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태풍 발생과 활동의 변동에 관련된 환경인자의 해역별 분석

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Alternative Title
Investigation of interbasin environmental factors related to variation of tropical cyclone genesis and activity
Abstract
The environmental factors related to the genesis of tropical cyclone (TC) are known as absolute vorticity, vertical wind shear (VWS), and vertical wind velocity for dynamic elements and relative humidity, sea surface temperature (SST), and maximum potential intensity for thermodynamics elements. On the basis of these factors, the genesis potential index (GPI) and various predictors have been developed and widely used in researches on TC activity. However these factors cannot exactly explain temporal variations of frequency and activity of TC as well as have different contributions to variations of TC activity according to basin. This study investigates the environmental factors affecting interannual variation of frequency and activity of TC, focusing on examining their interbasin differences, for the western North Pacific (WNP), eastern North Pacific (ENP), and North Atlantic (NA) during the boreal summer (JASO when TC activity is active) for the period 1970-2015. Correlation coefficients of frequency of TC and components of GPI are quite different for each basin. This finding is caused by interbasin differences in the variability of atmospheric condition and the average of thermodynamic factor. Power dissipation index (PDI) meaned TC activity is the lowest correlation with VWS and SST in the WNP, but in the ENP and NA have the high correlations. Furthermore, the correlation spatial patterns are characteristic forms in the WNP and ENP. In case of the WNP, the factors in the eastern area of the main activity region (MAR) contributed greatly to the interannual variation in PDI. In the ENP, the thermodynamic factors showed a high positive correlation with the PDI, but abrupt decrease in the positive correlation was found in some part of the MAR, in which frequency and activity of TC was concentrated. This is because monthly SST data used in this study included SST cooling effect by TC activity. Therefore, through a experiment of removal of TC-self-induced sea surface cooling from the monthly SST data, the decrease of correlation with PDI and thermodynamic factors is reduced.
본 연구는 1970-2015년 북반구 여름철 동안 발생한 태풍들의 발생빈도 및 활동 변동과 태풍의 주요 발생·활동구역의 환경인자들 간의 상관관계가 해역별로 차이나는 원인에 대하여 분석을 수행하였다. 연구에 이용된 환경인자들은 해수면 온도를 비롯하여 태풍의 잠재발생지수를 구성하고 있는 다섯 가지의 요소들(절대와도, 상대습도, 최대잠재강도, 연직바람쉬어, 연직바람속도)이다. 각 해역별 태풍의 주요 발생구역의 환경인자들과 태풍발생빈도 간의 상관도는 북대서양에서 가장 많은 요소들이 강한 상관관계를 보이고 있었으며, 그 중 최대 잠재강도와 연직바람쉬어가 매우 높은 상관도를 보이고 있었다. 북태풍활동의 경우, 역학적 환경인자인 연직바람쉬어가 태풍발생빈도와 가장 강한 상관관계(99% 신뢰수준)를 보이고 있었다. 북서태평양은 분석에 이용된 모든 환경인자들이 신뢰하기 어려운 수준의 낮은 상관도를 보였으며, 일부 요소들은 일반적인 이론과 반대되는 상관도를 보이기도 하였다. 이러한 결과는 태풍의 주요 발생구역 내 대기환경의 변동성과 열적환경의 평균이 해역별로 큰 차이를 보였기 때문으로 사료된다. 즉, 북서태평양의 연직바람 쉬어는 매우 약한 변동성을 갖고 있기 때문에 태풍발생에 절대적인 영향을 미치지 못한 것으로 판단되며, 북태풍활동과 북대서양의 연직바람쉬어는 상대적으로 높은 변동성을 보여 태풍발생빈도 변동에 큰 기여를 한 것으로 판단된다. 