가. 수송량 변동성
그림 3-10은 두 개의 단면을 통과하는 수심 1m 두께의 표층 수송량의 편차 (anomaly)를 시간에 따라 나타낸 것이다. 따라서 여기에서의 수송량은 표층 1 m의 수송량을 의미한다. 만일 표층의 (단면과 수직방향 성분) 유속에 수심을 곱하여 전 단면을 따라 누적시키면 순압성 (barotropic) 수송량의 의미를 갖는다. 제3절에서 수송량 변동성과 기후지수의 상관성 결과를 해석할 때 이 부분은 매우 중요한 의미를 갖기 때문에 제4절 토의에서 보다 자세하게 기술하 였다.
그림 3-10에서 검은 실선은 수송량 계산에 이용된 자료수를 나타내는데, 두 단면 공통적으 로 1994, 1995, 1997, 2002년 겨울철 (8～9월)에 자료수가 감소하고, 특히 8월에는 자료가 부족 한 일수가 2.8개월 정도로 가장 길었다. 관측 기간 동안의 표층 수송량의 변동 폭은 단면 A가 약 ±0.015 Sv, 단면 B가 약 ±0.01 Sv 정도로 단면 A가 단면 B보다 변동 폭이 크게 나타났다.
그림 3-10. 1992년 10월부터 2006년 9월까지 (14년 동안) 드레이크 해협 두 개의 단면을 통과하는 표 층 (수심 1m) 수송량 편차의 시계열. 검정실선은 수송량 계산의 격자수를 나타낸다. 사용된 격자의 수가 감소한 경우는 드레이크해협 남쪽에 해빙이 분포하였음을 의미한다.
그림 27-11. 드레이크해협의 월평균 표층 수송량 편차. 분홍색과 연두색은 각각 단면 A, B를 나타냄.
그림 3-11은 두 단면의 월평균 표층 수송량 편차의 변화를 도시한 것이다. 단면 A에서는 남반구 여름 중반부터 겨울 중반까지 양의 값을 보이고 나머지 기간에는 음의 값을 보인 반면 단면 B에서는 여름에 양 및 겨울에 음의 값을 보인다. 해수면의 계절적 변동은 수온의 계절적 변동에 수반한 열팽창효과에 의한 것이 지배적이다. 그러나 고도계 자료에서 유속을 산출하는 경우에는 14년 평균유속( u, v)은 14년간의 평균 해수면높이 자료가 사용되므로 열팽창효과는 들어가지 않는다. 또한, 유속편차 (u',v') 계산에는 1주일 간격의 변화 및 0.25°의 수평적 간격 의 변화가 고려되므로 계절적 열팽창효과는 산출된 유속에 영향을 주지 않을 것으로 판단된다.
따라서 그림 3-11의 유속 월변화는 해수면의 열팽창 효과 때문에 계산상 나온 것은 아니고 실 제 변화로 해석할 수 있다.
그림 3-12는 수송량 변화를 1주일 간격(최초 계산), 3개월 이동평균 및 연평균하여 각각 표시한 것이다. 3개월 이동평균할 경우 해빙에 의한 자료 감소의 영향을 줄일 수 있다. 두 단면 에서의 유사한 변화를 하였고, 3개월 이동평균한 경우 그림 3-10에서 나타났던 최대치는 감소 하였지만 변화 경향은 큰 차이가 없었으며, 약 ±0.007 Sv 정도의 변동 폭을 나타내었다. 이는 전 수심을 고려하면 순압성(barotropic) 수송량 변동이 약 20 Sv 크기임을 의미한다. 연평균
시계열 자료는 비교적 뚜렷한 연변동성을 보여주고 있는바 두 단면에서 모두 1995-1996년과 2000-2001년에 음의 anomaly, 그리고 1992년, 1997-1998년 및 2003-2004년에 양의 anomaly가 나타나고 있다. 이 변동성은 주기분석 결과 약 4.6년의 극값에 해당하며 ENSO와 상관성이 있 을 것임을 암시해준다.
그림 3-12. 표층 수송량 시계열. 짙은 실선은 단면 A를 나타내며 옅은 실선은 단면 B를 나타냄. (a) 1 주일 간격의 수송량 변화, (b) 3개월 이동평균한 수송량 변화, (c) 연평균 수송량 변화.
