접합대순환 모형을 이용한 장기 기상 및 기후 변화 예측
  기후 변동성 연구
  대기/해양 상호작용 연구
  접합대순환 모형 개발
  해양 자료동화 연구
  통계적 방법을 이용한 장기 기상 예측 연구

 접합 대순환 모형 개발

   중,장기적인 기상 및 기후변동을 미리 예측하기 위해서는 대기, 해양, 해빙, 지면, 생물권 등 각 지구 기후 아시스템(subsystem)내의 내부적 작용과 성분간의 비선형적 되먹임(feed -back) 과정을 정확히 이해하는 것이 중요하다(IPCC, 2001). 따라서 이를 총체적으로 다룰 수 있는 접합 대순환 모형을 이용하여 현재의 기후와 기후 변동을 이해하고 미래의 기후를 예측하는 것이 바람직하다. 또한, 장기예보 자료를 위해 계절 규모 이상의 변동에 영향을 미치는 주요 요소인, 해면온도와 해빙, 지면의 조건, 눈 덮인 면적과 지면 습기량 등이 고려되어야 한다. 그리고 엘니뇨/라니냐 등의 해양 변동 예측은 1년 이상의 시간규모를 가지고 변화하는 장주기 변동과 경년 변동, 그보다 짧은 변동의 정확한 예측을 요구한다. 따라서 장기 예보의 정확성을 향상시키기 위해서는 해양과 지면의 장기 변동성을 보다 정확하게 예측할 수 있어야 한다. 따라서 1년 이상의 시간규모를 가지고 변화하는 장주기 변동을 예측하기 위해서는 전 지구 대기-해양-해빙 모형을 결합한 접합 대순환 모형을 개발하고 수행되어야 한다.
   한편, 접합 대순환 모형이 갖는 여러 가지 불확실성에도 불구하고 지속적인 모형의 개발과 접합 방법의 개선, TAO 등과 같은 국제적 해양 관측 프로젝트의 성공적인 수행으로 지난 10년간 접합 모형을 이용한 미래 예측 기술은 크게 향상되었다. 현재까지 장기예보를 수행하기 위해서 여러 선진 국가의 기관에서는 대기-해양-해빙 모형을 결합한 접합 대순환 역학예보 모형을 개발,활용하고 있다..

   다음의 표 1과 2는 본 연구실에서 개발,활용 중인 PNU/CME CGCM과 PNU/GME CGCM에 대한 개괄적인 설명을 나타낸 것이다.


Model Resolution Note

NCAR/CCM3
AGCM

T42
(2.8125 x 2.8125)
L18

- 단파 : delta-Eddington 방법 0.2∼4.5㎛ 영역을 18개 파장 구간으로 나누어
   계산(Briegleb 1992).
- 장파 : broad-band법(Ramanathan and Dickinson 1979)) O3, CH4, N2O,
   CFC11, CFC12, CO2 고려
- 깊은 적운 대류 계산 : Zhang and McFarlane (1995) 방안
- 얕은 대류 계산 : Hack(1994) 방안
- 지면 모형 : Land Surface Mode), Bonan(1998)
- 벌크 공기역학법 이용 : 열 속, 수분 속, 운동량 속 계산

MOM3.0
OGCM
2.812 x 0.703~2.812
L29

- 상층 경계조건 : 운동량 속, 열 속 및 수분속
   + 복원법(restoring method) : 모형의 해면온도와 해면 염분도를 관측된
      해면온도와 해면염분도로 복원→ 열속, 수분속 계산
   + 벌크 공기역학법 이용 → 열 속, 수분 속, 운동량 속 계산.
- 적분간격 : 해수온 , 염분도 -3600초       순압,경압속도 - 1200초

Sea Ice Model OGCM과 동일 - 열역학 부분 : Semtner(1976)의 3층 열역학 해빙 모형
- 역학과 수송 부분 : LANL(Los Alamos National Laboratory)의 EVP 역학
   해빙 모형
- 한 격자 내에서 두꺼운 해빙과 얇은 해빙, 해빙이 없는 부분을 동시에 고려

표 1 PNU/CME CGCM의 개요

   GME CGCM에 대한 개괄적인 설명을 나타낸것이다.