열역학적 환경인자로 최대잠재강도는 태풍발생빈도와의 상관도가 낮았던 북서태평양과 북태풍활동 상에서 상대적으로 큰 값의 평균을 보이고 있었고, 북대서양에서는 비교적 낮은 평균을 보이고 있었다. 따라서 여름철 동안 북서태평양과 북태풍활동 상에서 열적인 조건이 매우 풍부하고 태풍발생에 호조건인 상태를 유지하고 있기 때문에 태풍발생에 큰 영향을 끼치지 못한 것으로 판단된다. 반면, 북대서양의 열적 환경은 여름철 동안 태풍발생에 호조건의 상태를 유지하지 않고 계속해서 변동하기 때문에, 최대잠재강도의 크기에 따라 북대서양의 태풍발생에 절대적인 영향을 미치게 되는 것으로 판단된다. 이 같은 결과는 해수면온도에서도 매우 유사한 형태를 보여, 북대서양의 열적 환경 역시 태풍발생빈도 변동에 큰 기여를 하게 된 것으로 보인다. 상관도 분석을 통해 태풍의 주요 발생구역의 환경인자들이 태풍발생빈도와 상관관계가 낮다고 해서 태풍발생에 영향을 미치는 바가 전혀 없음을 의미하는 것이 아니며, 단지 태풍발생빈도의 변동에 있어 환경인자들의 기여도가 해역별로 차이가 있음을 본 연구를 통해 제시하고자 하였다. 또한 해역별 태풍의 주요 발생구역의 환경상태가 태풍 발달에 우호적인 조건이라고 해서 더 많은 태풍이 발생하는 것이 아니며, 환경인자들의 변동성과 평균에 의해 태풍발생빈도가 변동할 수 있음을 주장하고자 하였다. 태풍활동과 환경인자 간의 관계를 알아보기 위해 해역별 태풍의 주요 활동구역의 연직바람쉬어와 해수면온도를 이용하여 태풍의 활동을 나타내는 지수인 PDI와의 상관관계를 조사하였다. 그 결과 북서태평양의 두 환경인자 모두 유의하지 않은 수준의 매우 낮은 상관도를 보인 반면, 북태풍활동과 북대서양에서는 강한 상관도를 나타내고 있었다. 해역별 환경인자와 PDI 간의 상관도 분포를 확인한 결과, 북서태평양 태풍의 주요 활동구역에서 매우 낮은 상관도 분포를 보이고 있었지만 주요 활동구역의 남동쪽으로 벗어난 해역(8-21˚N, 158-180˚E, High-Coreelarion Region, HCR)에서는 강한 상관관계를 보이고 있었다. HCR의 환경인자들은 PDI뿐만 아니라 PDI 요소인 태풍의 빈도와 강도, 그리고 지속시간과도 매우 높은 상관관계를 보이고 있었으며, 이 해역에서 발생하는 하나의 태풍이 북서태평양 전체 PDI 변동에 크게 기여하는 것으로 나타났다. 따라서 북서태평양의 PDI 변동은 태풍의 주요 활동구역보다 HCR에서의 환경인자들이 더욱 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 북서태평양의 HCR에 대한 상세한 분석과 연구의 필요성이 더욱 강조된다면, 북서태평양 태풍과 관련된 기후학적인 연구에 크게 기여할 것으로 예상된다. 반면 태풍의 주요 활동구역의 환경인자들과 PDI 간의 상관도가 높았던 북태풍활동의 경우, 해수면온도와 PDI 간의 상관도 분포에서 일부 해역(10-20˚N, 235-262˚E, Low-Correlation Region, LCR)으로 갈수록 급격한 감소현상을 보이고 있었다. LCR의 현상에 대한 원인을 파악하기 위해 수심별 수온 특성을 분석한 결과, LCR의 혼합층 깊이와 26℃의 등온선이 주변 해역에 비해 비교적 상층에 형성됨을 알 수 있었다. 이러한 해양 특성은 상층의 물리적인 기작에 의한 해수면 혼합 운동이 활발해지기 때문에, 해수면온도가 쉽게 감소할 수 있게 된다. 따라서 본 연구에서 이용된 월평균 해수면온도 자료를 산출할 때, 일별 해수면온도 자료로 부터 해수면 냉각 현상이 누적되어 실제 태풍활동이 진행되는 해양환경과 다소 차이가 나게 될 것으로 판단하였다. 이러한 가능성을 확인하기위해 월별 해수면온도 자료에서 해수면 냉각효과를 상쇄시켜주는 실험을 진행하였다. 실험을 통해 얻어진 새로운 해수면온도 자료를 이용하여 북태풍활동의 태풍활동과 상관도 분석을 진행한 결과, 상관관계가 급격히 감소했던 LCR에서 상관도가 두 배 가량 증가하는 결과를 보였다. 또한 산출된 해수면온도를 이용한 최대 잠재강도와 태풍활동 간의 상관도 역시 크게 향상됨을 알 수 있었다. 따라서 본 실험을 통해 현재 다양한 연구에 이용되고 있는 해수면온도의 월평균 자료에 북태풍활동 태풍활동에 의한 냉각 효과가 포함될 수 있는 가능성을 확인하였다. 추후에 북태풍활동 상의 태풍활동으로 인한 해수면 냉각 현상을 고려한 해수면온도 자료가 제공된다면, 태풍의 발생 및 활동에 대한 연구뿐만 아니라 다양한 해양 연구에 폭넓게 이용될 수 있을 것이라 기대한다.
Author(s)
김지희
Issued Date
2017
Awarded Date
2017. 2
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000008002
Alternative Author(s)
Jihui Kim
Department
대학원 해양기상학협동과정
Advisor
문일주
Table Of Contents
목차 ⅰ
LIST OF TABLES ⅱ
LIST OF FIGURES ⅲ
ABSTRACT ⅵ
1. 서론 1
2. 자료 및 방법 4
2.1 태풍의 잠재발생지수(Genesis Potential Index, GPI) 4
2.2 태풍활동 지수(Power Dissipation Index, PDI) 6
2.3 자료 8
2.4 연구 방법 9
3. 태풍발생과 관련된 환경인자 분석 12
3.1 해역별 태풍발생빈도와 환경인자 간의 상관관계 12
3.2 태풍의 주요 발생구역의 환경인자와 태풍발생빈도 간 상관도의 해역별 차이에 대한 원인 분석 22
4. 태풍활동과 관련된 환경인자 분석 27
4.1 해역별 태풍활동과 환경인자 간의 상관관계 27
4.2 태풍의 주요 활동구역의 환경인자와 PDI 간 상관도의 해역별 차이에 대한 원인분석 31
ⅰ) 북서태평양 31
ⅱ) 북동태평양 37
5. 토의 49
6. 요약 및 결론 51
참고문헌 54
Degree
Master
Publisher
제주대학교 일반대학원
Citation
김지희. (2017). 태풍 발생과 활동의 변동에 관련된 환경인자의 해역별 분석
Appears in Collections:
Interdisciplinary Programs > Interdisciplinary Postgraduate Program in Marine Meteorology
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