드레이크 해협을 통과하는 남극순환류의 수송량 변동

Abstract

이 논문에서는 남극해를 시계방향으로 순환하며 대양 대순환과 연결되어 지구의 열과 에너지를 재분배하는 기후 조절자로서 중요한 역할을 담당하는 지구상의 가장 거대 해류인 남극순환류의 수송량 변동을 알아보았다. 드레이크 해협은 남극순환류가 통과하는 가장 좁은 길목이지만, 수송량을 파악하기 위하여 직접 관측하는 것은 제한적이므로 고도계 위성에서 측정한 해면고도 편차 자료로부터 표층 지형류 유속 편차를 계산하였으며, 평균 유속장을 산출하기 위하여 역모델을 구성하였다. 지형류는 저층과 연안역을 제외하면, 관측 자료와의 상관성이 높게 나타난 점으로 보아, 해면고도 편차 자료를 이용한다면 유속관측이 없더라도 지형류를 실제 유속 자료로 활용할 수 있다. 해협 내부의 전체적인 유속 구조는 성층에 의한 경압성 흐름을 보이나, 유속 변동은 순압성 특징이 강하기 때문에, 표층 수송량 편차로부터 드레이크 해협의 수송량 변동을 추정할 수 있다. 드레이크 해협을 통과하는 남극순환류의 평균 수송량은 약 136.5 Sv 정도이며 (1 Sv = 106 m3/sec), 표층 수송량 변동으로부터 추정되는 총 수송량 변동 폭은 대략 20～25 Sv 정도를 보이나, 저층 경압성 수송량을 고려하면 이보다 적을 것으로 예상된다. 해저지형에 의한 와류의 영향으로 수송량 변동 폭은 서쪽보다 동쪽이 크게 나타났다. 드레이크 해협의 해수 수송량은 남반구 겨울철에 감소하고 여름철에 증가하는 계절 변동과 5년 주기의 변동이 두드러진다. 이것은 엘리뇨/라니냐와 남극진동 (Southern Annular Mode, SAM)이 드레이크 해협 수송량에 영향을 미칠 가능성을 보여준다. 수송량과 남방진동 (El Niño and Southern Oscillation, ENSO) 지수 사이에 time-lag를 갖는 상관성이 있으며, 수송량 변동이 ENSO 보다 앞서는 상관관계가 나타났지만, 드레이크 해협의 수송량 변동이 엘리뇨/라니냐 현상에 영향을 준다고 해석하기에는 그 근거가 미약하여 추후 장기간 자료를 보강할 필요가 있다. 남반구 편서풍 강도와 관련이 있는 SAM 지수와는 time-lag가 없는 상관관계를 보였으며, 남극순환류가 대기의 기압경도 변화에 바로 반응함을 의미한다. 계절을 나누어 비교한 SAM 지수와의 관계는 겨울철에 높은 상관성이 나타났으며, 겨울철 기압분포의 변화는 드레이크 해협 주변의 기압 경도를 증가시켜 남극순환류에 영향을 주는 것으로 판단된다.

This study is to find out the variability of the volume transport of Antarctic Circumpolar Current (ACC) in Drake Passage. As the direct observation of the volume transport which passes through Drake Passage is not limited, the volume transport was derived from the surface geostrophic velocity field from the sea surface height anomaly (SSHA) measured by the satellite altimeter. As the surface geostrophic velocity determined from SSHA is the anomaly removed of the average, the inverse model was formulated for determination of the mean geostrophic current field. The surface geostrophic current are highly correlated with the velocity measured with the current meter except at the bottom and the coastal area. Although the vertical velocity structure in Drake Passage showed the baroclinic flow due to the layers, the variability of the velocities was characterized by the strong barotropic flow. Therefore, the volume transport anomaly in Drake Passage can be estimated by using the surface volume transport anomaly, which is determined by the change in the speed of the geostrophic current. The total mean volume transport of the ACC passing through Drake Passage is about 136.5 Sv. Although the variability of the volume transport estimated from the barotrophic surface volume transport anomaly is 20～25 Sv but if we consider the change in the baroclinic volume transport at the bottom, the range of change is likely be lower than that. The variance in the short term grows more as the ACC is going from west to east in Drake Passage and this looks like to be caused by the eddy which is generated by the bottom topography. The volume transport through Drake Passage goes down in austral winter time but goes up in summer time and shows the significant cycles every 5 years. This shows that El niño/La niña and Antarctic Oscillation may affect the volume transport in the Drake Passage. The fluctuation of the surface volume transport is statistically coherent with the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) index with a phase lag of 3 months and the transport variation leading the ENSO index. But those are not enough to prove that the volume transport affects the El niño/La niña. Therefore more data should be acquired in the future. The correlation between the surface volume transport anomaly and the SAM (Southern Annular Mode) index, which is related to the westerlies of Southern Hemisphere, shows the positive peak at zero-month lag. It means that the ACC directly responds to the change in the sea level pressure gradient. Its correlation with SAM index showed high during the winter time. So, it is likely that the change in the distribution of the sea level pressure in the winter increases the horizontal gradient of the pressure around Drake Passage, thus affecting the volume transport variability of the ACC through Drake Passage.