강화되었 다. 이는 1990년대 후반 이후 한국-중국 북부 지역에서 여름 강수량의 증가가 라니냐 패턴과 연관되었으며, 이 결과는 결국 워커 순환의 강화로 이어졌다. 또한 최근 동아시아 지역에서는 적도 서태평양과 동아시아 중위도 지역에서 상승한 기류가 아열대 서태평양지역에서 하강하는 지역 해들리 순환이 강화되었다.


    National Institute of Meteorological Research

    서 론

    한국과 중국을 포함한 동아시아지역은 동아시아 여 름몬순의 영향하에 있고, 다중시간규모의 변동들에 의해 특징지어지며(Moon et al., 1995; Wang et al., 2005; Ding, 2007), 특히 십년간 변동이 이러한 특징 들 중에 가장 뚜렷하다(Li et al., 2004; Zhao and Nan, 2006). Wang et al. (2000)은 중국 동부지역에 서 건기와 다우기의 순환을 갖는 뚜렷한 십년간 변 동이 1880-2002년 동안 존재하며, 연 및 계절 강수 량 둘 다에서 어떠한 장기간의 추세가 존재하지 않 음을 보였다. Shi et al. (1995)은 지난 세기 동안 중 국 동부지역에서 건기와 다우기 사이에 5시기의 기 후레짐이동이 존재함을 언급하였다. 즉, 그들은 1902/ 03에는 비이상 건기로부터 비 이상 다우기로, 1918/ 19에는 비이상 다우기로부터 비이상 건기로, 1930/31 에는 비이상 건기로부터 비이상 다우기로, 1944/45에 는 비이상 다우기로, 1964/65에는 비이상 건기로 특 징지어짐을 보였다. 중국 동부지역에서 십년간 강수 량의 변동성은 복잡한 공간분포의 특징을 나타낸다 (Qin, 2005). 십년간의 시간 규모에서, 중국 북부, 양 쯔강 유역, 중국 남부와 같은 지역들 사이에 강수량 에서 뚜렷한 차이가 있음을 보였다. 예를 들어, 중국 북부지역에서 강수량 변동은 양쯔강 중·하류에서의 강수량 변동과 종종 반대의 양상이 나타난다. 때때로 중국 남부지역에서의 강수량 변동은 중국 북부지역에 서의 강수량 변동과 같은 패턴을 나타낸다. 중국 동 부지역은 1970대 후반에 여름기후의 뚜렷한 십년간 기후레짐이동을 경험하였다. 1951-1994의 기간 동안 중국에서 여름 강수량 자료의 분석을 토대로, Huang et al. (1999)은 1970년대와 1980년대 사이에 여름 강 수량에서의 큰 변화가 있었음을 감지하였다. 양쯔강 유역과 황하강 유역에서 1970대 후반 이후로 과잉 강우량에 의해 야기된 홍수재해가 급격하게 증가하였 다. 반면, 중국의 남부 및 북부지역은 1970년대와 비 교하여 1980년대에 강수량이 뚜렷하게 감소하였다. Zhang and Wu (2001)은 1958년부터 1999년까지의 강수량 자료를 조사하여, 양쯔강 유역에서 1970년 후 반이후 강수량 부족 현상 또는 가뭄이 강화됨을 보 였다. Chen (1999)은 중국 북부지역에 여름 강수량의 십년간 기후변동성을 분석함으로써, 1951-1997년 동 안 두 기간의 극심한 가뭄 현상이 그 지역에 존재함 을 지적하였다. 한 기간은 1960년대 중반에, 다른 한 기간은 1970년대 후반에 존재하였고, 후자 기간의 가 뭄상태는 전자 기간보다 더 큰 공간규모를 가졌음을 확인하였다. Chen et al. (1998)Shi and Xu (2007) 은 중국 북동지역과 양쯔강 중·하류지역에서 1960년 대와 1970년대의 기간 동안 비이상적으로 적은 강수 량이 기록되었으며, 1970년대 후반에 십년간 기후레 짐이동이 존재함을 지적하였다. 두 지역은 1980년대 에 좀 더 많은 강수량을 기록하였다. 반면, 중국 남 부와 북부지역은 1970년대 후반 이후에 다우기로부 터 건조기로 변화하였다.

