한국 동해에서의 해면기압, 해수면온도와 해상풍의 경험적 직교함수 분석

Empirical Orthogonal Function Analysis of Surface Pressure, Sea Surface Temperature and Winds over the East Sea of the Korea (Japan Sea)

본 연구에서는 한국 동해에서의 바람장의 공간적인 분포특성을 정량적으로 파악하기 위하여 해면기압과 해상풍 자료에 EOF 분석방법을 적용하여 모드별로 고유함수의 공간적인 분포특성과 시간계수를 계산하였고 시간계수의 스펙트럼을 구하여 바람장의 공간 및 시간변동성 및 주기적인 특성을 파악하였다. 평균기압의 분포는 서고동저형의 등압선 배치를 나타내며, 기압의 최대 표준 편차는 블라디보스톡 부근에 위치하고 일본연안으로 갈수록 최저 표준편차를 갖는다. 블라디보스톡 부근은 $6.5^{\circ}C$의 해수면 온도의 최대 표준편차를 갖는 지역이기도 하다. 동서성분 해상풍의 제1모드는 분산의 $47.3\%$ 제2모드는 $30\%$를 반영하며 제1모드는 블라디보스톡 해역에서 최대 변화를 보이며 1년 및 6개월의 주기를 갖는다. 특히 제2모드에서 6개월의 주기가 탁월하다. 해상풍의 남북성분의 연평균 분포는 동해전역에서 북풍계열의 바람이 탁월하며, 특히 블라디보스톡 부근에서 최대 2.2m/s 이상의 북풍이 존재하고 3.8m/s의 표준편차 최대치가 존재하며 시간변동이 크다. 해수면 수온의 공간분포 역시 블라디보스톡 해역에서 최대치가 나타난다. 해상풍과 해면 기압의 결합 직교함수의 모드별 특성은 개별 직교함수에 비해 동서성분 해상풍의 제1모드의 기여도가 증가 하였으며, 제2모드의 기여도는 감소하는 양상을 띤다. 이로 인해 동서성분 해상풍과 해면기압의 결합 직교함수 (WU-PR)의 주기성은 해면 기압의 영향으로 제1모드에서는 1년 및 6개월의 주기가 탁월하며, 제2모드에서는 3개월의 계절변화로 해상풍의 개별 직교함수의 주기와 다르게 나타난다. 해수면 온도의 직교함수까지 포함한 3개의 결합 직교함수의 EOF분석에서는 제2모드에서 해상풍의 공간분포는 해수면 온도에 좌우되는 양상을 보인다. 스펙트럼 분석결과는 제1모드에서 1년 주기가 탁월하며 제2모드는 3개월 및 4개월의 계절변화가 나타난다.

The seasonal variability of the sea surface winds over the last Sea of Korea (Japan Sea) is investigated by means of empirical orthogonal function (EOF) analysis. The combined representation of fields of three climatic variables by empirical orthogonal functions is discussed. The eigenvectors are derived from daily sea level pressure, wind speed and 10-day mean sea surface temperature (SST) during 15 years $(1978\~1992)$. The spatial patterns of the mean pressure are characterized by the high pressure in the western part and the low pressure in the eastern part. The spatial distribution of the standard deviation (SD) of pressure are characterized by max SD of 6.6 mb near the Vladivostok, and minima along the coast of the Japan. In Vladivostok, the maxima of SD of SST and south-north wind (WV) were also occurred. The representation of fields of individual meteorological variables by EOF shows that the first mode of the west-east wind (WU) explain over $47.3\%$ of the variance and the second mode of WU represents $30\%$. Especially, the first mode of the WV explain $70.9\%$ of the variance and their time series coefficients show 1-cpy, 0.5-cpy frequency spectrum. The spatial distribution of the first mode eigenvectors of SST are characterized by maximum near Vladivostok. The combined representation of fields of several variables (pressure, wind, SST) reveals that the first mode magnitudes of the variance of the combined eigenvectors (WU-PR) are increased. By means of this result, the 1-year peak and the 6-months peak are remarkable. In the three combined patterns (wind, pressure, SST), the second mode of the eigenvector (wind) is affected by the SST. Their time coefficients of the first mode show noticeable 1-year peak. The spectral analysis of the second mode shows broad seasonal signal with the period of 4-months and a significant peak of variability at 3-month period.