Press release

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“적도 태평양 수온 뒤바뀌면 이듬해 겨울 추위 예측 더 정확해진다”

UNIST 이명인 교수팀, ‘엘니뇨-라니냐 전환’과 북대서양진동간 상관관계 규명
한국형 기후 예측 모델 고도화 기대 ... Nature Communications 논문 게재

적도 태평양의 해수 온도가 크게 바뀌는 해에는 이듬해 겨울 추위 예측이 더 정확해질 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

 UNIST 지구환경도시건설공학과 이명인 교수팀은 영국 기상청 해들리센터와의 공동 연구를 통해 엘니뇨와 라니냐가 서로 전환되는 시기에 겨울 날씨를 좌우하는 북대서양진동(NAO)의 예측 정확도가 크게 높아지는 현상을 규명했다고 26일 밝혔다.

 북대서양진동은 북극의 찬 공기를 가두는 제트기류의 강도를 좌우하는 대기 순환 패턴이다. 북반구 한파와 폭설에 큰 영향을 미치지만 해마다 변동 폭이 커 한 달 뒤 상황조차 예측하기 어렵다.

연구에 따르면, 엘니뇨에서 라니냐로, 또는 라니냐에서 엘니뇨로 바뀌는 해에는 다음 해 겨울 기후 모델의 북대서양진동 예측 성능을 나타내는 상관계수가 0.60까지 높아지는 것으로 나타났다. 반면 엘니뇨나 라니냐 상태가 계속 유지되는 해에는 상관계수가 0.03 수준에 머물렀다. 엘니뇨는 적도 태평양의 해수면 온도가 평년보다 높아지는 현상이고, 라니냐는 반대로 해수면 온도가 낮아지는 현상이다.

연구진은 해수 온도 변화로 시작된 강한 대기 변화가 북쪽으로 서서히 전달되면서 북대서양진동에 영향을 주기 때문에 모델의 예측 정확도가 높아지는 것으로 분석했다. 해수 온도 변화로 유발된 대기 각운동량이 약 1년 뒤 북반구 대기 순환에 영향을 주는 ‘지연 효과’와, 로스비 파동을 통해 대기 신호가 바로 전달되는 ‘동시 효과’가 겹치면서 북대서양진동 패턴이 강화되는 것이다. 로스비 파동은 지구 자전의 영향으로 대기 흐름이 물결처럼 굽이치며 이동하는 현상이다.

제1저자인 김기욱 연구원은 “평소 겨울 대기는 여러 자연 변동이 뒤섞여 있어 신호보다 잡음이 더 큰 상황이지만, 엘니뇨와 라니냐가 서로 뒤바뀌는 시기에는 열대에서 시작된 변화가 신호를 구조적으로 강화하기 때문에 역학적 시그널이 강해져 1년 후 예측 성능을 증가시키는 원리”라고 설명했다.

 연구팀이 제시한 이론은 최근 북반구 겨울 기후 사례와도 잘 맞아떨어진다. 재작년 겨울(2024년~2025년)은 직전 해 엘니뇨에서 라니냐로 전환된 시기로, 기후예측 모델들이 북대서양진동(북극진동)을 비교적 정확하게 예측한 사례로 꼽힌다. 반면 지난겨울(2025년~2026년)은 라니냐 상태가 계속 유지되면서 이러한 전환 신호가 나타나지 않았고, 북극 상공 성층권 온난화 등 다른 요인이 작용하면서 한파 예측이 쉽지 않았던 것으로 풀이된다.

이명인 교수는 “적도 태평양에서는 해마다 해수 온도와 대기 순환이 함께 바뀌는 엘니뇨 남방진동(ENSO) 현상이 나타나는데, 이러한 변화가 1년 뒤 북반구 대기 순환으로 이어지는 과정을 역학적으로 규명한 것”이라고 설명했다.

이 교수는 이어 “겨울 기후 변동성을 고려한 장기적 농업 생산이나 에너지 수요 관리 대응 전략과 향후 개발될 한국형 기후예측모델의 정확도를 높이는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 세계적 권위지 네이처(Nature)의 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 3월 25일(런던 현지 시각) 공개됐다.

연구 수행은 기상청과 국립기상과학원의 ‘기후예측 현업시스템 운영 및 개발’과 ‘기후위기 대응 국가기후예측시스템 개발’ 사업의 지원을 받아 이뤄졌다. (끝)

(논문명: ENSO phase transition enables prediction of winter North Atlantic Oscillation one year ahead)
자료문의

대외협력팀: 장준용 팀장, 양윤정 담당 (052)217-1227

지구환경도시건설공학과:  이명인 교수(052)217-2823
  • [연구그림] 계절 기후 예측 시스템의 다중모델 앙상블을 이용한 북대서양진동(NAO)의 1년 후 예측 성능 분석 결과
  • [연구그림] 엘니뇨·라니냐 전환 시 나타나는 ‘1년 지연 효과’와 ‘즉각 효과’의 시너지
  • [연구그림] 엘니뇨·라니냐 전환 시 적도에서 시작된 대기 각운동량(AAM) 변화가 북반구로 전달되는 과정
 

[붙임] 연구결과 개요
 

1.북대서양 진동 (North Atlantic Oscillation)

북대서양 지역의 기압 차이에 따라 형성되는 대기 순환 패턴으로, 겨울철 유라시아와 북미의 기온·강수 변동에 큰 영향을 미치는 주요 기후 변동 현상이다.

