북서태평양 위성 해수면온도 자료를 활용한 해양 규모의 시공간 변동성

Abstract

해수면온도는 해양-대기의 여러 현상과 기후 변화에서 핵심 변수이다. 해수면온도의 분포는 해양 현상의 시간적 공간적 규모를 이해할 수 있는 중요한 단서를 제공한다. 본 연구에서는 2015년 1월부터 2021년 12월의 인공위성 해수면온도 자료를 활용하여 북서태평양의 해수면온도를 통해 해양 현상의 규모를 산출하고 시공간 변동성을 분석하였다. 해양 규모를 산출하기 위하여 각 격자를 포함한 특정 범위에서 위도와 경도에 대한 공간 추세 경향성을 제거하였으며 거리에 따른 2차원 자기상관함수를 계산하였다. 이 자기상관함수 분포의 e-folding 되는 지점들로 타원 근사를 하여 타원의 주요한 특성 변수인 타원중심 좌표, 장반경 길이, 단반경 길이, 장축의 경사각, 이심률, 평균반경 길이를 유도하였다. 북서태평양의 공간 규모는 평균반경 분포에 중규모 소용돌이의 공간 규모 및 표층 해류와 해양 전선의 공간 분포 경향성이 잘 반영되었으며 장축의 경사각과 이심률의 분포에서 해양 현상의 흐름 방향성과 형태의 특성이 반영된 것을 확인할 수 있었다. 또한 산출한 인자들을 분석하여 시공간 변동성을 파악한 결과 표층 해류와 해양 전선의 특징이 반영된 계절 변동성과 경험직교함수 분석 결과 동해 및 황해에서 나타나는 경년 변동성을 도출하였다. 본 연구에서 타원 근사를 통해 도출한 해양 규모 산출값은 각 해역의 물리적 현상 및 변동성을 잘 설명할 수 있었으며 유의미한 계절 변동성과 경년 변동성을 보여주었다. 이에 다양한 기후 변화 인자와 시공간 변동성을 비교하는 후속 연구가 필요하며 이 자료를 내삽 영역으로 적용하여 해수면온도 합성장을 산출하거나 수치모델 입력값으로 활용한다면 중규모 소용돌이 및 해양 현상에 대한 연구와 변화 예측에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.

Sea surface temperature is a key variable in various phenomena of the ocean-atmosphere and climate change. The distribution of sea surface temperatures provides an important clue to understanding the spatiotemporal scale of ocean phenomena. In this study, the scale of ocean phenomena was calculated through the sea surface temperature of the Northwest Pacific using satellite sea surface temperature data from January 2015 to December 2021, and spatiotemporal variability was analyzed. In order to calculate the oceanic scales, the spatial trend tendency for latitude and longitude was removed from a specific range including each lattice, and the two-dimensional autocorrelation function was calculated according to the distance. Elliptical approximation was performed to the e-folding points of the autocorrelation function distribution to derive the major characteristic variables of the ellipse: ellipse center coordinates, semi-major axis, semi-minor axis, tilting angle, eccentricity, and mean radius. The spatial scale of the Northwest Pacific was well reflected in the mean radius distribution, the spatial scale of the mesoscale eddies and the spatial distribution tendency of the surface currents and oceanic fronts, and the distribution of the tilting angle and eccentricity reflected the flow direction and eccentricity. In addition, seasonal variability reflecting the characteristics of surface currents and oceanic fronts, and age variability in the East Sea, Yellow Sea, and were derived as a result of analyzing the empirical orthogonal function. In this study, the calculated values of ocean scale derived through elliptic approximation were able to explain the physical phenomena and variability of each sea area well and showed significant seasonal and aging variability. Subsequent studies comparing various climate change factors and spatiotemporal variability are needed, and it is expected that applying this data as an interpolation area to calculate sea surface temperature summation or use it as a numerical model input can help research and predict changes in mesoscale eddies and ocean phenomena.