하부 대류권의 대기물현상과 마이크로파 표면 방출율를 전구적으로 조사하기 위하여 1981-93년 기간의 MSU 채널1 밝기온도와 대기대순환 모델(GCM) 재분석 월평균 자료를 사용하였다. 모델재분석 채널1 자료의 평균값이 MSU 채널1 가중함수를 기초로 하여 세 종류의 모델(NCEP ECMWF, GEOS) 재분석에서 온도장을 이용하여 재구성되었다. 모델재분석 채널1 온도는 하부 대류권의 열적 상태를 주로 반영하기 때문에, 해양과 육지에서 계절에 관계없이 각 반구 여름철에 최대값을 나타내었다. MSU 채널1 밝기온도는 해양에서 대기물현상으로 인해 열대 및 남태평양 수렴대들 에서 극대값을 보였다. 또한 이 밝기온도는 빙하/눈 방출율 효과로 인하여 고위도 해양에서 증가하는 반면에, 고위도육지에서는 감소하였다. 열대 및 남태평양 수렴대들의 계절적 이동은 GCM과 MSU 사이의 채널1 온도 차의 분포에서 체계적으로 나타났다. 이러한 온도차의 극소값 위치에서 추정할 때, 열대 수렴대는 가을에 9N까지 북상하였고, 남태평양 수렴대는 북반구 가을과 겨울에 12S까지 남하하였다. 고위도 경우에는 해빙이 각 반구의 겨울에 북반구에서 53N까지 남하하고, 남반구에서는 58S까지 북상하였다 복사전달 결과를 이용하여 MSU 채널1 밝기온도에 대한 대기물현상과 표면 방출율의 부분적인 기여도를 분리하여 조사하였다. ITCZ지역에서 4-6K의 밝기온도 상승은 1-1.5mm/day의 대기물현상 증가에, 그리고 고위도 해양에서의 10-30K의 상승은 0.6-0.9값의 해빙 방출율의 기여에 해당하였다.

하부 성층권 온도의 추세에 대한 위성관측과 모델 결과들의 상대적인 정확성을 평가하기 위하여 두 종류의 위성관측 MSU 채널 4(57.95GHz) 밝기온도 자료들과 1981∼1993년 기간의 두 종류의 대순환 모델(ECMWF and GEOS) 재분석 자료들을 시계열 회귀분석으로 상호 비교하였다. 1980∼1999년 기간의 위성자료는 이 연구에서 유도된 직하점 MSU4와 여러 주사각에서 유도된 SC4(Spencer and Christy, 1993)이다. 위 기간에 전지구에 대한 MSU 하부 성층권 온도는 화산폭발과 관련된 냉각화 경향(-0.35K/decade)을 보였으며, 이러한 경향은 육지보다 해양에서 1.2배 컸다. 자료들의 공통 기간(1981∼1993년)에 대한 하부 성층권 온도의 아노말리는 두 종류 관측자료와 GEOS에서 전지구적으로 냉각화 경향(-0.14∼-0.42K/decade)을 보였으나, ECMWF는 북반구를 제외하고 온난화(0.06K/decade)를 보였다. 온도 연주기는 SC4를 제외하고 다른 세 종류 자료에서 유사한 위상과 함께 현저하였다. 온도 추세에 대한 95%신뢰도 조사에서 MSU 채널 4의 하부 성층권 온도에 대한 신뢰도가 채널 2(53.74GHz)의 중간 대류권 온도보다 더 낮았다. 또한 두 기층 사이의 온도 추세 감율이 북반구 육지에서 가장 컸다. MSU4에 대한 SC4 및 모델 재분석 결과들의 상관은 전지구의 경우에 SC4(r=0.96)에서 가장 높았고, ECMWF(r=0.61)에서 가장 낮았다. 한반도의 경우에는 GEOS에서 가장 높았고(r=0.88), ECMWF에서 가장 낮았다(r=0.73). MSU4에 대한 SC4, ECMWF의 상관은 아열대 제트류가 위치하는 30˚ 위도대에서 낮았으나(r〈0.6) 그 외의 지역에서는 대체로 높았다(r〉0.6). 한반도 부근에서 하부 성층권 온도의 냉각화 경향은 모든 자료에서 공통적으로 나타났다. 이러한 추세는 SC4(-0.82K/decade)에서 가장 컸으며, MSU4(-0.38K/decade), GEOS(-0.28K/decade), ECMWF(-0.07K/decade) 순으로 나타났다.

