미래 열대 기온과 강수 관계의 변화로 인한 ENSO강수 변동성 증가

기온과 강수의 관계

지구 온난화에 대한 엘니뇨 남방 진동(ENSO)의 강화, 강우 변동성은 해수면 온도(SST)의 강력한 예상 변화가 없음에도 불구하고 CMIP(Coupled Model Intercomparison Project) 반복 전반에 걸쳐 강력한 기능입니다. 변동성 이전 연구에서는 기본 비선형 SST-강우 관계 변화를 명시적으로 고려하지 않고 이 강화를 중앙에서 동부 태평양에 걸쳐 평균 SST 및 수분 수렴의 증가로 돌렸습니다. 여기에서 CMIP6 모델의 열대 SST강우 관계의 변화를 분석하여 평균 SST 상승을 ENSO강우 변동성 증폭과 연결하는 메커니즘을 제시합니다. 우리는 Niño3 지역에 대한 SST강우 함수의 기울기가 더 따뜻한 기후에서 더 가파르게 됨을 보여줍니다. 이는 Clausius-Clapeyron에 의한 수분 감도의 증가로 인해 1950-1999년에 비해 2050~2099년에 42.1% 증가합니다. ENSO 강우 변동성의 이론적 재구성은 이 메커니즘을 추가로 지원합니다. 우리의 결과는 ENSO의 수문학적 영향이 지구 온난화에 반응하여 비선형적으로 증가함을 의미합니다.

 

엘리뇨 남방 진동(ENSO) 강수

엘니뇨 남방진동(ENSO)은 경년 주기1에서 전지구 기후 변동성의 핵심 동인이며 전지구 몬순 및 극한 날씨에 영향을 미칩니다. 따라서 ENSO 및 그 영향이 온실 가스(GHG) 농도 증가에 따라 변할 것인지 이해하는 것이 중요합니다. 그러나 동부 적도 태평양 해수면 온도(SST) 변동성의 진폭에서 예상되는 변화는 과거 CMIP(Coupled Model Intercomparison Project) 반복에서 모델 간 합의를 거의 보여주지 않습니다. 이 큰 모델 간 불일치는 열대 평균 상태와 ENSO를 모두 재현할 때 뚜렷하고 발산하는 모델 편향뿐만 아니라 큰 내부 변동성이 주어진 낮은 신호 대 잡음비와 같은 다양한 원인에 기인합니다. 미래 ENSO SST 진폭 변화의 불확실성이 크지만 ENSO의 강우 변화는 평균 상태 대기 수분의 증가로 인해 더 따뜻한 세계에서 강화될 가능성이 있습니다. 이전 연구에 따르면 열대 강우량의 변화는 대부분의 모델 예측에서 볼 수 있는 강화된 적도 온난화 패턴과 밀접하게 관련되어 있다고 보고했습니다. 우리는 여기서 SST 평균-상태 온난화 패턴 예측의 불확실성이 미래 ENSO 예측에서 모델 간 확산의 원인임을 강조합니다. 열대 해수면 온도(T)와 강우량(P) 사이의 관계는 두 가지 중요한 측면으로 특징지어집니다. SST 변화에 대한 강우 민감도. 지구 온난화에 대한 대류 임계값 증가의 영향만을 고려할 때 열대 강우 확률 밀도 함수(PDF)가 더 높은 SST 값으로 이동할 것으로 예상합니다. 그러나 엘니뇨 SST 이상에 대한 비선형 강우 민감도, 강우 PDF가 더 강한 강우로 이동, ENSO에 의한 평균 강우량의 수정된 변화와 같이 평균 SST 상승에 대한 반응으로 열대 T와P 관계가 변한다는 증거가 증가하고 있습니다. 이전 연구의 가변성은 ENSO와 관련된 열대 강우 변동성의 예상 증가에 대한 T-P 관계 변화의 기여를 보여주었지만 열대 지방과 열대 지방 사이의 근본적인 통계적 관계에 다른 근본적인 변화가 있는지에 대한 질문은 여전히 ​​남아 있습니다. 이전에 중요한 동인으로 제안되었던 평균 SST와 수분의 증가는 평균 SST의 변화가 어떻게 열대 태평양 강우 변동성의 증가로 해석되는지 완전히 설명할 수 없습니다. 온실 온난화에 따른 T와P 관계 변화는 서로 다른 구성요소의 기여를 분리하는 데 제한이 있기 때문에 해결하기 어렵습니다. 이러한 핵심 질문을 해결하기 위해 강우 PDF를 SST PDF 분포와 T와P 관계의 기능적 형태의 조합으로 설명할 수 있는 PDF 변환 접근 방식을 적용합니다. 우리는 ENSO 강우 변동성의 강화가 평균 SST 분포 변화의 결과가 아니라 기본적으로 비선형 열대 TP 관계 변화의 결과라고 주로 가정합니다. 우리는 특히 최신 세대의 CMIP6 모델에 초점을 맞춰 ENSO 주도 열대 SST와 강우 변동성의 역사적 및 예상 변화를 재검토합니다.

