Roles of thermodynamic and dynamic process to the increase in the occurrence of Marine Heat Waves in East Asia marginal seas during boreal summer:Modeling study

Abstract

Using the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis version 5 (ERA5) dataset, we investigated the increase in the frequency of Marine Heat Waves (MHWs) in the East Asian marginal seas (EAMS) during summer. Additionally, three idealized experiments were conducted with the Ocean Global Circulation Model (OGCM) forced by ERA5 reanalysis datasets to determine the contribution of thermodynamic and ocean dynamic processes to the increasing trend of MHWs. Control experiment (Exp_CTL) is result of all atmospheric variables to force the MOM5 are historical for the period of 1982-2020. The difference between the thermodynamic experiment (Exp_THER) and the dynamic experiment (Exp_DYN) is that, like the control experiment, the variables corresponding to each experimental name is given historically, and the remaining variables are given as reanalyzed values close to the observational value. As a result, it was shown that thermodynamic processes play an important role in the increasing trend of East Asian MHWs, and conversely, it was implied that the dynamic processes contributed relatively little.|본 연구에서는 최근 동아시아의 해양 생태계를 황폐화시키는 원인이 되는 해양열파(MHW)의 메커니즘을 이해하기 위한 실험 및 분석을 행한다. 해양열파는 발생 시 해양의 성층을 강화하고, 영양분 공급을 감소시켜 해양 개체의 생체량 감소에 영향을 끼쳐 어업에 있어서 경제 손실을 발생시키는 것으로 보고되어 있다. 최근 들어 해양 열파의 특성(발생 일수, 빈도)등이 증가하는 추세로 알려져 있으며, 해양열파의 빈도 증가는 평균 해수면 온도의 온난화와 밀접한 관련이 있다고 한다. 그리하여 해양열파로 이어지는 대기 강제력 및 해양 강제력의 역할을 탐구하는 것이 본 연구의 목표이다. 우선 ERA5(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts reanalysis version 5) 자료를 사용하여 여름철 동아시아 인근 해역에서의 해양 열파의 빈도 증가를 조사한다. 또한 해양 열파의 증가 추세에 대한 열역학 및 해양 역학 과정의 기여도를 파악하기 위하여 ERA5 대기 변수 자료를 강제력으로 하여, 해양 순환 모델인 MOM5 모델을 사용하여 3가지 이상화 실험을 실행한다. 첫 번째 실험은 기준 실험(EXP_CTL)으로 대기 2m 온도, 해수면 압력, 강수량, 태양 복사, 비습, 10m의 동서풍과 남북풍 등의 대기 강제력 변수가 실제에 가까운 재분석값으로 주어진다. 두 번째 실험(EXP_THER)은 열역학적 변수(대기 2m 온도, 강수량, 태양 복사, 비습) 등을 제외하고 나머지 조건이 기준 실험과 동일하게 주어진다. 마지막 실험(EXP_DYN)은 역학적 변수(10m 바람, 해수면 압력 등)를 제외하고 나머지 조건이 첫 번째 실험과 동일하게 주어진다. 이 3가지 실험을 비교함으로써, 빈도와 지속시간을 포함한 해양 열파의 다양한 특성에 대한 대기 및 해양 강제력의 역할을 조사한다. 그 결과 동아시아 해양 열파의 증가 추세에 열역학적 과정이 중요 역할을 하는 것으로 나타났으며, 역학 과정의 경우 상대적으로 기여도가 낮음을 파악하였다.