강사라 교수팀, 남극-열대 기후 관계 밝힐 국제연구 주도

지구 기후를 정확히 예측하기 위한 대규모 국제 프로젝트를 UNIST 연구진이 주도하고 있다. 극지방-열대의 기후 상관관계를 밝혀 적도 부근에 강우가 집중되는 영역인 ‘열대수렴대(ITCZ)’의 시뮬레이션 속 위치가 실제와 다르게 나타나는 원인을 추적할 예정이다. 

강사라 도시환경공학부 교수팀은 ‘열대수렴대 시뮬레이션 오차 원인’을 파악하기 위한 국제 프로젝트인 ‘고위도–열대 원격상관 다중 모델 프로젝트(ETIN-MIP)’를 성공적으로 이끌었다. 영국 엑시터대학과 국립대만대, 독일 막스플랑크 연구소 등 9개 기관이 참여한 이 프로젝트의 첫 성과는 ‘미국기상학회보(Bulletin of American Meteorological Society, BAMS)’에 게재됐으며, 후속 연구도 시작됐다.

열대수렴대의 강우량은 다른 지역의 강우량과 온도 변화에도 영향을 주기 때문에 전 지구적 기후 예측에 매우 중요하다. 하지만 지금까지는 기후 모델의 시뮬레이션 속에서 예측한 위치가 실제와 달라서 정확한 연구가 어려웠다. 기후 모델은 대기와 대륙, 해양 등 복잡한 요소를 수식으로 만들어 슈퍼컴퓨터로 계산하는 방식이다. 사용하는 변수와 방정식 등 몇십 개에 이르는 기후 모델이 존재하는데, 모든 기후 모델에서 열대수렴대 위치에는 오차가 나타났다.

강사라 교수는 “지난 40여 년 동안 기후 모델이 꾸준히 발전해왔지만 열대수렴대 시뮬레이션 오차는 여전히 불확실한 실정”이라며 “25년 동안 풀리지 않는 고질적인 난제를 해결하기 위해 2015년 이탈리아에서 개최된 세계기후연구프로그램(WCRP)에서 이 문제를 풀기 위한 ETIN-MIP 프로젝트를 제안했다”고 취지를 밝혔다.

그림1. ETIN-MIP 프로젝트를 요약하는 도식 a는 연구의 배경이 되는 이론 설명. 대기에 의한 에너지 순환(FAMT0)이 열대수렴대(ITCZ)의 위치를 이동시키는 것을 보여줌 (b) 열대 지역의 강제력(Tropical Perturbation)이 대부분 해양보다 대기에 더 크게 작용해 강수량이 크게 변하는 것을 나타냄 (c)는 고위도 지역의 강제력(Extratropical perturbation)이 해양에 더 크게 작용해 강수량이 적게 변하는 것을 나타낸다.

2010년대 초반까지는 열대수렴대 시뮬레이션 오차의 원인으로 열대 지역의 구름과 대류의 시뮬레이션 오차를 지목했다. 그런데 최근 열대에서 멀리 떨어진 ‘남극의 햇볕 양’이 유력한 ‘용의자’로 제안됐다. 기후 모델에서 남극 구름의 양이 관측보다 적기 때문에, 남극 해수면에 내리쬐는 일사량이 실제보다 많아지게 되고 이에 따라 열대수렴대의 시뮬레이션 오차가 발생했다는 가설이다.

이 가설을 검증하기 위해 다양한 국가와 기관이 연구했으나, 기후 모델마다 보정 효과가 달라 여전히 오차가 나타났다. 강 교수팀이 제안한 ETIN-TIP 프로젝트에서는 이런 오차가 나오는 원인을 찾고자 했고, 많은 국제기관이 자발적으로 참여했다.

국제공동연구진은 남반구 고위도와 북반구 고위도, 남반구 열대지역의 일사량 감소를 통해 냉각효과를 만드는 동일한 실험을 9개 모델로 수행했다. 냉각효과를 주었을 때 각 모델별로 대기, 해양 등이 어떻게 반응하는지 보는 것이다. 1차 결과에서 고위도 냉각효과가 저위도 냉각보다 해양순환을 변화시키는 데에 더 효과적임을 보였으며, 모델별 반응 차이는 해양순환의 반응차이와 모델의 구름 변화 차이에서 기인하는 것으로 밝혀졌다.

강 교수팀은 프로젝트 책임자로서 개별 기후 모델의 서로 다르게 쓰이는 ‘언어’를 하나의 기준에 맞춰 통일하고, 각 기관에 배포하고 있다. 프로젝트 데이터를 관리 중인 김한준 UNIST 도시환경공학과 석·박사통합과정 연구원은 “기후 모델은 대기와 대륙, 해양, 빙하 등의 변수가 서로 복잡하게 얽혀 연산하는 시간과 비용이 많이 소모된다”며 “여러 기관에서 동시에 다양한 기후모델 적용해 하나의 문제를 푸는 시도는 매우 귀중하며, 앞으로 다양한 분야에서도 활용 가능할 것”이라고 설명했다.

강 교수는 “ETIN-MIP는 UN 산하 전문기구인 세계기상기구의 후원을 받는 국제 대형 공동 프로젝트로서 기후학계에서 큰 관심을 보이고 있다”며 “이 프로젝트로 얻은 결과는 열대수렴대 시뮬레이션 오차를 해결할 뿐 아니라 극지방 기후 변화가 전 지구에 어떤 영향을 주는지 가늠할 기초자료로 쓰일 것”이라고 기대했다.

ETIN-MIP 자료는 전 세계에 공유 중이며, 이를 사용해 ‘고위도 기후 변화’가 ‘열대 태평양 수온 패턴’이나 ‘지구 반사도’에 미치는 영향 등도 연구하고 있다. UNIST 연구팀은 향후 해양 순환 변화의 자세한 메커니즘과 모델 간 차이에 집중해 후속 연구를 진행할 계획이다.