    다른 각도로부터, 1970년대 후반에 중국 동부지역 여름 강수량에서 나타나는 십년간 기후레짐이동의 물 리적 메커니즘을 조사함으로서, 많은 연구들은 이 지 역에서 이러한 십년간 기후레짐이동이 십년간 엘니뇨 -남방진동 순환의 변동(Huang et al. 1999), 티벳고원 의 열적 강제력(Zhao and Chen, 2001), 태평양 십년 진동(Pacific decadal oscillation, PDO) (Li and Xian, 2003; Yang et al., 2004), 여름 중국 동부지역 대류 권 상층에서의 십년간 냉각변동(Yu et al., 2004), 북 대서양에서 해수면 온도의 십년간 변동(Kim et al., 2002; Lu et al., 2006), 봄철 북서태평양과 동아시아 대륙 사이에 지표면 온도 차이의 십년간 변동(Xu et al., 2007), 아시아 대륙과 북태평양 사이에 여름 강 수량 차(Park and Ryu, 2005; Zhao et al., 2007) 등 과 같은 다양한 십년간 변동성과 연관됨을 제시하였 다. 게다가 다른 연구들은 중국 동부지역에서 인간의 활동에 의해 증가된 에어로졸 농도가 이 지역 여름 강수량에서 1970년대 후반에 발생한 십년간 기후레 짐이동의 중요한 원인이 됨을 지적하였다(Xu, 2001; Menon et al., 2002). 위에서 언급된 모든 연구들은 양쯔강 및 황하강 유역에서의 풍부한 강수량과 중국 남부 및 북부지역에서 감소한 강수량이 1970년 후반 이후에 강화된 여름 강우대의 남쪽으로의 이동으로 인한 동아시아 여름몬순의 약화와 연관됨을 공유하고 있다.

    한편 Zhang et al. (2008)은 중국 동부지역에서 여 름 기후의 뚜렷한 십년간 변동이 1980년대 후반에 발생함을 지적하였다. 이러한 십년간 기후 변동과 관 련하여, 1980년대 후반이후 좀 더 많은 강수량이 중 국 동부지역 중 특히 남부구역에서 나타났음을 보였 다. Kwon et al. (2007)은 1993년과 1994년(93/94)을 기점으로 동아시아지역 대류권 상층풍의 약화로 종관 규모 환경들의 변화가 있었음을 보였으며, Wu et al.(2010)은 92/93을 기점으로 중국 남부지방의 강수량 이 변동한 것에 대해 인도양 해수면 온도와 티벳고 원에서 눈덮임의 변화가 동중국해와 중국 북부지방 대류권 하층에서 각각 발산을 유도하였고, 그로 인해 중국 남부지방에서 수렴이 강화된 것이 강수량 변동 의 원인으로 설명하였다.

    이렇게 각 연구마다 동아시아 지역에서 여름 강수 량의 십년간 기후 이동의 시점은 다르게 나타난다. 본 연구에서는 같은 위도대에 위치한 중국 북부지역 과 한국에서 여름 강수량의 십년간 기후 이동을 좀 더 최신의 자료를 이용하여 분석하고, 그 이동의 원 인을 찾고자 한다. 중국 북부지역과 한국은 같은 여 름우기의 기간을 나타내며 인구가 밀집된 지역이기 때문에 많은 강수에 의해 큰 피해를 입는 중요한 지 역이기 때문이다(Wu et al., 2010).

    자료 및 분석방법

    자료

    이 연구는 1980-2014년 동안의 미국 국립환경예측센 터-국립대기연구센터(National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research, NCEP-NCAR) 재분석 자료의 지위고도(gpm), 기온 (°C), 상대습도(%), 동서 및 남북류(m s−1), 전운량(%), 속도 포텐셜(m2s−1 10−6)의 변수를 사용하였다(Kalnay et al., 1996; Kistler et al., 2001), 이 재분석 자료는 위·경도 2.5°×2.5° 및 17개의 연직층과 같은 공간해 상도로 이루어져 있다.

    또한 미국 국립해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 월평균 해수면 온도자료가 사용되었다(Reynolds et al., 2002). 이 자 료는 위·경도 2.0°×2.0° 수평 공간해상도로 구성되어 있고, 1854년부터 현재까지 이용 가능하다.

