[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

이산화탄소 농도는 뚜렷한 패턴 없이 전 지구적으로 균등하게 증가하고 있다. 그러나 이산화탄소 농도 증가가 유발한 온도변화는 뚜렷한 지역적 차이를 보인다. 고위도 특히 북극의 온난화가 전구평균에 비해 뚜렷하게 빠른 현상이나 대륙이 해양보다 빠른 증가를 예시로 들 수 있다. 최근에는 태평양 그중에서도 열대지역의 수온구조가 기후변화에 따라 어떻게 달라질지가 많은 관심을 받고 있다. 간단히 설명하면 열대 태평양은 동태평양은 상대적으로 차갑고 서태평양은 상대적으로 뜨거운 상태이다. 이 동서 간의 해수면 온도 기울기가 기후변화에 따라 왜 달라지고, 어떻게 달라지는지에 대한 문제이다. 여기에는 크게 두 가지 이유가 있다.

첫 번째는 열대 태평양의 수온구조가 전 지구의 기후를 결정하는 중요한 요소이기 때문이다. 열대 태평양의 수온구조가 약해지는 것을 (동서간 온도차이가 줄어드는) 엘니뇨, 그 반대 현상을 라니냐라고 한다. 우리나라의 경우를 예로 들면 열대 태평양이 엘니뇨인지 라니냐인지에 따라 훨씬 따뜻한 겨울 혹은 추운 겨울을 맞게 되는 것처럼, 열대 태평양 수온구조에 따라 전 지구의 기후는 변동하게 된다. 그리고 엘니뇨/라니냐는 태평양의 평균적인 수온구조에 따라 그 발생 빈도가 달라진다. 따라서 미래 기후에서 태평양 수온구조의 변화는 엘니뇨/라니냐의 성질을 달라지게 해서 전 지구에 영향을 미칠 수 있다는 것이다.

두 번째는 열대 태평양 수온구조의 관측을 현재 기후모델이 모의하는 데에 실패하고 있다는 점이다. 1979년경부터 최근까지의 태평양 해수면 온도 경향성을 보면 서안은 온도가 증가하고 있지만 동안은 오히려 감소하고 있다. 즉 라니냐와 유사한 수온구조가 되고 있다. 하지만 기후모델들은 같은 기간의 기후강제력에 대해 뚜렷하게 동안과 서안 온도가 모두 증가하면서, 특히 동안이 더 많이 증가하는 엘니뇨와 유사한 수온구조를 모의하고 있기 때문이다. 기후모델이 현재 수온구조의 경향을 모의하는 데에 완전히 실패하고 있는 것은, 기후모델을 바탕으로 한 현재의 미래기후전망과 대응의 신뢰성에 우려를 만들게 된다.

열대 태평양의 수온구조가 기후변화하에서 어떻게 변할지에 대해서 이미 많은 선행연구가 진행되어왔다. 예를 들어, 같은 해양 순환의 경우에도 적도 해양은 기후변화 초기에 라니냐와 유사한 수온구조를 유발하지만, 아열대 순환은 엘니뇨와 유사한 수온구조에 도움이 되는 것으로 알려졌다. 이처럼 지구온난화 아래에서 나타나는 다양한 변화들이 각각 서로 다른 시간규모와 방향으로 열대 태평양 수온구조에 영향을 미친다. 따라서 개별적인 인과관계에 대한 이해에도, 기후변화 아래에서 열대 태평양 수온구조에 대한 포괄적인 이해는 엉킨 실타래처럼 복잡하다.

2. 연구내용

이 문제를 해결하기 위해 울산과학기술원 강사라 교수는 포항공대 신예철 연구원, 코넬대 김한준 연구원, 스크립스 연구소 샹핑 교수, 듀크대 시능 교수를 포함한 공동연구진을 구성하고 기후모델을 활용한 새로운 실험방법을 설계하였다. 복잡한 기후변화의 요소들이 각각 열대 태평양 수온구조에 영향을 미치는지를 이해하기 위해 계층화 기후모델을 활용하였다.

먼저 기후변화를 모의하기 위한 기후시스템모형을 활용하여 이산화탄소농도 증가에 따른 기후반응(X)를 모의하였다. 그리고 이 X를 분해하기 위해 기후시스템모델에서 해양모델과 해빙모델을 제거한 낮은 복잡도의 모델(SOM)을 구축하였다. 이 SOM모형을 통해 이산화탄소 농도 변화, 해빙변화, 해양순환 변화가 어떤 기후반응(예, 바람, 온도, 구름)이든 개별 요소로 분리해 내었다.

결론적으로, 열대 태평양 수온구조는 크게 고위도 해빙 변화, 열대 해양 순환 변화, 그리고 남극해 해양 순환변화에 영향을 받는 것으로 확인하였다. 상대적으로 대서양과 이산화탄소 농도 증가의 직접적인 효과는 작은 것으로 확인하였다. 이는 선행연구에서 제안한 이산화탄소 농도 증가의 효과보다 열대 태평양과 멀리 떨어져 있는 고위도가 오히려 태평양 수온구조에 큰 영향을 미칠 수 있는 것을 의미한다.

3. 기대효과

이번 연구에서는 기후변화 시나리오에서 열대 태평양 수온구조에 영향을 미치는 것으로 알려진 다양한 기후인자들 정량적으로 비교 및 분석하였다. 이 과정에서 태평양 수온구조가 해빙과 남극해 해양순환 같은 고위도 인자에 민감하게 반응함을 보였다. 이 결과는 기후모델이 현재 진행되고 있는 열대 태평양 수온구조 변화 모의의 실패와 다가올 정확한 태평양 수온구조 전망 개선을 위해 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

[붙임] 용어설명

1. 태평양 수온구조 (Pacific sea surface temperature pattern)

기후모델은 대기권, 수권, 지권, 빙권, 생물권 등으로 구성되는 지구기후시스템의 장기간의 변화를 분석·예측할 수 있는 모델로, 부문별 기술이 총체적으로 결합된 모델이다.

2. 기후시스템모델 (Climate system model)

기후모델은 대기권, 수권, 지권, 빙권, 생물권 등으로 구성되는 지구기후시스템의 장기간의 변화를 분석·예측할 수 있는 모델로, 부문별 기술이 총체적으로 결합된 모델이다.

3. 계층화 기후모델 (Climate system model)

서로 다른 복잡도를 가진 기후모델을 병렬적 배치된 기후모델을 의미한다. 예시로 구름이 있는 모델과 구름이 없는 모델을 함께 사용하여 특정 기후반응에 대한 구름의 효과를 이해할 수 있다.

[붙임] 그림설명

그림1. 남극해-태평양 수온구조의 상관성

그림 A는 지구온난화 시나리오에서 남극해와 지표온도의 상관관계를 보여준다. 다양한 기후모델의 분포를 조사한 결과, 남극해의 온도가 차가울수록 파란지역이 차갑게, 빨간지역이 따뜻하게 나온다. 그림 B는 남극해와 열대태평양의 수직운동의 상관관계이다. 남극해의 온도가 차가울수록 파란지역에는 상승기류가 강해지고 빨간지역에는 하강기류가 강해진다. 검은 실선은 현재기후에서 하강기류, 점선은 상승기류를 뜻한다.