엘니뇨의 ‘변검술’ 비밀을 풀다

IBS 기후물리연구단 <네이처>에 논문
“태평양의 이상 수온상승 주기적 현상
매번 다양한 형태로 나타나는 원인은
동·중태평양 엘니뇨의 상호작용 때문”

역대급 엘니뇨가 닥친 2015년 말께 미국 항공우주국(나사)이 촬영한 태평양 위성사진. <한겨레> 자료사진

엘니뇨가 매번 다른 형태의 다양한 현상으로 발생하는 것은 동태평양 엘니뇨(EP엘니뇨)와 중태평양 엘니뇨(CP엘니뇨)의 상호작용 때문이라는 분석이 나왔다.

기초과학연구원(IBS)은 26일 “기후물리연구단 악셀 팀머만 단장(부산대 석학교수) 등 11개국 40여명의 공동연구팀이 동태평양 엘니뇨와 중태평양 엘니뇨의 발생 메커니즘과 두 엘니뇨의 공간분포와 발생주기 차이를 설명할 수 있는 이론체계를 수립하고 이를 수학적 모델링을 통해 증명했다”고 밝혔다. 연구팀의 논문은 팀머만 단장을 제1저자 및 교신저자로 작성돼 과학저널 <네이처> 25일(현지시각)치 온라인판에 게재됐다.

엘니뇨는 적도 태평양의 중심 부근에서 동쪽 지역까지 바닷물이 비정상적으로 따뜻해지는 현상을 일컫는다. 엘니뇨는 기상 이변과 이상기후로 인한 많은 기상 재해의 주원인으로 주목받고 있지만 공간패턴, 주기, 강도, 지속기간 등이 발생할 때마다 불규칙하게 나타나는 다양성을 지녀 장기 예측이 어렵다. 연구팀은 다양한 기후 관측 자료, 이론 모델, 시뮬레이션 등의 통합적 접근을 통해 해양과 대기의 결합조건에 따라 동태평양 엘니뇨와 중태평양 엘니뇨가 다양하게 발현되는 메커니즘을 발견했다.

엘니뇨 현상이 라니냐 현상으로 전환하고 다시 엘니뇨 현상이 반복되는 진동 구조로 표현한 모식도. 기초과학연구원 제공

동태평양 엘니뇨는 3~7년 주기로 해양 상층에 열이 많이 저장되고 무역풍이 약할 때 주로 발생하는데, 연구팀은 하층의 차가운 바닷물이 표층으로 올라오는 현상이 약해져 표층에 따뜻한 물이 많아져 해수면 온도를 높이는 메커니즘이 가장 핵심임을 밝혀냈다. 반면 중태평양 엘니뇨는 2~3년 주기로 해양 상층의 열저장이 상대적으로 적고 무역풍이 강할 때 주로 발생하는데, 연구팀은 따뜻한 물이 동서방향으로 이동하며 해수면의 온도를 높이는 메커니즘이 핵심임을 밝혀냈다.

악셀 팀머만 단장

연구팀은 두 엘니뇨를 서로 다른 주기와 강도를 가지는 진자인 것처럼 시뮬레이션해서 두 엘니뇨가 결합함에 따라 여러 다양한 형태의 엘니뇨가 만들어질 수 있음을 보였다. 또 이뿐만 아니라 동태평양 엘니뇨와 중태평양 엘니뇨가 대서양과 인도양의 해수면 온도, 지구 온난화, 열대저기압 등 외부 자극과 복합적으로 상호작용하면서 엘니뇨의 특성이 복잡다단해진다는 것을 확인했다. 또 간단한 수학 모델을 이용해 태평양 지역 해양-대기 결합 시스템의 다양한 형태에 따라 특정 엘니뇨가 더 잘 발현될 수 있음도 증명했다. 가령 동태평양 엘니뇨는 해양 상층 열에너지가 주로 수직 이동을 할 경우, 중태평양 엘니뇨는 열에너지가 주로 수평이동을 할 경우 발생빈도가 증가한다는 것이다.

연구팀의 수학방정식으로 엘니뇨 현상을 예측하면 엘니뇨에 의한 가뭄, 홍수, 폭우, 폭설 등의 많은 피해에 대비하고, 식량부족, 식수고갈, 전염병 등 문제에 대항하기 위한 이론적 토대가 될 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 팀머만 단장은 “엘니뇨의 공간과 시간적 다양성을 동시에 설명할 수 있는 통합이론모델 개발을 위해 연구를 시작했다. 앞으로 라니냐의 공간분포와 지속 기간을 조절하는 메커니즘을 밝히고 라니냐의 예측성 및 전지구적 영향에 대해 연구할 계획이다”고 밝혔다.

이근영 선임기자 [e-mail]