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최근 수정 시각 : 2022-04-12 16:54:59

매든-줄리안 진동

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Madden-Julian Oscillation, MJO

1. 개요2. 과정3. 계절별 특징4. 영향
4.1. 열대 저기압4.2. 동아시아4.3. 남방진동4.4. 파인애플 익스프레스4.5. 몬순
5. 연구 방법

1. 개요

MJO(Madden-Julian Oscillation, 매든 줄리안 진동)은 열대 지역 대기에서 30~70일(혹은 60일, 90일이라 하기도 한다.) 정도 주기[1]로 일어나는 계절내 물리적 진동 중 가장 뚜렷하게 나타나는 진동이다. (전체의 약 20~30%에 해당한다.) 1971년도에 발견되었으며, 발견자인 기상학자 로널드 매든(Ronald Madden)과 폴 줄리안(Paul Julian)의 이름을 땄다. 동서 파수 1~3 정도로 매우 거대한 공간적 규모의 진동이며, 위치가 잘 변하지 않는 ENSO와는 달리 보통 4~8m/s 정도의 느린 속력으로 인도양 태평양상에서 동진하는 경향을 보인다. 가장 뚜렷한 특징으로는 인도양 쪽에서 발생한 하층 대기의 대류성 구름이 태평양 쪽으로 천천히 이동하며 발생하는 구름 양의 변화(OLR[2]로 관측)와 강수량 편차가 있다. 말로는 이렇게 간단히 설명하기는 했지만, 실제로는 켈빈파와 로스비파가 뒤섞인, 매우 복잡한 대류 구조를 보인다.

2. 과정

대류 세포 의해 하층에서 동풍과 서풍이 수렴하면 공기는 상승하여 상층(약 200mb)에서 좌우로 다시 발산하는데, 이에 하층에서는 저기압성 회전이, 상층에서는 고기압성 회전이 자주 발생한다. 또한 상층에서 발산하는 공기가 보다 동쪽에서 수렴하여 다시 하강하기에, 대류 세포의 동쪽 상공에서는 저기압성 회전이, 하층에서는 고기압성 회전이 발생한다. (하층에서 고기압성 회전이 발생하므로 보다 공기는 고온 건조해져 대류 세포의 이동을 야기한다. 일종의 양의 피드백.)

어느 날 서인도양에 대류 세포( 적란운 등)가 발달해 비가 내리면, 인도양은 구름에 의해 햇빛이 가려져 가열되지 않고 동인도양은 구름이 없어 햇빛에 의해 해수면 온도가 상승한다. 일반적으로 대류 세포는 열에너지가 많은쪽으로 이동하는 경향이 있으므로, 대류 세포는 천천히 동진[3]한다. 동인도양에 도착하면 서인도양은 구름이 가리고 있었기에 해수면 온도가 낮지만, 대류 세포에 의해 상승한 공기가 태평양쪽에서 하강하고 있으므로 상대적으로 맑고 건조한 날씨이므로, 태평양쪽의 해수면 온도는 높은 상태이다. 때문에 다시 동진하여 동태평양까지 이동한다. 동태평양은 기본적으로 강한 용승이 일어나 찬 해수가 많은 수역이므로, 대류 세포는 천천히 힘을 잃고 소멸한다. 이 과정이 약 30~70일 가량 소요된다.

현재의 MJO의 주요 이론은 크게 4가지로 구분된다. 여기서 이론은 대기를 지배하는 주요 방정식(3차원 운동방정식, 연속방정식, 열역학 방정식, 수분 방정식)을 이용해서 설명이 가능하여야하고, 납득할 수 있는 모수화 과정을 통해서 MJO를 설명할 수 있어야 한다. MJO의 주요 이론은 1. Skeleton theory, 2. Moisture mode theory, 3. Gravity wave theory, 4. Trio-interaction Theory가 있다.

MJO의 발생과 소멸 등은 8단계의 Phase( 위상)로 나타나는데, 이는 심층 대류의 위치를 기준으로 정해진다. 심층 대류 영역이 서태평양에서 막 발생했을 때가 Phase 1, 인도에 있을 때가 2, 인도차이나 반도를 지날 때가 4, 필리핀 근처가 5, 태평양 동부에서 소멸할 즈음이 8 정도이다.

인도양에서는 약 5m/s 정도의 느린 속력이지만, 태평양에서는 상대적으로 빠른 8~12m/s에 이르기도 한다.

