2019 심화교육 – 유체지구과학(해양) 강의노트 2

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2019-10-20 경남과학고등학교 오유신 작성

#해양/대기의 상호작용, 엘니뇨와 라니냐

엘니뇨/라니냐의 주기성

- 해수면 변동의 관측 자료와 시뮬레이션 결과는, 어느 정도의 주기성을 가지고 해수면의 온도가 변한다는 것을 지시하고 있다.

엘니뇨/라니냐는 과거부터 해양/대기의 상호작용에 의한 자연적인 현상이지, 인간 활동에 의한 지구 온난화, 환경 오염의 결과는 아니다.

엘니뇨/라니냐가 지구 기후 변화에 영향을 줄 수 있다는 것을 비교적 최근에 인지하여, 최근에는 니노 지역이라는 엘니뇨 감시 해역을 두고 있다. 동태평양부터 서태평양으로 갈수록, NINO 1, 2, 3, 4, 5, 6 등의 구역으로 나눈다.

엘니뇨와 라니냐는 어느 정도의 일정한 주기성을 가진다. (역사적으로 엘니뇨와 라니냐가 반복)

1982년과 1983년에 엘니뇨가 강했음. 1997, 1998년 엘니뇨도 강했음(태평양 수온이 평소에 비해 2~3도 높게 나타남)

1999, 2000년의 라니냐가 강했음.

엘니뇨는 해양학적 현상인가? 대기학적 현상인가?

태평양의 연직 수온 분포를 보면, 서태평양 난수역과 동태평양 한수역이 나타나는 정상 상태의 분포가 나타난다.

엘니뇨가 발생하면, 서태평양 난수역이 동태평양으로 움직여버린다.

Review: 용승과 침강

1. 용승

A. 연안 용승

북(남)반구에서 해안선에 나란하게 북풍(남풍) 계열의 바람이 부는 경우, 표층수는 에크만 수송에 의하여 해수가 바다 쪽으로 이동한다.

해안에서 낮아진 해면을 보충하기 위하여 200~300m 깊이의 층에서 차가운 물이 솟아오름(연안 용승, 보류)

미국의 캘리포니아 연안, 남아메리카의 페루 연안(엘니뇨/라니냐와 연관), 아프리카의 서해안, 우리나라의 동해안 등에서 연안 용승이 일어난다.

B. 적도 용승

적도의 동부 해역에서, 무역풍에 의해 표면 해수의 발산이 일어나 중앙부에서 용승이 발생한다.

동태평양 7월 평균 수온의 분포를 보면, 페루 연안에 대해서는 동일 위도의 다른 지역에 비하여 표층 수온이 낮다 -> 연안 용승에 의한 냉해수의 공급

용승의 여부 판별은 동일 위도의 타 지역에 비하여 표층 수온의 분포를 보면 된다.

엘니뇨의 기원: 페루 연안의 해황

봄~가을에서는 남동무역풍이 불어서, 페루 연안 해역에서 연안과 평행하게 남풍이 불어, 에크만 수송을 통해 표층의 해수를 외해로 이동시킨다. 따라서, 심층으로부터 찬 해수가 용승하여, 영양 염류가 풍부해져 정어리 어장 형성

남반구의 12~3월 경에는 열대수렴대가 적도 부근으로 남하하게 되고, 페루와 에콰도르 부근의 남동 무역풍이 약화되며, 용승이 감소하고, 해수면의 수온이 상승하여 어장이 파괴된다(북쪽의 난류가 남하) -> El Nino(엘니뇨)

열대 수렴대가 적도 부근으로 남하하면 북서 계절풍 등과 혼합되며 약화됨

남방진동(Southern Oscillation): 대기과학적 현상

1920년 영국 과학자 길베르트 월커가 발표.

> 서태평양 지역의 기압이 낮아질수록 동태평양 지역의 기압이 높아지고, 서태평양 지역의 기압이 높아지면 동태평양 지역의 기압은 낮아지는 기압 분포의 시소현상: 남방진동

남방진동지수(SOI: Southern Oscillation Index): ((Tahiti 지역의 해면 기압) - (Dawin 지역의 해면 기압))/표준편차

남방진동지수와 해수면 온도는 상당한 연관성이 있다.

