Modulation of tropospheric circulation over the North Pacific by stratospheric quasi-biennial oscillation and its implications for prediction

Abstract

준2년주기진동은 성층권의 대표적인 장주기 자연변동성으로써, 열대 성층권 동서바람의 방향이 동풍에서 서풍으로 번갈아 나타나는 현상이다. 성층권 장주기 변동성과 관련된 모멘텀은 고위도로 이동하면서, 아열대 대류권으로 내려가는 특성이 있어서 지표면 기후까지 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 특히 늦겨울에 동아시아 지역의 지표기온이 준2년주기진동이 동풍일 때 평년보다 따뜻한 특징이 있음을 발견하였다. 준2년주기진동과 관련된 기온 변화는 한겨울에 엘니뇨 남방진동이 동아시아에 미치는 영향과 비슷하다. 준2년주기진동이 북태평양순환에 어떻게 영향을 주는지 알아보기 위해서, 에디-평균장 되먹임현상과 준2년주기진동-대류활동의 상호작용과 관련된 로스비파 트레인이 발달하는 현상을 바탕으로 열대 성층권 동서바람의 방향에 따른 대류권 순환장의 변화 메커니즘에 대해서 알아보고자 한다. 준2년주기진동과 관련된 열대성층권 동서바람은 파동-평균장 상호작용에 의해서 고위도로 전파하는 특징이 있다. 중위도 이상의 위도대에서 가장 뚜렷한 자연변동성은 제트의 변동성으로, 북태평양 지역은 특히 제트의 이동과 강도변화가 동시에 발생하는 자연변동성을 갖는 지역이다. 변동-소산 이론에 의해서, 열대 성층권에서 고위도 성층권으로 전파된 동서바람이 대류권의 자연변동성 패턴에 잘 접합될 때, 성층권 바람은 외부에서 추가된 토크의 역할을 하여, 증폭된 제트의 변동성이 준2년주기진동의 반응으로 나타나는 것을 설명할 수 있다. 본 연구에서는 위와 같은 방법으로 늦겨울에 준2년주기진동과 관련된 태평양 제트의 남북방향이동에 대해서 설명하고자 하며, 이는 스톰트랙의 이동을 유도하고, 대류 현상에 영향을 주어, 준2년주기진동과 관련된 대류권 순환의 변화가 북태평양지역의 수문학적 변화의 원인이 될 수 있음을 알 수 있다.

The stratospheric quasi-biennial oscillation (QBO) is the most prominent inter-annual variability of zonal wind in the tropical lower stratosphere. The associated QBO momentum anomalies tend to move poleward and downward, affecting surface climate in a major way. Particularly, it is found that the surface temperature over East Asia in late winter is anomalously warm during the easterly phase of QBO. This temperature anomaly is roughly comparable in amplitude to the one associated with El Nin ̃o - Southern Oscillation (ENSO) in mid-winter. In order to explore how the QBO affects the North Pacific circulation, we examine the role of eddy-mean flow interactions and local Rossby wave sources over the North Pacific. It is found that the response to QBO is consistent with the fluctuation-dissipation theorem (FDT). When additional torques, associated with poleward propagation of QBO-induced zonal wind, are well projected onto annular mode pattern in the troposphere, the tropospheric circulation pattern is changed to annular-mode-like dipole patterns, as suggested by FDT. It is also found that the modulation of storm tracks along with jet shift induces convection anomalies, indicating that QBO-related tropospheric circulation changes may cause hydrological changes in the North Pacific.