    역시, NOAA 위성 시리즈로부터 산출된 외향장파 복사 자료가 사용되었다. 이 자료는 미국 기후진단센 터에서 제공하며, 1974년 6월부터 사용가능하다. 그 러나 1978년 3월부터 12월 동안의 미싱기간이 존재 하며, 외향장파복사자료에 대한 좀 더 자세한 사항은 미국 기후진단센터 웹사이트(http://www.cdc.noaa.gov) 또는 Liebmann and Smith (1996)의 연구를 참고하 기 바란다.

    그리고, NCEP-NCAR 재분석 자료와 같은 수평해 상도를 갖는 미국 기후예측센터의 강수량 자료를 사 용하였다(Xie and Arkin, 1997). 이 자료는 월평균 자료이며, 1979년부터 현재까지 이용가능하다. 해양 의 영역까지 포함하는 이 강수량 자료는 전세계 우 량계 관측자료와 기상위성 자료 및 수치모델 자료를 통합하여 생산된 것이다.

    분석방법

    두 평균 사이의 유의성 비교는 독립표본 t-검정 (independent two-sample t-test)을 사용하였다. 두 독 립변수의 시계열이 t-분포를 따르고, 표본의 평균이 각각 x1, x2로 정의될 경우, t-검정의 식은 다음과 같이 표현될 수 있다.

    t = x 1 ¯ x 2 ¯ S x 1 x 2 1 n 1 + 1 n 2

    여기서 S1, S2는 표준편차이고 n1, n2는 두 시계열 에서 총 개수이다. 만약 위의 식으로부터 t의 절대값 이 유의수준의 문턱값보다 크게 산출되면, 귀무가설 (null hypothesis)은 α(×100)%의 신뢰수준에서 기각 된다(Wilks, 1995).

    한국 및 중국 북부지역은 Fig. 1에 제시되어 있듯 이 35°-40°N와 110°-130°E의 영역을 의미하며, 여름 은 6-8월로 정의된다.

    이 연구에서 워커 순환 지수는 적도 동태평양 (160°W-80°W, 5°S-5°N)과 적도 서태평양(80°-160°E, 5°S-5°N)에서 각각 영역평균 된 500 hPa 연직속도의 차로 정의된다. 그리고 지역 해들리 순환 지수는 적도 서태평양(80°-160°E, 0°-10°N)과 동아시아 중위도 지역 (80°-160°E, 20°-3°N)에서 각각 영역평균 된 500 hPa 연직속도의 차로 정의된다. 이 두 지수에 대해서는 Vecchi and Soden (2007)의 연구를 참고하기 바란다.

    한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 시계 열 분석

    Fig. 2a는 한국 및 중국 북부지역 영역평균 여름 강수량의 노말라이즈 된 시계열이다. 전체적으로, 뚜 렷한 경년변동 및 십년간 변동을 나타낸다. 또한 32 년 동안 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 이 경향 은 90% 신뢰수준에서 유의하다. 또한 이 증가경향은 1990년대 후반에 뚜렷하게 나타나며, 이는 5년 이동 평균의 시계열에서 더욱 뚜렷하게 확인할 수 있다 (Fig. 2b). 1983-1997년 동안에는 3년(1988, 1989, 1991년)을 제외하고 모두 음의 값을 나타내는 반면, 1998년 이후에는 모두 양의 값을 나타낸다. 따라서 이 연구는 한국 및 중국 북부지역에서 1998년 이후 에 여름 강수량이 증가한 원인을 알아보기 위해 1998-2012년 평균과 1981-1997년 평균 사이에 차를 분석한다.

