두 가지 대기화학과정에 따른 UKESM CMIP6 과거기후 모의와 결과 비교: Part1. 전지구 규모 분석 (Comparisons between UKESM CMIP6 Historical Simulations depending on two Atmospheric Chemistry Schemes: Part I. Global Scale Analysis)

서지정보

· 발행기관 : 한국지구과학회
· 수록지 정보 : 한국지구과학회지 / 46권 / 1호 / 19 ~ 34페이지
· 저자명 : 윤대옥, 송형규

초록

본 연구에서는 대류권부터 중층대기까지 전체 대기의 기체상 화학과정을 전지구 규모에서 수치 모의하도록 고안된 두 가지 대기화학과정(Strattrop와 CRI) 각각을 영국 지구시스템모형(UKESM)에 연동시켜 CMIP6 과거기후 모의를 수행하였다. 두 대기과학과정에 따른 모의 결과를 재분석자료와 비교하여 기체상 대기화학과정에 따른 전지구시스템모형의 모의 특성의 변화를 살펴보았다. 단순화된 화학과정인 Strattrop를 기본 장착한 UKESM-Strattrop과 오존 화학과정을 강화한 CRI 대기화학과정을 연동시킨 UKESM-CRI의 수치 모의는 1981-2010년 약 30년 기간 CMIP6 과거기후모의이며, 모형의 가동은 CentOS-8 기반 리눅스 클러스터에서 수행되었다. 이 두 모의 실험 결과의 분석은 마지막 10년(2001-2010) 결과만을 이용하였다. 두 모델이 모의한 대류권 지상 기온과 강수량은 전지구 공간 분포와 월별 시계열의 변동에서 기존에 보고된 결과와 유사하게 나타났고, 대기화학과정에 의한 특징적인 변화는 크게 두드러지지 않았다.
하지만 모델 모의 전지구 평균 기온의 선형 증가율의 경우, UKESM-Strattrop은 ERA5 재분석자료와 비슷한 선형 시간변화 경향을 보였으나 UKESM-CRI는 더 크게 증가하도록 모의하였다. 에어로졸 광학 두께(AOD)의 공간 분포는 두모델 모두 사막 지역을 제외하고 MERRA-2 재분석자료와 유사했다. 기체상 화학과정이 강화된 UKESM-CRI는 예상했던 바와 같이 UKESM-Strattrop 보다 오존전량에서 MSR 재분석자료와 더 유사한 결과를 보였으며, 성층권 오존분포에서는 MERRA-2 재분석자료에 더 가까운 결과를 보였다. 특히, 적도 성층권에서 나타나는 준격년진동(QBO) 현상과QBO와 연관된 적도 성층권 오존 농도의 증가와 감소 현상의 모의는 UKESM-CRI가 UKESM-Strattrop 보다 더욱 잘일치하였다. 이를 통해 보다 정교한 전지구규모 대기화학과정의 도입은 대기 조성 물질의 수치 모의 성능을 향상시키며,더 나아가 중층대기 Brewer-Dobson 순환(BDC)의 모의에 도움이 됨을 확인할 수 있다.

영어초록

This study conducted two UK Earth System Model (UKESM) CMIP6 historical simulations incorporating thetwo different global-scale atmospheric chemistry schemes (Strattrop and CRI) of whole atmosphere. The results werecompared with reanalysis data to study the characteristic features of ESM simulated results depending on the chemistryscheme. UKESM-Strattrop and UKESM-CRI were numerically simulated for the CMIP6 historical run over 1981-2010using a CentOS-8 Linux cluster. The model results for a recent decade of 2001-2010 were used here for global-scaleanalyses. Model simulated surface air temperatures and precipitation rates showed agreeable results similar to those inprevious studies considering the spatial distributions and global-averaged monthly time series, and there was nodistinguishable change that arose from the different chemistry schema in characteristics in the simulated meteorologicalfields. UKESM-Strattrop accurately captured the linear trend in global-averaged surface temperature, whereas UKESM-CRIyielded a higher value in the warming trend compared to ERA5 reanalysis. Simulated distributions of aerosol opticaldepth agreed well with MERRA-2 reanalysis except in desert regions. For stratospheric ozone, UKESM-CRI, which had amore detailed chemistry, exhibited better agreement with the MSR reanalysis for total ozone column and the MERRA-2reanalysis for stratospheric ozone distributions compared to UKESM-Strattrop. In particular, it successfully representedQBO-related ozone variability in the equatorial stratosphere, whereas UKESM-Strattrop overestimated both total columnozone and stratospheric ozone distributions. Thus, the incorporation of a detailed atmospheric chemistry process improvesthe UKESM simulation of Brewer-Dobson Circulation (BDC) and BDC-related atmospheric compositions. However, thechemistry scheme itself did not significantly improve key meteorological variables in the troposphere.

참고자료

· 없음