 

ENSO SST 및 강우 변동성의 미래 변화

먼저 30-34 CMIP6 모델을 사용하여 4개의 계층 1 SSP(공유 사회경제적 경로) 시나리오에서 동부 적도 태평양 T 및 P 측면에서 ENSO 진폭의 변화를 보여줍니다. 40개의 CMIP5 모델을 사용하는 RCP(Representative Concentration Pathway) 8.5 시나리오에서 4개의 SSP는 지속 가능한 개발을 위한 SSP1-2.6(33), 화석 연료 개발을 위한 SSP2-4.5(34), SSP3-7.0(30) 및 SSP5-8.5(34 모델)입니다. ENSO SST 및 강우 지수는 극단적인 엘니뇨 현상 동안 강한 T-P 결합이 발생하는 Niño3 지역[5°S–5°N, 150°W–90°W]에서 평균한 월별 SST와 강우량을 사용하여 각각 정의됩니다. 남태평양 수렴대 및 열대 수렴대의 동서 및 자오선 이동과 관련하여. 2050-2099년 기간과 1950-1999년의 현재 기간 사이의 ENSO SST 및 강우 진폭의 부분적 변화는 CMIP6 SSP와 상관 관계가 있는 CMIP5 RCP 8.5 시뮬레이션에서 상관 관계가 있습니다. 약 0.8의 값에 도달하는 계수 Niño3 SST와 강우 변화 사이의 강한 관계는 ENSO와 관련된 공기와 바다 결합 과정으로 인한 시간 평균 평균량에서도 발견됩니다. 강한 관계에도 불구하고 ENSO-강수 변동성의 증가는 ENSO SST 변동성이 감소하더라도 예측됩니다. ENSO SST 진폭 변화는 고방출 시나리오에서 미래에 ENSO SST 진폭이 크게 강화되는 것을 보여주는 모델의 하위 집합을 제외하고 서로 다른 SSP와 RCP 시나리오 간에 구별할 수 없습니다. 우리는 또한 ENSO 강우 진폭 변화가 CMIP 모델에 걸쳐 SST 진폭 변화의 거의 두 배임을 알 수 있습니다. 강우 변동성. 이 비율은 CMIP6 SSP5-8.5의 경우 2.0이고 CMIP5 RCP 8.5의 경우 2.82입니다. CMIP6 결과를 CMIP5 시뮬레이션과 결합하면 이전 연구에 따르면 ENSO-강우 진폭의 예상 변화가 ENSO SST 진폭 변화로 완전히 설명될 수 없다는 것이 더욱 분명해졌습니다. 이 결과는 평균 SST 온난화에 대한 비선형 대기 반응을 의미합니다.

 

열대 평균 SST 강우 관계의 미래 변화

우리의 가설은 열대 SST 강우 관계의 변화가 ENSO SST 변동성 감소가 존재하는 경우에도 ENSO-강우 변동성의 증폭으로 이어진다는 것입니다. 해수면 온도와 강우량 사이의 기본 통계적 관계를 더 자세히 설명하기 위해 CMIP6 다중 모델 월별 해수면 온도와 전체 열대 해양에 대한 강우량의 산점도를 현재 시간 평균으로 표시합니다. 현재 기후에서 SST가 ~29.6 °C를 초과하면. 비선형 T와P 관계는 SST, 대류 및 대규모 순환 사이의 복잡한 상호 작용의 결과이며 열역학 및 동적 과정을 모두 포함하는 것으로 제안되었습니다. 현재에서 미래로 더 높은 SST 값을 향한 T와P 관계의 눈에 띄는 이동이 있습니다. Niño3 지역의 평균 SST와 강우량은 강화된 적도 온난화 패턴과 관련하여 미래에 ~3.1 °C(11.7%) 및 0.8 mm day(34.8%) 증가합니다. 열대 해양과 Niño3 공간에 대해 집계된 시뮬레이션된 SST의 빈도 히스토그램도 GHG 강제 발생을 나타냅니다.