    1998-2012년 기간 평균과 1981-1997년 기간 평균 사이의 차

    이 연구는 먼저 두 기간 사이에 외향장파복사, 전 운량, 강수량에 대해 두 기간 사이에 차를 분석하였 다(Fig. 3). 먼저 외향장파복사 분석에서 중국 중남부 지역으로부터 한국 및 동중국해를 지나 일본까지 남 서에서 북동방향으로 음의 아노말리가 분포되어 있다 (Fig. 3a). 또한 음의 아노말리는 해양성 대륙(Maritime Continent)에서도 뚜렷하다. 반면에 적도 동태평양으 로부터 적도 서태평양까지 양의 아노말리를 나타낸 다. 이는 동아시아 중·저위도 지역과 해양성 대륙에 서는 최근에 여름철 대류가 강화된 반면, 적도 동태 평양으로부터 적도 서태평양까지의 지역에서는 대류 가 약화되었음을 의미한다. 이러한 외향장파복사 분 석에서의 공간분포는 전운량의 공간분포와 반대의 패 턴을 나타낸다(Fig. 3b). 중국 동해안 중부로부터 한 국 및 일본지역과 해양성 대륙에서는 양의 아노말리 를 나타내는 반면, 적도 열대 및 아열대 중태평양으 로부터 적도 열대 및 아열대 서태평양 지역에서는 음의 아노말리를 나타낸다. 이는 중국 동해안의 중부 지역으로부터 한국 및 일본지역과 해양성 대륙에서는 최근에 강수가 내릴 가능성이 더 높고, 적도 열대 및 아열대 중태평양으로부터 적도 열대 및 아열대 서태 평양 지역에서는 강수가 내릴 가능성이 더 낮음을 의미한다. 강수량 분석에서의 공간분포는 전운량에서 의 공간분포와 비슷한 패턴을 나타낸다(Fig. 3c). 동 아시아 중·저위도와 해양성 대륙에서는 양의 아노말 리를 적도 태평양에서는 음의 아노말리를 나타낸다.

    이렇게 최근에 한국 및 중국 북부지역을 포함하는 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 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 화될수록 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량이 증가(감소)함을 의미한다. 한편 200 hPa 동서류의 노 말라이즈 된 시계열과 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 노말라이즈 된 시계열에서 전자의 시 계열은 전체적으로 증가하는 경향이 강하며, 이 증가 경향은 90% 신뢰수준에서 유의하다(Fig. 5b). 또한 두 시계열 사이에는 동위상 관계가 뚜렷하여 두 변 수 사이에는 0.71의 높은 양의 상관관계를 나타낸다. 이 상관관계는 99% 신뢰수준에서 유의하다. 이는 니 뇨-4 지역에서의 대류권 상층에서 서(동)풍 아노말리 가 강화될수록 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강 수량이 증가(감소)함을 의미한다.

    실제로 최근에 라니냐 패턴의 대기순환 아노말리가 강화되었는지를 알아보기 위해 500 hPa 연직속도에 대해 두 기간 사이에 차를 분석하였다(Fig. 6a). 해양 성 대륙에는 음의 아노말리가 적도 중앙 및 동태평 양에서는 양의 아노말리가 형성되어 있다. 이는 해양 성 대륙에서 상승한 기류가 적도 중앙 및 동태평양 에서 하강하는 워커 순환이 최근에 강화되어 있음을 의미한다. 따라서 워커 순환 지수의 시계열과 한국 및 중국 북부 지역에서 여름 강수량의 노말라이즈 된 시계열을 분석하였다(Fig. 6b). 워커 순환 지수는 최근까지 꾸준히 증가하는 경향을 나타내며, 이 증가 경향은 90% 신뢰수준에서 유의하다. 또한 두 변수 사이에는 동위상 관계가 뚜렷하여 0.65의 높은 양의 상관관계를 나타낸다. 이 상관관계는 99% 신뢰수준 에서 유의하다. 이는 워커 순환이 강(약)화될수록 한 국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량이 증가(감소) 함을 의미한다. Fig. 6a에서는 워커 순환 뿐만 아니 라 지역 해들리 순환 역시 강화되어 있음을 볼 수 있다. 해양성 대륙에는 음의 아노말리가, 아열대 서 태평양에서는 양의 아노말리가 강화되어있다. 반대로 동아시아 중위도 지역에서는 음의 아노말리가 강화되 어 있어 해양성 대륙과 동아시아 중위도 지역에서 상승한 공기가 아열대 서태평양에서 하강하는 지역 해들리 순환이 강화되어 있다. 실제로 지역 해들리 순환이 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 변동과 연관되는지를 알아보기 위해 지역 해들리 순 환 지수와 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량 의 노말라이즈 된 시계열을 분석하였다(Fig. 6c). 지 역 해들리 순환 지수는 최근까지 증가하는 경향을 나타내며, 이 증가경향은 90% 신뢰수준에서 유의하 다. 또한 두 변수 사이에는 동위상 관계가 뚜렷하여 0.59의 높은 양의 상관관계를 나타낸다. 이 상관관계 는 99% 신뢰수준에서 유의하다. 이는 지역 해들리 순환이 강화되면 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량이 증가함을 의미한다.

