In the summer of 2018, the Korea-Japan (KJ) region experienced an extremely severe and prolonged heatwave. This study examines the GloSea6 model's prediction performance for the 2018 KJ heatwave event and investigates how its prediction skill is related to large-scale circulation patterns identified by the k-means clustering method. Cluster 1 pattern is characterized by a KJ high-pressure anomaly, Cluster 2 pattern is distinguished by an Eastern European highpressure anomaly, and Cluster 3 pattern is associated with a Pacific-Japan pattern-like anomaly. By analyzing the spatial correlation coefficients between these three identified circulation patterns and GloSea6 predictions, we assessed the contribution of each circulation pattern to the heatwave lifecycle. Our results show that the Eastern European highpressure pattern, in particular, plays a significant role in predicting the evolution of the development and peak phases of the 2018 KJ heatwave approximately two weeks in advance. Furthermore, this study suggests that an accurate representation of large-scale atmospheric circulations in upstream regions is a key factor in seasonal forecast models for improving the predictability of extreme weather events, such as the 2018 KJ heatwave.

1개월과 3개월 장기 예보를 지원하기 위해 기상청에서 현업운용 중인 GloSea6 기후예측시스템에는 대기 중 대 기화학-에어로졸 물리과정(UKCA)이 연동되어 있지 않다. 본 연구에서는 저해상도의 GloSea6와 여기에 대기화학-에어로 졸 과정을 연동시킨 GloSea6-UKCA를 CentOS 기반 리눅스 클러스터에 설치하여 2000년 봄철에 대한 예비적인 예측 결과를 살펴보았다. 현업 고해상도 GloSea6 모델이 방대한 전산자원을 필요로 한다는 점을 고려할 때, 저해상도 GloSea6와 GloSea6-UKCA 모델은 대기화학-에어로졸 과정의 연동에 따른 효과를 살펴보기에 적합하다. 저해상도 GloSea6와 GloSea6-UKCA는 2000년 3월 1일 00Z부터 75일 간 구동되었으며, 두 모델이 예측한 2000년 4월 지상 기온과 일평균 강수량의 공간 분포를 ERA5 재분석자료와 비교하였다. GloSea6-UKCA가 예측한 기온과 강수 분포는 기존 GloSea6에 비해 ERA5 재분석자료에 보다 더 유사해졌다. 특히 우리나라를 포함한 동아시아 지역에 대해 과대 모의 경 향이 있던 봄철 지상 기온과 일평균 강수량의 예측 결과의 개선이 주목할 만하다. 또한 적분 시간에 따른 예측된 기온 과 강수량의 시계열에서도 GloSea6-UKCA가 GloSea6보다 재분석자료에 더 가까워진 시간 변화 경향을 살펴볼 수 있었 다. 이는 대기화학-에어로졸 과정이 GloSea6에 연동되었을 때 동아시아지역 봄철 예측 성능이 개선될 수 있음을 보여준다.

The prolonged and heavy East Asian summer precipitation in 2020 may have been caused by an enhanced Madden-Julian Oscillation (MJO), which requires evaluation using forecast models. We examined the performance of GloSea6, an operational forecast model, in predicting the East Asian summer precipitation during July 2020, and investigated the role of MJO in the extreme rainfall event. Two experiments, CON and EXP, were conducted using different convection schemes, 6A and 5A, respectively to simulate various aspects of MJO. The EXP runs yielded stronger forecasts of East Asian precipitation for July 2020 than the CON runs, probably due to the prominent MJO realization in the former experiment. The stronger MJO created stronger moist southerly winds associated with the western North Pacific subtropical high, which led to increased precipitation. The strengthening of the MJO was found to improve the prediction accuracy of East Asian summer precipitation. However, it is important to note that this study does not discuss the impact of changes in the convection scheme on the modulation of MJO. Further research is needed to understand other factors that could strengthen the MJO and improve the forecast.