3. 계절별 특징

기본적으로 하층 대기에 일어나는 대류 세포(구름)는 따뜻한 에너지가 많은 곳(이 경우 따뜻한 해수)을 따라 이동하는 경향이 강하다. ( 태풍의 경로와 따뜻한 해수의 분포를 비교해보면 잘 보인다.) 때문에 여름철 MJO는 서인도양에서 발생하여 동진하기는 하나, 적도를 따라 동진하며 중앙 인도양에서 북진하거나 서태평양에서 북진(혹은 북서진)하는 경향을 보이기도 하는 등 복잡한 양상을 보인다. 반면 겨울철과 봄철 MJO는 해수면 온도가 적도를 기준으로 대칭적이고 연직시어가 큰 역할을 하지 않아 파수 1 정도로 동진하는 경향이 잘 보인다.

4. 영향

매우 많은 에너지를 가지고 동진하므로, 대류 세포 근방의 날씨, 진행 방향의 빠른 속력의 켈빈파, 아시아와 호주 지역의 몬순, 태풍의 발생, 파인애플 익스프레스, 로스비파의 형태로 PNA(Pacific-North America Pattern, 태평양-북아메리카 패턴), 북극 진동에 영향을 주기도 한다. 최근에는 지구 온난화의 영향으로 MJO가 더 많이, 더 강하게 발생하는 추세이다. 대기중 이산화탄소 농도를 변화시켜 기후변화에 대한 MJO의 반응을 본 연구 결과에 따르면, 이산화탄소의 증가는 MJO의 전파 속도를 더 빠르게 만들고, 구조가 더 크고 깊어진다고 알려져 있다. 이러한 MJO의 전파속도와 구조의 변화는 적도 지역의 에너지원이 점차 변화하는 것을 의미하며, 미래 기후에 중위도 지방에 미칠수 있는 영향이 달라질 수 있음을 시사할 수 있다.

4.1. 열대 저기압

대류 세포 의해 하층에서 동풍과 서풍이 수렴하면 하층에서는 저기압성 회전이 잘 발생한다. 때문에 대류 세포의 북서쪽과 남서쪽에서 열대 저기압이 발생하기 쉬워지는데, 이 때문에 북인도양과 남인도양에 대칭적으로 쌍 사이클론이 발생하기도 한다.

4.2. 동아시아

한국을 포함한 동아시아 여름철에 특히 많은 영향을 준다. 대류 세포가 인도 근처에 있는 경우, 대류 세포가 상승시킨 공기가 서태평양 부근에서 하강하기 때문에 고온건조해져 북태평양 고기압이 확장하게 된다. 때문에 우리나라에서는 북태평양 고기압의 가장자리를 따라 수증기가 유입되어 강수량이 많아지며, 태풍이 자주 발생하는 서태평양 저위도 지역에서는 고기압의 영향으로 태풍의 발생이 줄어든다.

그러나 대류 세포가 필리핀 근처로 이동하면 북태평양 고기압은 대류 세포의 영향으로 수축한다. 이에 따라 고기압의 가장자리를 따라 이동하는 수증기는 한국에서 일본쪽으로 이동하게 되며, 우리나라의 강수량이 평년보다 낮아진다. 태풍이 발생하던 지역에서는 대류도 활발해져 태풍이 평년보다 자주 발생하게 되며, 만약 엘니뇨 시기와 맞물린다면 보다 고온의 서태평양 해수와 만나 보다 강한 태풍이 보다 자주 발생한다.

4.3. 남방진동

남방진동에 강한 영향을 받는다.

4.4. 파인애플 익스프레스

북아메리카 지역의 겨울 강수량에 영향을 주기도 하는데, 이를 파인애플 익스프레스라고 부른다.

4.5. 몬순

북반구에서 일어나는 몬순에 많은 영향을 준다.

5. 연구 방법

EOF(Empirical Orthogonal Function, 경험적 직교 함수)가 많이 이용된다.


[1] 때문에 30- to 60- day oscillation, 30- to 60-day wave 등으로 불리기도 한다. [2] Outgoing Longwave Radiation [3] 단, 서태평양에서 생긴 구름이 30~60일 동안 생존하며 동진하는 것은 아니다. 대류 세포 하나의 수명은 짧지만, 하나가 사라지면 다른 하나가 생기는 식으로 대를 이어가며(?) 천천히 동진한다.