    실제로 최근에 워커 순환이 강화되었는지를 알아보 기 위해, 5°S-5°N를 평균하여 나타낸 동서 연직 대기 순환에 대해 두 기간 사이에 차를 분석하였다(Fig. 7a). 적도 서태평양에서 상승한 공기가 적도 중앙 및 동태평양에서 하강하는 워커 순환 아노말리가 최근에 강화되어 있음을 볼 수 있다. 기온에 대한 두 기간 사이에 차에서는 적도 서태평양에서는 온난 아노말리 가 형성되어 있는 반면, 적도 중앙 및 동태평양에서 는 한랭 아노말리가 형성되어 있다(Fig. 7b). 이는 라 니냐 패턴에서 나타나는 전형적인 기온의 동서 연직 분포이다. 또한 최근에 지역 해들리 순환이 강화되었 는지를 알아보기 위해 한국 및 중국 북부 지역이 속 해있는 경도대인 110°-130°E를 평균하여 나타낸 남북 연직 대기순환에 대해 두 기간 사이에 차를 분석하 였다(Fig. 8a). 앞서 설명하였듯이 10°S-0에서 상승한 기류가 0-20°N에서 하강하는 지역 해들리 순환이 최 근에 강화되어 있음을 볼 수 있다. 또한 20°-30°N에 서 상승한 기류 역시 0-20°N에서 하강한다. 따라서 동서 및 남북 연직 대기순환의 특징으로부터 한국 및 중국 북부지역의 최근 여름 강수량의 증가는 워 커 순환과 지역 해들리 순환의 강화와 연관됨을 알 수 있다. 한편 기온에 대한 두 기간 사이에 차에서는 10°S-10°N과 20°-40°N에서 온난 아노말리가 형성되 어 있는 반면, 10°-20°N에서는 한랭 아노말리가 형성 되어 있다(Fig. 8b).

    여름철 동아시아 중위도 지역에서의 강수량은 북태 평양 고기압의 영향을 많이 받는다. 따라서 두 기간 에 대해 북태평양 고기압의 발달 정도를 분석하였다 (Fig. 9). 여기서 북태평양 고기압은 0°-60°N와 100°-180°E의 영역에서 500 hPa에서 5,875 gpm보다 큰 값 을 갖는 영역으로 정의된다. 1998-2012년 기간의 북 태평양 고기압이 1981-1997년 기간의 북태평양 고기 압보다 좀더 북서쪽으로 발달해 있음을 볼 수 있다. 따라서 강수형성에 도움을 주는 온난 다습한 기류가 최근에 한국 및 중국 북부지역에 좀 더 많이 공급될 수 있는 가능성이 있음을 알 수 있다.

    한편 상층 제트의 위치와 강도 역시 강수형성에 영향을 준다. 따라서 이 연구는 두 시기에 대해 상층 제트의 발달정도를 분석하였다(Fig. 10a). 여기서 상 층 제트는 200 hPa 동서류가 25 m s−1 보다 큰 값을 갖는 영역으로 정의된다(Liang and Wang, 1998; Lau et al., 2000). 1998-2012년 기간의 상층 제트는 한국 및 중국 북부지역을 덮고 있는 반면 1981-1997년 기 간의 상층 제트는 110°E의 서쪽에 위치해 있다. 상층 제트의 하층에서는 상승기류가 강화되어 강수형성이 용이해 진다. 따라서 상층 제트가 한국 및 중국 북부 지역을 덮고 있는 1998-2012년 기간에 이 지역에서 좀 더 많은 강수량이 형성될 수 있음을 알 수 있다. 1998-2012년 기간에 상층 제트가 더 강화되었음은 200 hPa 동서류에 대해 두 기간 사이에 차의 분석을 통해 알 수 있다(Fig. 10b). 중국 중·북부지역으로부 터 한국를 지나 일본 북동해상까지 서풍 아노말리가 강화되어 있다. 이는 1998-2012년 기간에 이 지역에 서 상층 제트가 더 강화되었을 의미한다.

