비선형 강제력을 고려한 구름상단 대류 중력파 운동량속의 시공간 변동성 및 여름철 아시아 몬순 지역의 대류 중력파 특성 연구 :Spatiotemporal variations in cloud top momentum flux of convective gravity waves (CGWs) including nonlinear forcing effects and characteristics of CGWs in Asian summer monsoon region

강민지

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강민지 (연세대학교, 연세대학교 대학원)

지도교수: 전혜영

발행연도: 2016

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2021

QBO 붕괴에 미치는 적도 행성파와 대류중력파의 역할

강민지 , 전혜영 한국기상학회 학술대회 논문집 2021.10 학술대회자료

2016

비선형 강제력을 고려한 구름상단 대류 중력파 운동량속의 시공간 변동성 및 여름철 아시아 몬순 지역의 대류 중력파 특성 연구

강민지 지구천문대기학부(대기과학) 2016.01 학위논문

2014

적운대류 중력파의 구름상단 운동량속의 시·공간적 특성 연구

강민지 , 전혜영 , 김영하 한국기상학회 학술대회 논문집 2014.10 학술대회자료

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구름 상단 대류 중력파 운동량속(CTMF: cloud-top momentum flux)에 비선형 강제력을 포함하여 개선하고, 시공간 변동성을 고찰하였다. 비선형 강제력의 포함 효과로 겨울 반구를 중심으로 CTMF가 크게 감소하였다. CTMF의 시공간 변동성을 살펴보면, 공간적으로는 위도 및 경도에 따라 크기 차이가 컸으며 이 때 CTMF의 크기는 대류의 강도와 비례하지 않는 구조를 보였다. 이는 대류 중력파가 대류의 강도뿐 아니라 바람과 안정도 및 대류의 연직구조로 결정되는 파동 여과와 공명에 의해서도 결정되기 때문이다. CTMF가 컸던 지역에서 시간적 변동성은 1년 주기, 6개월 주기, 일주기가 두드러졌으며 이러한 변동성은 주로 대류의 시간적 변동성에 기인한다. 대류 중력파 운동량속의 크기뿐만 아니라 스펙트럼도 시간과 공간에 따라 크게 변함을 확인하였다.
CTMF를 소스 스펙트럼으로 하고 Lindzen 타입의 파동 포화 방법을 이용한 off-line 중력파 모수화를 사용하여 구름 상단에서부터 성층권 상부까지의 중력파 운동량속과 중력파 항력을 계산하고, 이를 통해 아시아 여름 몬순 지역에서의 대류 중력파 특성을 2005년부터 2007년 7월을 중심으로 파악하였다. 아시아 여름 몬순 지역에서 CTMF의 동서방향 스펙트럼은 적도에서 10°N의 경우 양의 위상속도에서 최댓값을 보였고, 10°N에서 30°N까지는 음의 위상속도에서 최댓값을 보였다. 결과적으로 나타나는 구름 상단에서 고도 30 km까지의 대류 중력파 항력은 주로 10°N 이하의 위도에서는 동향강제력이 두드러졌고, 그 크기는 QBO 서풍위상인 2006년에 더 컸다. 10°N 에서 30°N 까지는 작은 서향강제력이, 30°N 이상에서는 큰 서향강제력이 두드러졌다. 중력파 항력의 부호는 기본류의 시어에 의해 크게 결정되었는데, 양의 시어를 보이는 지역에서는 서향 강제력이, 음의 시어를 보이는 지역에서는 동향 강제력이 두드러졌기 때문이다. 반면, 중력파 항력의 크기는 CTMF 스펙트럼 모양에 따라 크게 달라지는데, 이는 CTMF 스펙트럼이 최댓값인 위상속도에서 파동의 소산이 일어났을 때에 중력파 항력이 크게 나타난 것을 통해 알 수 있다. 따라서 기본류의 구조뿐만 아니라 CTMF 스펙트럼을 물리적으로 계산하는 것이 현실적인 중력파 항력을 모사하는 데에 있어서 중요함을 확인하였다. 마지막으로 아시아 몬순지역에서 위성관측을 통해 얻어진 중력파 운동량속을 모수화된 대류중력파 운동량속과 비교하였다. 위성 관측자료와 모수화된 대류 중력파 운동량속은 크기와 연도별 변화의 측면에서 다소 다르게 나타났으며, 이는 모수화된 중력파의 규모와 위성 관측이 가능한 중력파의 규모가 매우 다르기 때문이다

CTMF (cloud-top momentum flux) spectrum of convective gravity waves is updated by including nonlinear forcing effect, and its spatiotemporal variations are investigated. The updated CTMF is largely reduced in the winter hemisphere. The magnitude of CTMF is differ from location to location, and CTMF magnitude is not exactly proportional to the deep convective heating rate and this results from the fact that CTMF is determined not only by convection but also by wave-filtering and resonance factor (WFRF). In the regions of large CTMF, the magnitude of CTMF variates with 1 year, 6 month, and 1 day periods, which are strongly related to the temporal variations of convection. The spectral shape of CTMF is also variant in space and time.
Gravity wave momentum flux (GWMF) from the cloud top to the upper stratosphere is calculated from an off-line columnar gravity wave drag (GWD) parameterization based on the Lindzen-type linear saturation theory, and characteristics of convective gravity waves in the Asian summer monsoon region are investigated in July of 2005-2007. Zonal CTMF shows its peak at positive (negative) phase speed in EQ-30°N (30°N-40°N). The resulting GWD from cloud top to 30 km in the Asian summer monsoon region shows westerly drag in EQ-10°N, which is more evident in the westerly phase of quasi-biennial oscillation. Whereas, relatively small (large) easterly drag exists in 10°N-30°N (30°N-40°N). The sign of GWD is determined by the background wind; westerly (easterly) drag is dominant in the westerly (easterly) shear region. However, the magnitude of GWD is largely influenced by the shape of the CTMF spectrum, because the maximum drag is located in the region where wave dissipation is occurred at the spectral peak of CTMF. Thus the physical-based source spectrum is important to derive realistic GWD, as well as propagation condition. The convective GWMF in the Asian summer monsoon region is compared to the GWMF obtained from satellite observation at 30 km. Several differences are shown in magnitude and year-to-year variations, and these are mainly due to the different scale between parameterized waves and the observed waves in the satellite instrument.

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