Walker 순환

해들리 순환은 무역풍 지대에서의 대기 순환 셀을 말한다.(남북방향)

Walker 순환은 서태평양 지역에서 온도가 높아서 상승 기류가 상대적으로 발달하고, 이것이 동태평양의 지역으로 이동하여 하강 기류가 발달한다.(동서방향의 순환)

남방진동과 엘니뇨(ENSO): 해양-대기과학적 현상

태평양 상에서 해수면의 온도(고도)의 분포는 대기층의 기압 분포와 밀접한 연관이 있다.

> 서태평양의 해수면 온도가 높은 열대지역 저기압 형성 -> 상승기류 현성 -> 일부가 동태평양 남아메리카 연안에서 하강(고압부) -> 이러한 기압 분포가 서태평양 지역의 상승기류와 동태평양 지역의 하강 기류를 연결하는 하단의 무역풍을 일으켜 동서순환(워커 순환)을 형성한다.

두 지역의 해면 기압 차이를 지수화한 남방진동지수의 변동은 동태평양 적도 지역의 해수면 온도 편차의 변동과 잘 일치하며, 남방진동과 엘니뇨 현상은 대기와 대양이 밀접하게 결부된 현상으로서 엘니뇨와 남방진동을 함께 ENSO(El Nino and Southern Oscillation)이라 한다.

엘니뇨/라니냐 현상의 정의

엘니뇨 현상
> 페루 연안에 한정되지 않고, 동태평양 적도 부근 해역의 해수면 온도가 평년보다 0.5도 이상 높은 상태로 6개월 이상 지속되는 현상
> 주기 : 3~5(2~7)년 정도(격년 변동/중간에 텀을 두고)

라니냐 현상
> 동태평양 적도 부근 해역의 해수면 온도가 평년보다 0.5도 이상 낮은 상태로 6개월 이상 지속되는 현상
> 적도 무역풍이 평년보다 강해져 서태평양의 해수면과 수온이 평년보다 높아지고, 동태평양에서는 용승이 강해지고 수온이 낮아져 엘니뇨와 반대되는 현상

서태평양의 평시: 혼합층 두껍고, 난수역 발달하고, 해수면 고도 높고 양 많고 상승기류의 발달로 저기압대 발달.

엘니뇨시: 혼합층 감소, 난수역이 동태평양으로 퍼짐. 해수면 고도 낮아지고 양 적어지고 상승기류의 약화

라니냐시: 엘니뇨시와 반대로 평시 상태의 강화

엘니뇨의 성장(양의 되먹임 작용)

어디든 시작해도 상관이 없다.

기압차의 감소와 무역풍의 약화, 용승의 약화에 의한 양단 수온차의 감소와 다시 이로 인한 기압차의 감소...

엘니뇨의 소멸(음의 되먹임 작용)

엘니뇨의 소멸 원인은 공통 이론이 정립되지는 않음. 다양한 이론과 가설이 많음.

어려운 작용

엘니뇨의 소멸 주기에 대해서도 여러 가지의 이론이 있음.

엘니뇨의 영향(원격상관: Teleconnections)

엘니뇨에 의한 동서 방향의 기압과 해수온의 차이가 전 지구적 영향을 줄 수 있다. (엘니뇨는 지구 기후 변화의 주된 요소가 된다)

엘니뇨의 관측

인공위성을 이용하여 해수면의 고도 관측(해수면의 고도와 해수온의 연관성) -> 평년 상태와 해수면 고도 관측 자료를 비교하여 엘니뇨/라니냐의 판정

또는, 직접 출항하여 동태평양-서태평양의 지점에 관측 부표를 두고 길게 줄을 내려 다양한 수심의 수온, 기압과 풍향 등의 데이터 자료를 GET

최근의 엘니뇨 연구

최근 연구 결과에서는 엘니뇨가 2가지 패턴으로 일어난다고 한다.

> 동태평양 부근에 엘니뇨가 모이거나, 중앙태평양 부근에 엘니뇨가 모이는 2개의 패턴.

> 라니냐도 동태평양 부근에 라니냐가 모이거나, 중앙태평양 부근에 라니냐가 모이는 2개의 패턴.

> Central El Nino, Eastern El Nino / Central La Nina, Eastern La Nina.