    몬순은 대륙과 해양사이에 온도차로 정의된다. 따 라서 이 연구는 동아시아 지역에서 여름철 850 hPa 기온의 기후평균을 분석하였다(Fig. 11a). 육지와 해 양의 비열차로 인해 해양보다 육지에서 기온차가 더 크다. 특히 중국 북부지역에서 바이칼호 동쪽지역으 로 온도골이 위치해 있다. 따라서 이 연구에서 육지 의 영역은 온도골이 위치해 있는 중국 북부지역(35°-45°N, 100°-120°E)으로, 해양의 영역은 기온의 경도 가 가장 낮은 열대 서태평양의 일부해역(5°-15°N, 160°-180°E)로 정의되었다. 이후 850 hPa 기온에 대 해 육지와 해양사이에 차의 시계열을 분석하였다 (Fig. 11b). 이 시계열은 전체적으로 증가하는 경향을 나타내며, 이 경향은 90% 신뢰수준에서 유의하다. 이는 점차 육지의 온도가 해양보다 높아져서 동아시 아에 여름 강수량이 증가할 수 있는 좋은 환경을 제 공해 줄 수 있다. 실제로 한국 및 중국 북부지역에서 의 여름 강수량과 850 hPa 기온에 대해 육지와 해양 사이에 차 사이의 시계열은 뚜렷한 동위상 관계를 나타낸다. 따라서 두 변수 사이에는 0.60의 높은 양 의 상관관계를 나타내며, 이는 99% 신뢰수준에서 유 의하다. 이 결과는 육지와 해양사이에 온도차가 커질 수록 한국 및 중국 북부지역에서의 여름강수량이 증 가함을 의미한다.

    실제로 최근에 라니냐 패턴이 강화되었는지를 알아 보기 위해 해수면 온도에 대해 두 기간 사이에 차를 분석하였다(Fig. 12a). 미국 서부 해안으로부터 적도 중태평양까지와 페루 서쪽해안에 한랭 아노말리가 형 성되어 있다. 반면, 북서 태평양과 남서 태평양에는 온난 아노말리가 형성되어 있어, 전형적인 라니냐 패 턴의 해수면 온도 어노말리가 최근에 강화되어 있음 을 볼 수 있다. 한편, 해수면 온도와 한국 및 중국 북부지역에서의 여름 강수량 사이에 상관을 분석하였 다(Fig. 12b). 상관계수의 공간분포는 Fig. 12a에서 보인 해수면 온도에 대한 두 기간 사이에 차의 공간 분포와 유사하다. 특히, 멕시코 서쪽해안 근처에서 아주 높은 음의 상관이, 베링해 남쪽에 높은 양의 상 관이 각각 분포되어 있다. 이는 앞서 살펴보았듯이 북태평양에 거대한 고기압성 순환이 강화되었기 때문 이다. 최근에 라니냐 패턴이 강화되었기 때문에 멕시 코 서쪽해안 영역(15°-25°N, 135°W-115°W)에서 평균 된 해수면 온도와 한국 및 중국 북부지역에서의 여 름 강수량 사이에 시계열을 분석하였다(Fig. 12c). 멕 시코 서쪽해안에서 영역 평균된 해수면 온도는 최근 까지 감소하고 있으며, 이 감소추세는 90% 신뢰수준 에서 유의하다. 또한 두 시계열 사이에는 역위상 관 계가 뚜렷하여, 두 변수 사이에는 −0.58의 높은 음의 상관관계를 나타낸다. 이 음의 상관관계는 99% 신뢰 순준에서 유의하다. 이는 멕시코 서쪽해안에 해수면 온도가 상승(하강)하면 한국 및 중국 북부지역의 여 름 강수량은 감소(증가)함을 의미한다.

    전구 규모 대기순환의 특징을 알아보기 위해 200 hPa 속도 포텐셜에 대해 두 기간 사이에 차를 분석 하였다(Fig. 13). 적도 중태평양에 수렴의 중심이 위 치하고 호주 북서 해상에 발산의 중심이 위치한다. 이는 해양성 대륙에서 상승한 기류가 적도 중태평양 에서 하강하는 워커 순환이 최근에 강화되었음을 의 미한다. 한편 아열대 서태평양에서는 양의 아노말리 가 중국과 한국에는 음의 아노말리가 위치한다. 이는 해양성 대륙에서 상승한 기류가 아열대 서태평양에서 하강하는 지역 해들리 순환이 최근에 강화되었음을 의미한다. 또한 중국과 한국에서 상승한 기류 역시 아열대 서태평양에서 하강하는 대기순환이 형성되어 있음을 알 수 있다.