본 연구는 기상청에서 운용 중인 영국 the United Kingdom Earth System Model (UKESM)을 리눅스 클러스터 에 설치하여 과거 28년 기간에 대해 적분을 수행하고, 추가적인 수치 실험을 수행하여 얻은 결과와 비교한다. 설치한 UKESM은 저해상도 버전이지만, 대류권 대기 화학-에어로졸 과정과 성층권 오존 화학 과정을 동시에 모의하는 United Kingdom Chemistry and Aerosol (UKCA) 모듈을 포함하고 있는 최신 버전이다. 본 연구에 사용된 UKCA가 포함된 UKESM (UKESM-UKCA)은 전체 대기에서의 화학, 에어로졸, 구름, 복사 과정이 연동된 모델이다. CMIP5 기존 배출 량 자료를 사용하는 UKESM 기준 적분 수치 모의와 함께, 동아시아 지역 이산화황(SO2) 배출이 기상장에 미치는 영향 을 평가하기 위하여 CMIP5 SO2 배출량 대신 최신의 REAS 배출자료로 교체한 실험 적분 수치 모의를 수행하였다. 두 수치 모의의 기간은 모두 1982년 1월 1일부터 2009년 12월 31일까지 총 28년이며, 모델 결과는 동아시아 지역 에 어로졸 광학 두께, 2-m 온도, 강수 강도의 시간 평균값과 시간 변화 경향의 공간 분포를 분석하고 관측자료와 비교하 였다. 모델에서 얻어진 온도와 강수 강도의 공간 분포 패턴은 관측자료와 전반적으로 유사하였다. 또한 UKESM에서 모의된 오존 농도와 오존전량의 공간 분포도 위성 관측 자료와 분포 패턴이 일치하였다. 두 UKESM 실험 적분 모의 결과로 얻어진 온도와 강수 강도의 선형 변화 경향의 비교를 통해, 동아시아 지역 SO2 지면 배출은 서태평양과 중국 북부지역에 대한 온도와 강수량의 변화 경향에 중요한 요인임을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 슈퍼컴퓨터에서만 운용되던 UKESM이 리눅스 클러스터 컴퓨팅 환경에도 설치되어 운용이 가능하다는 점을 제시한다. 대기 환경 및 탄소 순환을 연구하는 다양한 분야의 연구자들에게도 대기-해양-지면-해빙이 상호작용하는 UKESM와 같은 지구시스템모델이 활용될 가능성과 접근성이 높아졌다.

Seasonal forecasting has numerous socioeconomic benefits because it can be used for disaster mitigation. Therefore, it is necessary to diagnose and improve the seasonal forecast model. Moreover, the model performance is partly related to the ocean model. This study evaluated the hindcast performance in the upper ocean of the Global Seasonal Forecasting System version 5-Global Couple Configuration 2 (GloSea5-GC2) using a multivariable integrated evaluation method. The normalized potential temperature, salinity, zonal and meridional currents, and sea surface height anomalies were evaluated. Model performance was affected by the target month and was found to be better in the Pacific than in the Atlantic. An increase in lead time led to a decrease in overall model performance, along with decreases in interannual variability, pattern similarity, and root mean square vector deviation. Improving the performance for ocean currents is a more critical than enhancing the performance for other evaluated variables. The tropical Pacific showed the best accuracy in the surface layer, but a spring predictability barrier was present. At the depth of 301 m, the north Pacific and tropical Atlantic exhibited the best and worst accuracies, respectively. These findings provide fundamental evidence for the ocean forecasting performance of GloSea5.