중간 및 상부 대류권의 전구 온도 경향을 1980-97년 기간의 위성관측 MSU 직하점 채널2-3의 밝기온도와 1981-93년 기간의 세 종류의 대순환모델(NCEP, ECMWT, GEOS) 재분석 자료를 통하여 조사하였다. 전구, 북반구, 남반구, 열대 지역에 대한 이들 자료의 아노말리가 공통 기간에 대하여 다음 지역에서 세부적으로 계산된 후 비교되었다; 해양, 육지, 해양 및 육지, 중간 대류권의 경우에 MSU에 대한 모델들의 상관은 ECMWF에서 가장 높았으며(r=0.81∼0.95), 이러한 경향은 열대에서 현저하였다. 상부 대류권에서의 상관은 MSU 채널3 자료의 부정확성으로 인하여 낮았으며(r=0.06∼0.34), 이는 기존 연구와 일치하였다. 중간 대류권에서의 전구 온도 경향은 위성관측과 모델들에서 0.01∼0.18K decade-1의 온난화를 보였다. 여기서 엘니뇨 기간인 1987, 1991년에 양의 아노말리, 그리고 라니냐 기간인 1993, 1994년에는 음의 아노말리를 보였다. MSU에서 온난화 경향의 세기는 해양과 육지에서 비슷하였다(0.12∼0.13K decade-1). 상부 대류권에서 MSU와 모델들 사이의 가장 큰 불일치는 MSU 채널3 자료의 오차로 인하여 NOAA 9와 10의 교체 기간(1984. 12-1985. 1)에 나타났다. 한반도 부근의 중간 대류권에서 온도 경향은 1981-93년 기간에 위성관측에서 거의 무시할 만하였으나(-0.02K decade-1), 모델들에서 상당한 온난화(0.25∼0.43K decade-1)를 보였다. 이러한 경향들을 Spencer and Christy(1992a, 1992b)의 독립적인 MSU 결과들과 비교 · 토의하였다.

측과 모델에서 각각 유도된 하부 성층권의 온도를 비교 · 분석하기 위하여 전구에 대한 1980-98년 기간의 위성관측 MSU 채널4 (하부 성층권) 밝기온도와 두 개의 대기대순환 모델(NCEP, 1980-97년; GEOS, 1981-94년) 재분석 자료를 상관 및 경험직교함수 분석을 통하여 조사하였다. 월평균 기후값의 아노말리에서 MSU 온도는 남반구 겨울에 고위도 지역에서 현저하게 감소하였으나 (20-22K), 남반구 봄인 10월에는 오스트레일리아의 이남 지역에서 하부 성층권 온도 및 오존 전량이 주목 할만하게 동시에 상승하였다. 열대지방에서는 온도 연주기가 중 · 고위도에 비하여 뚜렷하지 않았다. 전구 대부분의 지역에서관측과 모델 사이에 상관은 높았으나 (r≥0.95), 아열대 제트기류가 통과하는 20N-3ON 지역, 북미 대륙 그리고 안데스산맥 남단지역에서 낮았다(r∼O.75). MSU 및 모델 재분석들의 월평균값에 대한 모드 1은 연주기와 함께 화산 폭발시에 하부 성층권의 온도 상승을 나타냈다. 한반도 지역에 대한 분석은 하부 성층권 온도가 대류권과 대조적으로 여름에 하강하고 겨울에 상승하는 형태를 보였다. 열대 태평양에 대한 MSY 및 재분석들의 아노말리 모드 1은 화산폭발에 의한 하부 성층권 온도 상승을 나타냈다. 모드 2는 MSH와 GEOS에서 준2년 주기진동 (QBO), 그러나 NCEP에서 엘니뇨 특징을 보였다. 엘니뇨 특징은 MSU와 GEOS의 경우에 모드 3에서 나타났다. 관측과 모델 모두에서 하부 성층권 온도에 대한 기여율이 대체로 화산폭발, QBO, 엘니뇨 순으로 높았다. 열대 대서양의 결과도 무시할 만한 엘니뇨 기여를 제외하고 열대 태평양과 비슷하였다 본 연구는 하부 성층권 온도에 대한 위성관측과 모델 재분석 자료와의 비교를 통하여 상호 정확성을 진단할 수 있음을 보여준다.

Agreement in the vertical profiles of the temperature trends from radiosonde observation (HadAT) and four kinds of reanalysis dataset (ERA40, ERA-I, NCEP-DOE, and 20CR) are examined for the period of 1979-2000. There are noticeable spread among reanalysis and observation datasets in the temperature trend depending on region and vertical level. East Asia shows large discrepancy among datasets, while Europe shows relatively good agreement. Generally, biases in temperature trends are larger in the upper troposphere (above 300 hPa) than in the lower and middle troposphere. Comprehensive comparison of the long-term temperature trends among reanalyses is made for horizontal distributions with height, latitude-pressure cross-sectional distributions, zonally-averaged meridional distributions with height, and area-averaged vertical profiles in both DJF and JJA. Consequently, we find that the degree of agreement among reanalyses significantly varies with vertical level, region, and season. The highest discrepancy is found over southern high-latitudes and in the upper troposphere over southern tropics. In the tropical upper troposphere above 200 hPa, observation (HadAT) shows cooling trend increases with height, but three reanalyses show warming trends except NCEP-DOE reanalysis in which cooling trend is overestimated. In conclusion, discrepancies in the vertical profiles of long-term temperature trends among four kinds of reanalysis datasets are quite large, and then a scrupulous approach should be needed when reanalysis dataset is used for climate change study.