    지금까지 분석된 것처럼 한국 및 중국 북부지역에 서의 여름 강수량 변동과 연관된 지수들도 1990년대 후반을 기준으로 십년간 변동성이 존재하는지를 살펴 보았다(Fig. 14). 니뇨-4 지역에서 영역평균 된 850 hPa 및 200 hPa 동서류는 1998년을 기준으로 약해지 고 강해짐을 각각 볼 수 있다(Figs. 14a and 14b). 그 리고 워커 순환과 지역 해들리 순환은 모두 1998년 이후 강해지고 있다(Figs. 14c and 14d). 850 hPa 기 온에 대한 육지와 해양사이에 차는 1998년 이후 양 의 아노말리가 뚜렷해졌으며(Fig. 14e), 멕시코 서쪽 해안의 해수면 온도는 1998년 이후 한랭 아노말리가 강해졌음을 볼 수 있다(Fig. 14f).

    요약 및 결론

    이 연구는 한국 및 중국 북부지역에서 영역평균 된 여름 강수량의 증가경향이 1990년대 후반에 뚜렷 하게 나타났음을 분석하였다. 이후 한국 및 중국 북 부지역에서 1998년 이후에 여름 강수량이 증가한 원 인을 알아보기 위해 1998-2012년 평균과 1981-1997 년 평균 사이에 차를 분석하였다.

    외향장파복사 분석에서 중국 중·남부지역으로부터 한국 및 동중국해를 지나 일본까지 남서에서 북동방 향으로 음의 아노말리가 분포되어 있었으며, 또한 음 의 아노말리는 해양성 대륙에서도 뚜렷하게 나타났다. 반면에 적도 동태평양으로부터 적도 서태평양까지 양 의 아노말리를 나타냈다. 이는 동아시아 중·저위도 지역과 해양성 대륙에서는 최근에 여름철 대류가 강 화된 반면, 적도 동태평양으로부터 적도 서태평양까 지의 지역에서는 대류가 약화되었음을 의미하였다.

    이렇게 최근에 한국 및 중국 북부지역을 포함하는 동아시아 중·저위도 지역과 해양성 대륙에서 여름 강수량이 증가한 이유를 알아보기 위해 850 hPa 유 선에 대해 두 기간 사이에 차를 분석하였다. 전체적 으로 북태평양 지역에는 거대한 고기압성 순환 아노 말리가 강화되었으며, 남반구의 호주 동쪽지역에도 역시 고기압성 순환 아노말리가 강화되었다. 양반구 에서 이러한 순환 아노말리에 의해 적도 중태평양으 로부터 열대 서태평양에 동풍 아노말리(무역풍 아노 말리)가 강화되었다. 이는 라니냐 해에 나타나는 대 기순환 아노말리 패턴이었다. 200 hPa 유선에서는 열 대 중앙 및 서태평양에서 저기압성 순환 아노말리가 강화되었으며, 남반구 태평양에도 거대한 고기압성 순환 아노말리가 역시 강화되었다. 이러한 두 순환 아노말리에 의해 적도 중앙 및 서태평양에서는 서풍 아노말리가 강화되었다.

    최근에 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 증가가 최근에 강화된 라니냐 패턴과 연관되는지 알 아보기 위해 니뇨-4 지역에서 영역 평균된 여름철 850 hPa 및 200 hPa 동서류의 노말라이즈 된 시계열 과 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 노말 라이즈 된 시계열을 분석하였다. 먼저 850 hPa 동서 류의 노말라이즈 된 시계열과는 −0.59의 높은 음의 상관관계를 나타내었다. 이는 니뇨-4 지역에서의 대 류권 하층에서 동(서)풍의 아노말리가 강화될수록 한 국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량이 증가(감소) 함을 의미하였다. 한편 200 hPa 동서류의 노말라이즈 된 시계열과는 0.71의 높은 양의 상관관계를 나타내 었다. 이는 니뇨-4 지역에서의 대류권 상층에서 서(동) 풍의 아노말리가 강화될수록 한국 및 중국 북부지역 에서 여름 강수량이 증가(감소)함을 의미하였다.

