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전혜영 교수
전혜영 교수팀, 성층권 준격년진동 붕괴 원인 규명 대기과학과
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전혜영 교수팀, 성층권 준격년진동 붕괴 원인 규명
기존 성층권 준격년진동 붕괴 가설의 한계점을 극복한 새로운 관점 제시
[사진. 전혜영 교수(왼쪽), 강민지 제1저자]
대기과학과 전혜영 교수 연구팀이 성층권 준격년진동 붕괴 원인을 규명했다. 적도성층권 준격년주기 진동(quasi-biennial oscillation; 이하 QBO)은 적도 성층권의 동서류가 약 28개월 주기로 동풍과 서풍으로 바뀌는 현상으로, 적도 대류에 의해 생성되어 성층권으로 전파하는 적도 행성파 및 중력파, 그리고 중위도에서 적도로 전파하는 로스비파에 의한 양과 음의 운동량속에 의해서 결정된다. QBO 관측이 시작된 1953년 이래 비교적 규칙적인 진동을 하던 QBO가 2016년 2월 처음으로 QBO의 서풍위상의 중간에서 생긴 갑작스러운 동풍 발달로 인해 붕괴되는데, 이를 ‘QBO 붕괴’라 부른다. 당시 학계에서는 이 현상을 단발성의 이례적 현상으로 간주하였으며, 계절예측모델에서도 이 현상을 예측하지 못하였다. 그러나 약 4년 뒤인 2020년 1월에 QBO 붕괴가 또다시 발생하면서 현상의 원인 및 미래 전망에 대한 의문이 제기됐다.
기존 연구들에서는 중위도에서 적도로 전파하는 로스비파의 강화가 QBO 붕괴의 주요 원인이라는 가설을 제시하였으나 중위도 로스비파 강제력으로 인한 동풍 발달이 QBO 서풍위상의 중간에서 국지적으로 나타난 이유에 대해서는 설명하지 못하였다. 본 연구에서는 QBO 붕괴동안 적도 하부성층권에서 서풍이 강화되어 동풍발달을 저지함으로써 서풍위상의 중심부에서만 동풍발달이 나타나게 하였음을 처음으로 보였다. 또한 강화된 서풍이 적도 행성파 및 중력파를 상당부분 상향 전파시켜 QBO 붕괴에 필요한 동풍 강제력을 제공함으로써 비가역적인 QBO 붕괴 발달을 도왔다.
본 연구에서는 최근 30여년 기후 자료를 토대로 적도 하부성층권 서풍강화가 기후 변화에 기인하였을 가능성을 제기하였다. 실제로 IPCC 6차 보고서에 실린 기후모델의 미래기후 시나리오에서는 적도 하부성층권 서풍강화를 동반한 QBO 붕괴 현상이 나타남을 보여주었다. 이는 향후 QBO 붕괴 발생 빈도가 더 증가할 것임을 의미한다.
그림 1. (A) QBO 붕괴 모식도. 빨간색 및 파란색 화살표는 각각 양 및 음의 운동량을 가진 적도 파동을 의미함. (B-F) 모식도에 나타난 각 파동의 시간 변화 및 그 추세선.
본 연구는 새로운 가설을 통해 QBO 역학의 과학적 이해를 증진시켜 QBO 예측성 향상에 기여할 것이다. 정확한 QBO예측은 중위권 대류권 일기의 계절예측을 향상시키므로 QBO 붕괴 발생 메커니즘 규명은 대류권 예측성 측면에서도 그 의의가 크다. 이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실 및 연세시그니처 사업의 지원으로 수행되었으며 세계적인 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 7월 6일(현지시간) 게재됐다.
논문명: Role of tropical lower stratosphere winds in quasi-biennial oscillation disruptions
Researcher