[python] 북극 진동 (Arctic Oscillation) 패턴 계산 & 그리기 1: 목표 설정

- 개요

본격적인 코딩을 하기 전에 무엇을 해야하는지 정리해보고자 합니다.

NOAA 홈페이지에 북극 진동 패턴을 구하는 과정이 잘 정리되어있습니다. 

https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/history/method.shtml

 

- 북극 진동 패턴 구하는 방법론 해석

NOAA 홈페이지의 문단을 한 문장씩 읽으면서 북극 진동 패턴을 구하기 위한 정보들을 모아봅시다.

 

To identify the leading teleconnection patterns in the atmospheric circulation, Emperical Orthogonal Function (EOF) was applied to the monthly mean 1000-hPa (700-Pa) height anomalies poleward of 20° latitude for the Northern (Southern) Hemisphere.

1. 분석방법: EOF방법

2. 변수: 1000-hPa 지위고도

3. 시간 규모: 월평균

4. 공간 규모: 북위 20도 이상

5. 자료처리: 아노말리 구해야함

 

The leading EOF modes capture the maximum amount of explained variance.

6. 분석방법: EOF의 리딩 모드는 가장 큰 변동성을 포착한다.

 

The NCEP/NCAR reanalysis dataset was employed at a horizontal resolution of (lat,lon)=(2.5°X2.5°) for the period 1979 to 2000.

7. 사용한 자료: NCEP/NCAR 재분석 자료 (NCEP2 재분석 자료)

8. 기간: 1979~2000년

 

The seasonal cycle has been removed from the monthly mean height field.

9. 자료처리: 계절 변동성 제거

 

The covariance matrix is used for the EOF analysis.

10. 분석방법: EOF 분석에서 covariance matrix 사용

 

To ensure equal area weighting for the covariance matrix, the gridded data is weighted by the square root of the cosine of latitude.

11. 자료처리: sqrt(cos(위도))를 곱하여 영역 가중 적용

The loading pattern of AO (AAO) is defined as the first leading mode from the EOF analysis of monthly mean height anomalies at 1000-hPa (NH) or 700-hPa (SH).

12. 북극 진동 패턴 정의: 월평균 1000-hPa 지위고도에 EOF 분석의 결과로 나온 첫 번째 모드 

 

Note that year-round monthly mean anomaly data has been used to obtain the loading patterns.

13. 중복 내용: 위에서 나온 설명 중 일부를 언급

 

Since the AO and AAO have the largest variability during the cold sesaon (variance of AO/AAO), the loading patterns primarily capture characteristics of the cold season patterns.

13. 북극 진동 패턴 설명: 북극 진동은 cold season (겨울은 12, 1, 2월이고 cold season은 11월 혹은 3월도 포함하는 경우가 많음)에서 주요한 패턴

Daily and monthly AO (AAO) indices are constructed by projecting the daily and monthly mean 1000-hPa (700-hPa) height anomalies onto the leading EOF mode. 

14. 북극 진동 지수를 구하는 방법: 위에서 구한 첫 번째 모드에 월평균 아노말리를 내적

 

Both time series are normalized by the standard deviation of the monthly index (1979-2000 base period).

15. 북극 진동 지수를 구하는 방법: 표준편차를 이용해서 표준화

 

Since the loading pattern of AO (AAO) is obtained using the monthly mean height anomaly dataset, the index corresponding to each loading pattern becomes one when it is normalized by the standard deviation of the monthly index.

16. 북극 진동 지수 설명: 표준화를 했으니 북극 진동 지수 1이면 1 표준편차 수준의 변동이다.

 

마지막으로 방법론이 아니라 북극 진동 패턴 그림의 제목 나오는 설명이 있습니다.

그림 제목 확인

17. 북극 진동 패턴은 1000-hPa 지위고도의 regression map

 

- 목표 설정

해석한 내용으로 단계별 목표설정을 합니다.

괄호 안 숫자는 위에서 언급한 정보의 번호로 목표와 연관이 있으면 적었습니다.

1. 자료 수집

- NCEP2 재분석 자료 수집: NOAA 사이트에서 월평균 1000 hPa 지위고도 다운로드 (2, 3)

 

2. 자료 처리

- 자료 추출: 1979~2000년, 북위 20도 이상 (4, 8)

- 계절 변동을 제거하여 아노말리 구하기 (5, 9)

- 영역별 가중치 적용 (11)

 

3. 분석

- EOF 적용: 직접 계산 혹은 EOF 관련 라이브러리 찾아서 covariance 기반으로 EOF 분석 적용 (1, 6, 10)

- EOF의 시계열로 regression map을 구함 (17)

- EOF의 첫 번째 모드와 NOAA의 북극 진동 패턴을 비교하여 제대로 계산했는지 확인 (12)

 

 

4. 시각화

- NOAA에서 제공하는 북극 진동 패턴 그림과 비슷하게 그리기 (17)

 

 

 

다음 포스트부터는 본격적으로 목표를 하나씩 달성해보겠습니다.