초록

[한글]해양순환과 ENSO의 발생에 있어서 염분은 적도 서태평양 warm pool의 역학과정 등을 통하여 중요한 역할을 할 것으로 예상되고 있으나, 관측 자료의 부족과 이전의 접합모형 (Zebiak and Cane 1987, Battisti 1988)이 염분의 효과에 대해 직접적으로 설명하는 것 없이 진행되었기 때문에 종종 무시되어 왔다. 그러나 최근에 ENSO와 관련하여 경년 기후변동에 대한 해양의 담수 속의 잠재적 중요성은 상당한 토론의 장이 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 최근 개발된 CES 대기-해양 접합모형 (CGCM)을 이용하여, 해수면 염분의 경년변동에 관해 연구하고, 이를 통하여 적도 태평양에서 염분이 적도해황 및 ENSO에 어떠한 역할을 하는지 분석하였다. 본 접합모형은 관측된 평균 상태와 대기-해양 시스템의 계절 변화의 기본적인 특징들을 타당하게 모의하고 있다. 하지만 기존 기후모형에서 나타나는 적도 동태평양의 cold tongue이 적도에 너무 좁게 서쪽으로 확장되어 나타나고 태평양 대부분에서 거의 cold bias를 보이는 등 약간의 시스템적인 단점이 있다.
접합 모형의 해수면온도 아노말리의 변동성은 동태평양 해안 경계에서 가장 크고, 적도면을 따라 크게 나타나는 관측의 특성을 잘 모의하고 있지만 관측에 비해 서쪽으로 약간 확장되어 나타난다. 해수면염분 아노말리는 적도 서태평양에서 큰 경년 변동성을 갖고 연평균 해수면염분이 위도와 경도 방향으로 큰 염분 경도를 갖는 지역과 일치한다. ENSO 시간규모에 대한 해수면온도 아노말리와 해수면염분 아노말리의 첫 번째 EOF 모드를 분석하였다. 해수면온도 아노말리의 EOF1은 모형 ENSO가 최대 해수면온도 변동성을 보이는 적도 동태평양에서 큰 양의 값을 나타내고 태평양 대부분에서 같은 부호를 보인다. 해수면염분 아노말리의 EOF1은 적도 서태평양에서 음의 값을 나타낸다. EOF1 모드의 해수면온도 아노말리와 해수면염분 아노말리에 대한 시계열이 유사하여 ENSO와 관련하여 해수면온도와 해수면염분의 변동성이 밀접한 관련이 있다는 사실을 뒷받침해주고 있다.
ENSO와 관련하여 해수면염분의 역할을 분석하는데 있어서, 대기-해양 담수 속 (E-P), 표층 바람응력, barrier layer thickness (BLT) 등 다양한 인자들을 함께 고려하였다. El Nino 동안의 특징을 요약하면, 평균보다 높은 해수면온도, 낮은 해수면염분, 강수량 P의 증가로 감소된 대기-해양 담수 속 (E-P), 동쪽으로 향하는 표층 수평바람응력 아노말리이다. 그리고 ENSO에 따른 해수면염분의 변동은 적도해류의 변화 및 강수 패턴의 변화와 밀접히 관련되어 나타나고 있음을 확인할 수 있었다. El Nino 발생 후 많은 강수량이 지속되는 것에 대응하여 이 지역에서 낮은 염분도 유지된다. 하지만 El Nino 동안에 상대적으로 낮은 염분은 강수 시간과 비교해서 약간 늦게 나타나고 더 오래 지속되는 경향을 보인다.
특히, 서태평양의 따뜻한 해수면온도가 나타나는 위치는 서태평양의 낮은 해수면염분과 태평양 중심의 높은 해수면염분 사이의 큰 염분 경도가 나타나는 front 위치와 관련되어 나타난다. 이 front를 경계로 수직적으로 온도와 염분에 따른 다른 층리 특징을 갖는데 front의 서쪽에서는 barrier layer가 형성된다. El Nino 동안에 140°E 서쪽에서 얇아진 barrier layer는 이 지역에서 차가워진 해수면온도와 관련되고 La Nina 동안에 두꺼워진 barrier layer는 따뜻해진 해수면온도와 관련된다. 이 지역에서 해수면온도와 barrier layer의 관련성을 살펴봄으로써, 염분이 적도 태평양에서 ENSO와 관련하여 수평이류와 강수에 의해 영향을 받을 뿐 아니라 염분 수직적 층리에 의해 barrier layer가 형성됨으로써 해수면온도에 영향을 주고 ESNO 발생에 있어서 능동적인 역할을 한다고 제안할 수 있다.
[영문]The Variability of sea surface salinity (SSS) in the tropical Pacific and its relation to El Nino Southern Oscillation (ENSO) are analyzed taking advantage of results simulated by CES coupled atmosphere-ocean general circulation model (CGCM). The model is run for 50 years without any flux corrections. The model reproduces the main features of the tropical Pacific mean state despite a cold tongue in the eastern tropical Pacific too narrowly confined to the equator and extended too far to the west, a slight strong surface zonal wind stress.
The model shows interannual variability in the tropical Pacific which has several typical characteristics shared with the observed ENSO. The model sea surface temperature (SST) variability and SSS variability also reproduce the main features of interannual variability. Covariability of these variables with surface zonal wind stress, evaporation, precipitation, and barrier layer thickness is also examined. These fields all go through large oscillations related to the ENSO cycle. East of about 140°E, during El Nino, evaporation minus precipitation decreases in the equatorial band, in conjunction with anomalous increases in westerly winds, SST, and decreases in SSS. Opposite tendencies are evident during La Nina. EOF analysis and lag correlation display the relationship between the positive SST anomalies and the negative equatorial SSS anomalies.
At the peak of El Nino, the model shows that water fresher than 35psu extends to the central Pacific. This is the combined result of an eastward displacement of the western Pacific fresh pool by zonal advection and increased precipitation. Zonal SSS gradients are related to barrier layer formation via subduction driven by converging zonal currents in the vicinity of the salinity front at the eastern edge of the warm pool. The warmest SSTs always appear west of the eastern edge of the fresh pool. This paper shows clear relationships between barrier layer thickness and SST in the region west of 140°E. The results suggest that barrier layer formation is a key process in affecting SST in this region.