Influence of ENSO-related sea surface temperature on tropical cyclone activity over the Western North Pacific in a regional climate model

Abstract

지역기후모델에 스펙트럴 너징 기법과 수정된 강수 물리 방안을 적용하여 태풍 모의 성능을 개선하였다. 스펙트럴 너징 주기에 대한 민감도 실험 수행을 통해서 적절하게 약한 스펙트럴 너징은 대기-해양 상호작용과 관련된 물리적인 과정을 강화시켜 현실적으로 강한 태풍을 모의할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 하지만 스펙트럴 너징 기법은 모델의 태풍 모의 성능을 향상시키는 장점이 있는 반면, 측면 경계조건에 의한 원격 강제력이 오염되는 단점이 있다. 대안으로 태풍 모의에서 중요한 강수 과정의 불확실성을 줄이기 위해 Kain-Fritch 적운 대류 모수화 방안과 WSM3 구름 미세물리 방안을 수정하였다. 일부 편차가 있지만 모델은 관측된 태풍활동패턴을 현실적으로 재현하였다. 개선된 WRF 지역기후모델을 이용하여 엘니뇨-남방진동과 관련된 중태평양과 인도양 해수면 온도의 변동이 북서태평양 태풍 발생과 진로에 미치는 영향을 조사하였다. 관측 분석을 통하여 동중국해로 이동하는 태풍 수와 적도 및 북아열대 중태평양 해수면 온도의 양의 상관관계를 밝혀냈다. 중태평양 엘니뇨 기간 동안 적도가 아닌 북아열대 중태평양 온난화에 의해 적절한 지향류 아노말리가 효과적으로 유도되어 동아시아 태풍 활동이 증가된 것을 지역기후모델을 이용한 실험을 통해서 밝혔다. 중태평양 엘니뇨와 관련하여 처방된 해수면 온도 아노말리가 적도에 국한된 실험에서는 동중국해에서 태풍 활동이 증가되지 못하는 반면에, 북아열대 지역을 포함한 실험에서는 관측된 분포가 성공적으로 재현되었다. 이것은 북아열대 중태평양 해수면 온도가 필리핀해에 위치해 있는 저기압성 아노말리 반응을 보다 북쪽으로 확장시키는 것을 의미한다. 북서태평양 태풍 발생 수는 열대 인도양과 북아열대 중태평양의 해수면 온도와 각각 음과 양의 상관관계가 있다. 둘 중에서 어느 강제력이 태풍 발생 수의 변동에 더 결정적인 역할을 하는지 조사하였다. 북서태평양 태풍 발생 수에 대해 열대 인도양과 북아열대 중태평양 강제력의 상대적인 기여도를 확인하기 위해 해수면 온도 아노말리의 반대 부호를 동시에 가진 사례에서 민감도 실험을 수행하였다. 그 결과, 태풍 수의 변동에 대한 열대 인도양 강제력의 기여도는 북아열대 중태평양 강제력보다 상대적으로 작고, 두 강제력이 동시에 작용한 경우가 단일 강제력보다 더 크게 나타났다.

The simulation capability of tropical cyclone (TC) activity over the western North Pacific (WNP) was improved, by applying spectral nudging (SN) technique and modified precipitation physical schemes to Weather Research and Forecasting (WRF) regional climate model (RCM). Through sensitivity experiments to the SN interval were conducted, the intensity of simulated TC in the experiment with 15 min interval was prominently enhanced, since physical processes related to air-sea interaction were intensified due to the effectively weak SN. While the SN has an advantage of improving the model performance, it has a disadvantage of contaminating remote forcing with lateral boundary condition. Alternatively, the Kain-Fritch cumulus parameterization and WSM3 cloud microphysics scheme were modified to reduce uncertainty in precipitation processes, which are important in simulating TC. Despite some biases in TC simulation, it is sufficient to say that the model reasonably reproduced observed patterns of TC activities. The influence of El Niño–Southern Oscillation (ENSO) related to sea surface temperature (SST) over the central Pacific and Indian Ocean on TC genesis and track over the WNP in July–October were examined using the improved WRF RCM. Observational records reveal that the number of TCs approaching East Asia is positively correlated with SSTs in the equatorial and northern off-equatorial central Pacific (NOECP) oceans. Through sensitivity experiments, this study demonstrates that it is NOECP warming, rather than equatorial CP warming, that effectively induces local anomalous steering flows pertinent to the observed increase in TC activity over East Asia during central Pacific El Niño (CP-EN). Sensitivity experiments, in which the prescribed CP-EN-related SST anomaly is confined near the equator, do not capture the observed TC increase over East Asia, whereas those including the off-equatorial region successfully reproduce observed atmospheric and TC variability. The off-equatorial CP SST anomaly acts to expand the anomalous cyclonic response in the Philippine Sea farther northward. WNP TC frequency was positively and negatively correlated with NOECP and tropical IO (TIO) SST warming during 1982-2010, respectively. It is investigated which region in the TIO or NOECP is more critical for the formation of the circulation response relevant to variation of TC genesis frequency. To identify the relative contributions of the TIO and NOECP SST forcings to the WNP TC genesis frequency, sensitivity experiments were performed for the cases with the opposite signs of SST anomaly at the same time. As a result, it is found that the relative contributions of TIO SST forcing to the variation in the WNP TC genesis are rather smaller than NOECP SST forcing. Furthermore, the relative contributions of double SST (TIO and NOECP) forcings are larger than those of single SST forcing.