    실제로 최근에 라니냐 패턴의 대기순환 아노말리가 강화되었는지를 알아보기 위해 워커 순환 지수의 시 계열과 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 시계열에 대해 분석하였다. 두 변수 사이에는 0.65의 높은 양의 상관관계를 나타내었으며, 이는 워커 순환 이 강(약)화될수록 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량이 증가(감소)함을 의미하였다. 또한 실제로 지 역 해들리 순환이 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량의 변동과 연관이 있는지를 알아보기 위해 지 역 해들리 순환 지수와 한국 및 중국 북부지역에서 여름 강수량에 대한 시계열을 분석하였다. 두 변수 사이에는 0.59의 높은 양의 상관관계를 나타내었으며, 이는 지역 해들리 순환이 강화되면 한국 및 중국 북 부지역에서 여름 강수량이 증가함을 의미하였다.

    한편 이 연구는 두 시기에 대해 상층 제트의 발달 정도를 분석하였다. 1998-2012년 기간의 상층 제트는 한국 및 중국 북부지역을 덮고 있는 반면, 1981- 1997년 기간의 상층 제트는 110°E의 서쪽에 위치해 있었다. 따라서 한국 및 중국 북부지역을 덮고 있는 1998-2012년 기간에 이 지역에서 좀 더 많은 강수량 이 형성될 수 있음을 알 수 있었다.

    몬순은 대륙과 해양사이에 온도차로 정의되기 때문 에 이 연구는 850 hPa 기온에 대해 육지와 해양사이 에 차의 시계열을 분석하였다. 한국 및 중국 북부지 역에서의 여름 강수량과 850 hPa 기온에 대한 육지 와 해양사이에 차 사이에는 0.60의 높은 양의 상관관 계를 나타내었으며, 이는 육지와 해양사이에 온도차 가 커질수록 한국 및 중국 북부지역에서의 여름 강 수량이 증가함을 의미하였다.

    지금까지 분석된 것처럼 한국 중국 북부지역에서의 여름 강수량 변동과 연관된 지수들도 1990년대 후반 을 기준으로 십년간 변동성이 존재하는지를 살펴보았 다. 니뇨-4 지역에서 영역평균 된 850 hPa 및 200 hPa 동서류는 1998년을 기준으로 약해지고 강해짐을 각각 볼 수 있었다. 그리고 워커 순환과 지역 해들리 순환은 모두 1998년 이후 강해지고 있었다. 850 hPa 기온에 대한 육지와 해양사이에 차는 1998년 이후 양의 아노말리가 증가하였다.

    감사의 글

    이 연구는 국립기상과학원의 주요사업인 “예보기술 지원 및 활용 연구” 사업에 의하여 수행되었습니다.

    Figure

    JKESS-38-1-35_F1.gif

    Korea-north China summer (June-August, JJA) rainfall region (35°-40°N, 110°-130°E).

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    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.

    JKESS-38-1-35_F3.gif

    Differences in (a) outgoing longwave radiation (OLR), (b) total cloud cover, and (c) precipitation between 1998-2012 and 1981-1997.

    JKESS-38-1-35_F4.gif

    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.

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    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°S-5°N, 160°E-150°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).

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    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.

    JKESS-38-1-35_F7.gif

    Composite differences of longitude-pressure cross section of (a) vertical velocity (contours) and zonal circulations (vectors) and (b) air temperature averaged along 5°S-5°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°C for air temperature, respectively.

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    Composite differences of latitude-pressure cross section of (a) vertical velocity (contours) and meridional circulations (vectors) and (b) air temperature averaged along 110°-130°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 0.5−2h Pa s−1 for vertical velocity and 0.2°C for air temperature, respectively.

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    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.

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    (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 m s−1 and shaded areas are significant at the 95% confidence level.

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    (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.

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    (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°-25°N and 135°W-115°W).

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    Same as in Fig. 3, but for 200 hPa velocity potential. Shaded areas denote negative anomalies. Contour interval is 3 m2 s−1 10−6.

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    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.

    Table

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