QBO Influence on MJO Convection in a Numerical Weather Prediction Model

Abstract

A series of observational studies have shown that the Madden-Julian Oscillation (MJO) in boreal winter is significantly modulated by the Quasi-Biennial Oscillation (QBO). It becomes anomalously strong during the easterly QBO (EQBO) winters but weak during the westerly QBO (WQBO) winters. In this study, its causal relationship is tested by integrating WRF model with varying lateral boundary conditions. The MJO event on December 2007, which was in EQBO winter, is chosen as a reference case. The control ensemble-mean experiment (EQBO run) qualitatively reproduces the observed MJO. When the lateral boundary conditions are switched with ones for WQBO winter (WQBO run), the MJO event becomes weaker than the EQBO run with a pronounced weakening over the Maritime Continent. All eight ensemble members exhibit a smaller amount of precipitation over the Maritime Continent in the WQBO run than in the EQBO run. This result hints a causal relationship that the MJO strength is likely modulated by the QBO. The possible mechanism is briefly discussed.

매든-줄리안 진동(Madden-Julian Oscillation; MJO)과 준 2년 주기 진동(Quasi-Biennial Oscillation; QBO) 사이의 관계는 최근 많은 연구들에서 밝혀졌다. 성층권의 동서방향 바람이 동풍(Easterly QBO; EQBO)일 때, 서풍(Westerly QBO; WQBO)일 때보다 MJO의 활동성은 더 강해지는 것으로 나타났다. 이러한 관계가 재분석자료에서 잘 나타남에도 불구하고, 수치모델에서는 두 관계의 모의에 어려움을 겪어왔다. 본 연구에서는 WRF 모델을 이용하여 QBO의 배경장이 MJO에 영향을 미칠 수 있는지 검증해보고자 한다. 분석을 위해 2007년 12월의 EQBO의 경계조건을 가지는 MJO 사례를 모의하는 실험(EQBO 실험)을 구성하였고, 경계조건으로 들어가는 재분석자료에서 1.5-3년의 주기의 성분을 Lanczos 필터링하여 제거해줌으로서 WQBO의 경계조건을 가지는 실험(WQBO 실험)을 구성하였다. 그 결과, EQBO 실험에서 WQBO 실험보다 더 강한 강수 반응이 Maritime Continents 부근에서 나타났다. 또한 EQBO 실험에서 MJO 강수강화로 인한 MJO 대류의 상부에 형성되는 음의 기온 아노말리 지역이 관측과 유사하게 WQBO 실험에 비해 더 넓고 차가운 지역이 형성되는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 수치모델을 통해 QBO와 MJO간의 관계가 모의 가능함을 보여주었고, 이를 통해서 QBO와 MJO 간의 물리적, 역학적 관계를 이해할 수 있는 가능성을 시사한다.