[논문 리뷰] On Changes of Global Wet-bulb Temperature and Snowfall Regimes

Sagar K. Tamang, Ardeshir Ebtehaj외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 19.

Cryospheric studies and observations참고 문헌 66인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 1979년에서 2017년 사이에 세 가지 재분석 제품과 관측 데이터를 사용하여 세계적인 습구온도와 눈내림 제도의 변화를 분석한다. 북반구의 뚜렷한 난방으로 인해 습구온도는 연평균 0.34–0.35 °C/십년 증가했고, 육상과 해양의 잠재적 눈내림 영역은 각각 연간 0.52/0.34 백만 km²/십년 감소했으며, 알프스와 로키산맥과 같은 산악 지역에서는 더욱 빠른 후퇴가 관찰되었다.

ABSTRACT

To properly interpret the observed shrinkage of the Earth's cryosphere it is important to understand global changes of snowfall dominant regimes. To document these changes, three different reanalysis products of wet-bulb temperature together with observationally-based data sets are processed from 1979 to 2017. It is found that over the Northern Hemisphere (NH), the annual mean wet-bulb temperature has increased at a rate of 0.34$^\circ$C per decade (pd) over land and 0.35$^\circ$C pd over ocean, resulting in a reduction of the annual mean potential areas of snowfall dominant regimes by 0.52/0.34 million km$^2$pd over land/ocean. However, the changes in the Southern Hemisphere (SH) are less conclusive and more uncertain. Among the K$ö$ppen-Geiger climate classes, the highest warming trend is observed over the NH polar climate regimes. Over studied mountain regions, the Alps are warming at a faster rate compared to the Rockies, Andes and High Mountain Asia (HMA). Due to such warming, potential snowfall areas over the Alps is reducing at 3.64% pd followed by Rockies at 2.81 and HMA at 1.85% pd. On average, these mountain ranges have lost 0.02 million km$^2$pd of potential snowfall areas. The NH potential snowfall areas is retracting towards the North pole over the Central Asia and Europe at a rate of 0.45 and 0.7 degree pd. Furthermore, terrestrial regions over the NH including the Great Plains in the United States, Canadian provinces around the Hudson Bay, Central Siberian and Tibetan Plateaus, are losing as much as 4% of the solid proportion of the annual precipitation amount pd.

연구 동기 및 목표

• 장기적인 재분석 및 관측 데이터를 활용하여 눈내림 지배 제도의 세계적 변화를 정량화하기 위해.
• 습구온도 상승이 눈내림의 공간적·시간적 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 주요 산악 지역과 기후대에서 눈내림 잠재력의 지역적 추세를 평가하기 위해.
• NCDC의 지상계측관측자료를 사용하여 결과를 검증하고 데이터 불확실성 평가하기 위해.
• 기후에 의한 강수 형태 변화로 인해 가장 취약한 지역, 특히 북반구를 특정하기 위해.

제안 방법

• 1979~2017년 기간 동안 2m 습구온도 및 강수량 데이터를 확보하기 위해 세 가지 제3세대 재분석 제품(ERA-Interim, MERRA-2, JRA-55)을 사용하였다.
• 공기 온도, 상대습도, 기압 및 경험적 상수를 기반으로 뉴턴-라프슨 반복 방법을 사용하여 습구온도를 계산하였다.
• 눈 내림 지배 여부를 판단하기 위해 습구온도 임계치를 적용: 육상에서는 1 °C 이하, 해양에서는 1.1 °C 이하일 경우 눈이 지배적이라 간주하였다.
• 습구온도가 눈 내림 임계치 이하인 지역을 잠재적 눈내림 지배 영역으로 정의하였다.
• 선형 회귀 및 공간 분석을 통해 눈내림/강수비율(SPR), 전이 위도, 영역 변화 추세를 계산하였다.
• R², RBIAS, POD, FAR, CSI 등의 통계 지표를 사용하여 NCDC 계측자료와의 비교를 통해 결과의 타당성을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1979년에서 2017년 사이에 다양한 기후대에서 세계적인 습구온도 변화는 어떠한가?
• RQ2 북반구와 남반구의 육상 및 해양에서 잠재적 눈내림 지배 영역은 얼마나 감소했는가?
• RQ3 알프스, 로키산맥, 안데스, 고산아시아와 같은 주요 산악 지역에서 눈내림 제도는 어떻게 변화하고 있는가?
• RQ4 북반구에서 눈내림 전이 위도의 후퇴 속도는 얼마인가?
• RQ5 습구온도 변화와 고체 강수 비율 감소 간의 상관관계는 어떠한가?

주요 결과

• 1979년에서 2017년 사이 북반구에서 육상의 연평균 습구온도는 0.34 °C/십년 증가했고, 해양에서는 0.35 °C/십년 증가했다.
• 북반구에서 육상의 잠재적 눈내림 지배 영역은 매십년당 0.52백만 km² 감소했고, 해양에서는 0.34백만 km² 감소했다.
• 알프스는 연간 3.64%의 가장 높은 눈내림 영역 감소율을 보였고, 이는 로키산맥(2.81%)과 고산아시아(1.85%)를 뒤이었다.
• 북반구 눈내림 잠재력 영역은 중앙아시아에서 매십년당 0.45°, 유럽에서는 0.7°씩 북쪽으로 후퇴하고 있다.
• 대륙 영역인 대평원, 허드슨만, 중앙시베리아, 티베트 고원에서는 고체 강수 비율이 매십년당 최대 4% 감소하고 있다.
• 남반구의 변화는 산악 및 극지역에서의 높은 불확실성과 자료 제약로 인해 더 명확하지 않았다.