나. 해빙에 의한 수송량 산출 민감도
그림 3-13은 1994～1996년 8월에 인공위성에서 관측한 남극대륙 주변해역에 해빙이 차 지하는 분포와 이동하는 해빙에 대한 정보를 격자화하여 벡터로 표시한 그림이다. 1996년에는 드레이크 해협에 해빙의 영향이 없었던 반면, 1994년과 1995년 8월에는 해협 남부해역까지 해 빙이 확장하였고, 특히 1995년에는 해협의 반 정도가 해빙이 표층을 덮고 있어 수송량 계산에 필요한 자료수가 관측기간 중 가장 적게 되었고, 자료가 부족한 일수도 제일 길게 되었다. 이동 벡터를 살펴보면, 1995년에 확장한 해빙은 남극반도에서 확장한 것이 아니라, 남극반도 서쪽에 서 유입에 의한 것임을 알 수 있다.
해빙의 영향으로 수송량을 계산할 수 없을 때도 있지만, 전체 관측기간을 보면 일부에 해당하고, 해빙이 차지하는 해역은 비교적 해류가 약한 부분이므로 수송량의 장기적인 변화를 살펴보는데 큰 무리가 없을 것으로 생각한다. 그림 3-14A (그림 3-12c와 동일함)에 두 단면을 통과하는 연평균 수송량 편차를을 나타내었고, 해빙의 영향이 없는 해역 혹은 드레이크 해협에 서 해류가 강한 Subantarctic Front와 Polar Front만을 고려한 단면의 연평균 수송량을 그림 3-14B에 나타내었다. 드레이크 해협을 통과하는 수송량은 계절변화보다 연변화가 뚜렷한 것을 알 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이 단면 전체를 통과하는 수송량은 두 단면에서 유사하게 약 4~5년 주기를 갖고 변화하였으며, 1993년부터 2005년까지 12년 동안 단면 전체에서는 약
±0.004 Sv, 아남극전선과 극전선 해역에서는 약 ±0.003 Sv 정도의 수송량 변동 폭을 보였다.
한편, 계절변화에 대한 결과는 그림 3-15에 표시하였는데 Subantarctic Front와 Polar Front 해 역 (해빙의 영향이 없는 해역)에서는 더욱 현저한 계절변화가 나타났다.
(A) (B)
(C) (D)
(E) (F)
그림 3-13. 인공위성에서 관측한 (A, B) 1994년, (C, D) 1995년, (E, F) 1996년 8월 (겨울) 남극대륙
그림 3-14. 표층수송량 편차의 연평균. 두 단면은 그림 6-3-26 의 단면 색과 동일하게 구분하였 고, (A)는 단면 전체를, (B)는 해빙의 영향이 미치지 않는 해역의 수송량을 나타낸다.
그림 3-15 표층수송량 편차의 월평균. (A)는 단면 전체를, (B)는 해빙의 영향이 미치지 않는 해 역의 수송량을 나타낸다.
제 3 절 수송량지수와 기후지수의 상관성
남극해 해양순환과 해수의 물성 분포 및 해빙 분포의 장기 변화에 영향을 주는 대규모 해양/기상 현상으로 ENSO와 SAM을 들 수 있다 (Turner, 2004). ENSO는 태평양 적도해역의 현상이지만 이는 중위도뿐만 아니라 극지역의 기상패턴에도 영향을 미칠 것임이 최근의 연구 결과들은 보여주고 있다. SAM은 그 정의 자체가 남반구의 기압 분포의 상태이기 때문에 바람 과 기압의 지배를 받는 해수면의 상태는 바로 반응을 보일 것임이 분명하다. 본 절에서는 분석 에 사용된 ENSO와 SAM 및 이들의 장기변동성에 대하여 설명하고, 장기변동성이 드레이크해 협 표층수송량 변동성와 어떠한 상관관계를 보이고 있는지 분석하였다. 분석 결과의 해석을 위 하여 수송량 변동성과 해수면온도 편차 분포의 시계열 자료와 상관성을 분석하였다.