[논문 리뷰] The 2010 and 2014 floods in India and Pakistan: dynamical influences on vertical motion and precipitation

Daniel A. Shaevitz, Ji Nie외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 03.

Climate variability and models인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 2010년과 2014년 인도 및 파키스탄 홍수 기간 동안 수직 운동을 분해하기 위해 준지구학적 오메가 방정식을 사용하여, 대규모 상승 기류의 주요 원인으로 암흑열이 작용하며, 히말라야 산맥의 지형적 영향이 대류를 유도하는 주요 촉매로 작용함을 밝혀냈다. 11년 간의 데이터 분석을 통해 극단적 강수는 높은 수직 수증기량과 강한 지형적 상승 기여와 밀접하게 연관되어 있음을 확인하였다.

ABSTRACT

Devastating floods in northeast Pakistan and northern India occurred in July 2010 and September 2014 as a consequence of extreme precipitation events. The 2010 and 2014 flood events had similar synoptic flow patterns that led to an anomalously high moisture content in the flood region. The quasi-geostrophic omega equation is inverted in order to attribute components of the large-scale vertical motion profile to synoptic forcing, diabatic heating, and mechanically forced orographic ascent. The results show that diabatic heating is the dominant contributor to the large-scale vertical motion, and suggest that the orographic forcing by flow over the Himalayas is the dominant mechanism by which the convection that produces the heating is forced. Analysis of a longer data record shows that instances of extreme precipitation in this region over the last eleven years are closely associated with simultaneously large values of orographic forcing and column-total precipitable water vapor.

연구 동기 및 목표

• 히말라야 지역에서 발생한 2010년과 2014년 극단적 홍수 사건의 동역학적 메커니즘을 이해하기 위해.
• 대기 순환력, 암흑열, 지형적 상승 기여가 대규모 수직 운동에 기여하는 정도를 정량화하기 위해.
• 이 지역에서 장기간 동안 발생한 다른 극단적 강수 사건에 대해서도 동일한 동역학적 요인이 적용되는지 평가하기 위해.
• 히말라야와 같은 고지대 지역에서 준지구학적 오메가 방정식의 적용 타당성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 준지구학적 오메가 방정식의 역행렬을 통해 수직 운동을 대기 순환력, 암흑열, 지형적 상승 기여로 분해하기 위해.
• 바람, 온도, 기하학적 높이 등의 대기장 자료로 재분석 데이터(예: NCEP/NCAR)를 사용하기 위해.
• 지구적 바람을 550 hPa 대류권 상층에서 측정하고 지형 기울기를 고려하여 지형적 수직 운동을 계산하기 위해.
• 하나의 오메가 방정식에 두 가지 하부 경계 조건(550 hPa 및 700 hPa)을 적용하여 민감도 분석을 수행하기 위해.
• 모델에 의해 유도된 수직 운동 프로파일을 재분석 자료와 비교하여 방법의 타당성을 검증하기 위해.
• 몬순 계절 동안 11년 간의 데이터를 분석하여 극단적 강수와 지형적 상승 기여 및 수증기 농도 간의 연관성을 규명하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2010년과 2014년 홍수 기간 동안 암흑열, 대기 순환력, 지형적 상승 기여가 수직 운동에 기여하는 상대적 기여도는 어떠한가?
• RQ2 준지구학적 오메가 방정식은 고지대 히말라야 지역에서 관측된 수직 운동을 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 2010년과 2014년에 규명된 동역학적 메커니즘은 이 지역의 다른 극단적 강수 사건에도 일반화 가능한가?
• RQ4 극단적 강수 사건은 어느 정도의 높은 수직 수증기량과 강한 지형적 상승 기여와 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 2010년과 2014년 홍수 사건 모두에서 암흑열이 대규모 수직 운동의 주요 기여 요소였다.
• 지형적 상승 기여가 대류를 유도하는 주요 촉매로 작용하였으며, 히말라야 지역에서 기계적 상승 기여가 상승 기류를 유도하였다.
• 기울기와 온도 수송에 기인한 대기 척도의 순환력은 상대적으로 약하며, 중요도 면에서 보조적인 역할을 하였다.
• 준지구학적 오메가 방정식의 해는 재분석 자료의 수직 운동 프로파일과 밀도 있게 일치하여, 지형 복잡성에도 불구하고 이 지역에서의 적용 타당성을 입증하였다.
• 지난 11년 간의 극단적 강수 사건은 높은 수직 수증기량과 큰 지형적 상승 기여와 강하게 연관되어 있었다.
• 2014년 사건과 2010년 두 번째 사건은 유사한 기류 패tern과 수증기 공급원을 공유했으며, 모두 남동풍을 통해 베인 해에서 수증기를 유입하였다.