2.엘니뇨–남방진동 (El Niño-Southern Oscillation, ENSO)

적도 태평양 해수면 온도와 대기 순환이 수년 주기로 변동하는 현상으로, 엘니뇨와 라니냐를 포함하며 전 지구 기후에 광범위한 영향을 준다.

3.대기 각운동량 (Atmospheric Angular Momentum)

지구 자전에 따른 대기의 회전 운동 에너지를 나타내는 지표로, 대기 순환의 강도와 위치 변화를 설명하는 데 사용된다.

4.계절–10년 예측 (Seasonal-to-Decadal Prediction)

수개월에서 10년 이내의 기간을 대상으로 기후 변동을 전망하는 예측 체계로, 계절예보와 장기 기후변화 예측 사이를 연결하는 중간 시간 규모 예측을 의미한다.
 

[붙임] 그림설명

그림 1. 계절 기후 예측 시스템의 다중모델 앙상블을 이용한 북대서양진동(NAO)의 1년 후 예측 성능 분석 결과.

(a) 1962~2019년 동안 실제 관측된 북대서양진동 지수(검정선)와 여러 기후 모델 결과를 평균한 다중모델 앙상블(MME) 예측값(빨간선)을 비교한 그래프.(b) NAO 지수를 정규화해 나타낸 분포로, 모델 예측값과 실제 관측값의 전반적인 일치 정도를 보여준다.(c) 개별 기후 모델(색선)과 다중모델 앙상블 평균(MME, 검정선)의 1년 후 NAO 예측 성능의 장기 변화를 23년간 이동 평균으로 나타낸 결과. 단기적인 변동을 줄이고 장기적인 예측 성능 변화를 확인하기 위해 23년 구간 평균을 이동시키며 계산했다.(d) 다중모델 앙상블(MME)의 1년 후 NAO 예측 성능에 각 연도가 얼마나 기여했는지를 나타낸 결과로, 특정 해에 예측 신호가 강하게 나타나는지를 보여준다.(e) 엘니뇨와 라니냐가 서로 바뀌는 전환 해에 대한 정규화된 NAO 지수 시계열과 예측 결과. 이 경우 1년 후 NAO 예측 성능이 상대적으로 높게 나타난다. (f) 엘니뇨 또는 라니냐 상태가 계속 유지된 ENSO 위상 유지 해에 대한 정규화된 NAO 지수 시계열과 예측 결과. 전환 해에 비해 NAO 예측 성능이 낮은 경향을 보여준다.

그림 2. 엘니뇨·라니냐 전환 시 나타나는 ‘1년 지연 효과’와 ‘즉각 효과’의 시너지(보강간섭)

(a) 관측 엘니뇨-남방진동(ENSO) 위상 전환 내 ENSO와 1년 후 ENSO 간의 산포도와 선형 관계.(b) 같은 위상 전환 내 ENSO와 1년 후 NAO 간의 1년 지연 상관 산포도.(c) 같은 위상 전환 내 1년 후 ENSO와 1년 후 NAO 간의 동시 상관 산포도.(d)-(f) ENSO 위상 지속 기간에 대해 (a)-(c)와 동일한 분석.

그림 3. 엘니뇨·라니냐 전환 시 적도에서 시작된 대기 각운동량(AAM) 변화가 북반구로 전달되는 과정

(a) 관측 내 ENSO 위상 전환 내 ENSO 지수와 북반구 지역의 대기 각운동량(AAM) 간의 월별 시차 상관관계.(b) ENSO 위상 전환 내 다중 모델 앙상블(MME) 평균의 AAM의 예측 성능.(c)-(d) ENSO 위상 지속 기간 내 (a)-(b)와 동일한 분석.(e) CMIP6 과거 시뮬레이션을 이용한 모델 별 ENSO 전환기 내 ENSO와 AAM 간의 상관관계(x축)와 AAM과 1년 후 NAO 간의 상관관계(y축)의 산포도. 검은색 원은 관측값을, 검은색 마름모는 MME를 나타냄. AAM 지수는 (a)-(e)의 초록 박스 평균.(f) ENSO 위상 지속 기간 내 (e)와 동일한 분석.
 
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