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영어

This study is based on Research and Education (R&E) project in science high school. Recently, we heard that the Earth mean temperature has been increasing under the global warming and cold surge occurrences are more frequent relative to the past. Previous studies reported that changes of the jet stream related to the Arctic Oscillation influence cold surge occurrences and the jet stream can be changed by the global warming. Thus, we make a hypothesis that the jet stream under to the global warming are changing to make frequent cold surge occurrences. To ascertain the hypothesis, we analyze the global warming, cold surge, the Arctic Oscillation, and the jet stream using the observed data over the globe. In general atmosphere, the large temperature difference between high- and low-latitudes can make the jet stream that is the strong wind surrounding high-latitudes. The jet stream prevents the Arctic cold air from getting out mid-latitudes. Under the global warming, temperature increase in the high-latitudes is much larger than that in low-latitudes, reducing the temperature difference between high- and low-latitudes. The reduced temperature difference can force the jet stream to become weak, similar to the situation for negative Arctic Oscillation when the cold air easily gets out mid-latitudes. As a result, the reason for frequent cold surge occurrences in spite of warming trend over the globe is the weakening of jet stream formed by the unequal latitudinal warming trend, related to negative phase of the Arctic Oscillation. Though this research, we can scientifically explain the contradictory relationship between the global warming and the cold surges. The results analyzed in this study could be helpful for student to understand the global warming and the cold surges.

한국어

이 연구는 과학고에서 진행하는 Research & Education (R&E) 과제로 수행되었다. R&E 과제의 주제를 찾던 중에, 우리는 지구온난화로 지구의 평균온도는 꾸준히 상승하고 있다고 들었는데, 최근에 한파의 발생이 과거보다 더욱 빈번한 것을 경험하였다. 사전 연구들을 통해 한파의 발생은 북극진동에 의한 제트류의 변화가 영향을 주고 있으며, 이 제트류는 또한 지구온난화에 의해서도 변화할 수 있다는 것을 알았다. 그래서 우리는 지구온난화로 인해 제트류가 한파의 발생이 빈번해지는 쪽으로 변화되고 있다는 가설을 세우고, 이를 확인하기 위해 전 지구의 관측 자료를 사용하여 지구온난화, 한파, 북극진동, 그리고 이를 이어주는 제트류를 분석하였다. 일반적인 대기에서는 고위도 지역과 저위도 지역의 큰 온도 차이에 의해 고위도 지역을 둘러싼 강한 바람인 제트류가 불고 있어 북극 지역의 매우 차가운 공기가 중위도로 나가는 것을 막고 있다. 하지만, 지구온난화에 의한 온도 상승이 저위도 지역보다 고위도 지역에서 매우 크게 나타나고, 이는 고위도와 저위도 사이의 온도 차이를 감소시킨다. 감소된 온도 차이는 북극진동의 음의 상태와 유사하게 제트류를 약화시키면서 고위도 지역의 차가운 공기가 중위도 지역으로 빠져나가게 만든다. 결과적으로, 지구온난화 하에서의 빈번한 한파 발생의 원인은 위도별 불균등한 온도 상승에 의한 음의 북극진동과 관련된 제트류의 약화라고 할 수 있다. 본 연구를 통해 우리는 지구온난화와 한파라는 모순되는 현상의 관계를 과학적으로 설명할 수 있었고, 이 결과는 많은 학생들이 지구온난화와 한파라는 주제를 이해하는 데에 도움을 줄 수 있을 것이라고 생각한다.