Model Resolution Note

GDAPS/KMA
AGCM

T106
( 1.125 × 1.125 )
L21

- 단파 : Lacis and Hansen(1974)의 구름과 지표의 다중산란 고려).
   Rayleigh , Mie 산란, 지표에 의한 반사
- 장파 : 관측 및 H2O, CO2, O3에 대한 방출
- 대규모 응결 : Kanaimtsu et al. (1983) ,
- 얇은 대류 : Tiedke (1984).
- 중력파 끌림 : Iwasaki et al. (1989).
- 대기 경계층 :?Yamada -Meller(1982)의 level 2.0
- 지면 수문 과정 : SiB model

MOM3.0
OGCM
1.125 x 1.125
L29

- 상층 경계 조건 :?대기 변수의 재분석자료를 이용한 벌크법 사용
- 적분 간격 : 해수온, 염분 - 3600초    경압,순압속도 - 1200초
- 필터링 방법 : Fourier filtering
- 근사 : Boussinesq 근사, rigid lid, Thin shell

Sea Ice Model OGCM과 동일

- 열역학 부분 : Semtner(1976)의 3층 열역학 해빙 모형
- 역학과 수송 부분 : LANL(Los Alamos National Laboratory)의 EVP 역학
   해빙 모형
- 한 격자 내에서 두꺼운 해빙과 얇은 해빙, 해빙이 없는 부분을 동시에 고려

표 2 PNU/GME CGCM의 개요

   표 3은 본 연구실의 PNU/CME CGCM과 PNU/GME CGCM을 DEMETER에 참여한 모델들과 비교한 것이다.

표 3. CGCM Intercomparison

   그림 1과 2는 본 연구실의 접합 대순환 모형과 각 국의 접합 모델의 기온 및 강수 모사 능력을 비교 한 것이다. PNU/GME CGCM모형은 속보정을 한 모형과 비속보정 모형으로 나누어져 있다. CO2의 농도를 산업혁명 이전으로 고정한 모델의 결과들을 나타낸 것으로서     모든 모형들이 관측과 유사한 특징적 분포를 보이고 있다.
기온의 전구 분포를 살펴 보면 PNU 모델들과 여러 모델들은 기온의 남북 기울기와 적도 태평양과 대서양에서의 비대칭적 구조를 잘 모사한다. 여러 모델들이 적도 동태평양을 차게 모사하는 반면 PNU모델들은 동 태평양에서의 기온분포가 관측과 유사함을 볼 수 있다.  

  강수에 대한 각 CGCM들의 기후장을 살펴 보면 모든 모델들이 전체적인 패턴은 잘 모사하고 특히 동북아시아에서 PNU모델들의 강수 밴드 위치가 강도가 관측과 유사한것을 알 수 있다.

그림 1. 각 CGCM들의 기온 모사능력




그림 2. 각 CGCM들의 강수 모사 능력




★ 참고문헌

- 박혜선, 2003: 대기-해양-해빙 접함 모형 개발과 ENSO 예측성 연구, 박사학위 논문
- IPCC, 2001: Climate Change 2001. J.T. Houghton, Y. Ding, J. Griggs, M. Noguer, P. J. van der Linden, X. Dai, K. Maskaell,
   C. A. Johnson, Cambridge Univ. Press, 881
- Duffy, P. B., J. Bell, C. Covey, L. Sloan and CMIP investigators, 2000, Effect of flux adjustment on temperature variability in
   climate models, Geophys. Res. Lett., 27(6), 763-766
- 안중배, 1999: 접합 대순환 모형을 이용한 속보정방법 비교 연구, 한국기상학회지, 35(4),565-574