Ocean biogeochemistry plays a crucial role in sustaining the marine ecosystem and global carbon cycle. To investigate the oceanic biogeochemical responses to iron parameters in the tropical Pacific, we conducted sensitivity experiments using the Nucleus for European Modelling of the Ocean–Tracers of Ocean Phytoplankton with Allometric Zooplankton (NEMO-TOPAZ) model. Compared to observations, the NEMO-TOPAZ model overestimated the concentrations of chlorophyll and dissolved iron (DFe). The sensitivity tests showed that with increasing (+50%) iron scavenging rates, chlorophyll concentrations in the tropical Pacific were reduced by approximately 16%. The bias in DFe also decreased by approximately 7%; however, the sea surface temperature was not affected. As such, these results can facilitate the development of the model tuning strategy to improve ocean biogeochemical performance using the NEMOTOPAZ model.

Controversy has surrounded the potential impacts of phytoplankton on the tropical climate, since climate models produce diverse behaviors in terms of the equatorial mean state and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) amplitude. We explored biophysical impacts on the tropical ocean temperature using an ocean general circulation model coupled to a biogeochemistry model in which chlorophyll can modify solar attenuation and in turn feed back to ocean physics. Compared with a control model run excluding biophysical processes, our model with biogeochemistry showed that subsurface chlorophyll concentrations led to an increase in sea surface temperature (particularly in the western Pacific) via horizontal accumulation of heat contents. In the central Pacific, however, a mild cold anomaly appeared, accompanying the strengthened westward currents. The magnitude and skewness of ENSO were also modulated by biophysical feedbacks resulting from the chlorophyll affecting El Niño and La Niña in an asymmetric way. That is, El Niño conditions were intensified by the higher contribution of the second baroclinic mode to sea surface temperature anomalies, whereas La Niña conditions were slightly weakened by the absorption of shortwave radiation by phytoplankton. In our model experiments, the intensification of El Niño was more dominant than the dampening of La Niña, resulting in the amplification of ENSO and higher skewness.

북대서양 자오면 순환(AMOC)은 그린란드 부근에서 고밀도 해수의 침강으로 유도되는데, 이것은 열과 물질을 수송시키기 때문에 기후 시스템의 중요한 요소이다. 이 연구는 전 지구 기후모델 중 하나인 HadGEM2-AO 모델에서 모의된 AMOC의 특징과 장기변동 메커니즘을 분석하였다. AMOC 지수를 이용한 지연 상관 분석을 통해 AMOC의 수십 년 변화는 해양 자체유지 변동으로 간주할 수 있었다. 즉 AMOC의 장기 변화는 남북 수온 경도와 해양 순환의 위상차로 인해 발생하는 불안정성에 의한 것으로 분석되었다. AMOC가 강해지면서 열의 북향 수송에 의해 남북 수온 경도가 작아지고, 따라서 해수의 순환과 열 수송이 줄어드는데, 이와 함께 고위도에서는 냉각이 유도되어 결과적으로 다시 AMOC가 강해지게 된다. 이 메커니즘은 저위도로부터 이류되는 열의 양에 따라 고위도 지역의 밀도 변화가 결정되기 때문에 AMOC의 변동을 염분 유도가 아닌 열적 유도 과정으로 이해할 수 있다.

Future changes in mineral dust emission are studied using CMIP5 models. These models simulate climatological spatial distribution of dust emission over the observed major sources; Sahara Desert to Arabia and Southwest Asia. Model estimates for the range of global dust emission simulation appear large in the quantity of dust produced and the amplitude of interannual variability. According to the ensemble mean in global annual emissions, projections of four RCPs do not have significant long-term trends in mineral dust aerosol emissions at the end of 21st century. Meanwhile over Northeast Asia, annual emissions are projected to decrease significantly in four RCPs. Reductions appear over the major sources of mineral dust. Seasonally emission reduction in spring is distinct. In April and May, future changes with decreasing emission appear only in RCP4.5 with significance. Aerosol emission amount changes are related to changes in land surface property. We analyze future projection of soil moisture and bare soil area fraction. Regarding the projected decreasing trend in the annual emission amount over Northeast Asia, soil moisture is expected to increase in the emission source region in four RCPs. Relatively, the effect of bare soil area changes over the emission source appears in some models and RCPs.