열대 무역풍이 강해진 이유가 밝혀졌다

기존 기후모델은 남·북극 일사량 과대 평가
북반구 미세먼지 증가 등 반영하니 바람 강해져

남극대륙의 얼어붙은 호수. 하와이대 제공

지난 수십년 동안 열대 태평양 지대의 무역풍이 비정상적으로 강해진 이유를 설명하는 기후 모의실험 결과가 나왔다.

울산과학기술원(유니스트)과 미국 하와이대 연구진은 극지방 냉각 효과를 주는 기후 시뮬레이션을 통해, 극지방이 차가워지면 멀리 떨어진 열대 태평양의 바람세기가 더 강해진다는 사실을 밝혀내 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 11월20일치 온라인판에 발표했다.

유니스트 도시환경공학과 강사라 교수팀은 이 시뮬레이션에서 남극과 북극의 일사량을 감소시켰을 때(냉각 효과) 적도 인근 태평양에서 부는 바람인 열대 태평양 무역풍이 세진다는 것을 발견했다. 연구진은 이는 열대 태평양 무역풍이 강해지고 있는 최근 추세를 설명해준다고 밝혔다. 열대 태평양 무역풍이란 차가운 동태평양(남미 앞바다)과 따뜻한 서태평양 간의 온도 차로 인해 생기는 바람이다. 기존 기후모델들은 열대 태평양 무역풍이 세지고 있는 현실을 설명하지 못했다. 기후 모델이란 대기와 대륙, 해양, 빙하 등 복잡한 요소를 수식으로 만들어 슈퍼컴퓨터로 계산하는 일종의 시뮬레이션이다.

강 교수팀은 남극과 북극의 일사량 (햇빛양)을 줄이는 모의실험을 수행했다. 극지방의 일사량을 줄인 것은 기존 기후 모델이 남극 일사량을 과대 반영하고, 산업국가들이 포진한 북반구에서 발생한 미세먼지 입자들이 햇빛을 반사해 일사량을 감소시킨 것을 과소 반영했다는 판단에서다. 이를 조정해 시뮬레이션한 결과, 남극과 북극에서 각각 발생한 일사량 감소(냉각) 효과가 바닷물이나 공기를 타고 열대 태평양에 전달돼 무역풍을 강화하는 것으로 나타났다.

고위도의 냉각은 열대지역 수온을 떨어뜨린다. 이런 현상은 동태평양에서 더 뚜렷하다. 동태평양은 서태평양에 비해 수온이 낮은데, 고위도 냉각이 수온을 더 떨어뜨리는 것이다. 이에 따라 워커순환이 더욱 강해진다. 워커순환이란 열대 지역에서 차가운 동태평양과 따뜻한 서태평양 사이의 해수면 온도 차이로 인해 나타나는 대규모 대기 순환을 가리키는 말이다. 인도네시아 부근에서는 상승기류가, 동태평양에서는 하강기류가 지배적으로 나타난다. 열대 태평양 무역풍은 워커 순환의 일부다.

극지 냉각효과가 열대지역에 미치는 영향의 네 가지 시뮬레이션 결과 : (A) (북극 냉각효과, 해양 고려) 북반구 고위도 냉각효과가 열대 동태평양 바닷물의 용승(colder upwelling)을 통해 동서간 해수면 온도차를 늘리고 워커순환(열대 태평양 무역풍)이 강해짐. (B) (남극 냉각효과, 해양 고려) 마찬가지로 워커순환이 강해짐 (C) (북반구 냉각효과, 해양 제외) 열대수렴대(하루 6.5mm의 강우량을 보이는 지역, 노란색선)로 인해 서태평양에 제한적으로 영향을 줌. 또한 구름에 의한 햇빛 반사로 서태평양 온도가 내려감에 따라 동서간 해수면 온도차가 더 줄고 워커순환이 약화됨. (D) (남반구 냉각효과, 해양 제외) 남반구 고위도 냉각효과는 열대수렴대를 피해 열대 동태평양으로 전파됨에 따라 동서간 해수면 온도 편차가 증가하고, 워커순환이 강해짐. 유니스트 제공

_______
해양 순환이 대기 순환보다 열대 무역풍에 더 영향 줘

연구진에 따르면 열대 기후는 전 지구 기후에 영향을 미치지만, 그동안 열대 기후 연구는 주로 열대로부터 기인하는 기후 변동에 초점을 맞춰 왔다. 그러나 2000년대 초반 고기후 자료를 통해 고위도와 열대 기후가 함께 움직인다는 사실이 알려지면서 고위도가 열대에 미치는 영향에 대한 연구가 활발해지기 시작했다. 연구진은 이번에 그동안의 연구에서 사용한 기후모델이 간과한 부분을 집어넣어 극지방과 열대 기후의 관계를 새롭게 규명했다.

연구팀은 또 해양의 순환이 대기 순환보다 열대 태평양 무역풍 세기 강화에 더 큰 역할을 한다는 사실도 알아냈다. 신예철 유니스트 연구원은 “대기를 통한 북극 냉각 효과 전파는 북반구 적도 위쪽의 열대 강우대에 가로막힌다”며 “동태평양에서 차가운 바닷물이 솟아올라와야만 북극 냉각 효과가 열대 기후에 영향을 미칠 수 있다는 사실을 알아냈다”고 설명했다.

강 교수는 “이번 연구는 고위도 지역의 시뮬레이션 오차 개선을 통해 예측 오류가 빈번한 열대 지역의 오차를 개선할 수 있음을 보여줬다”며 “연구에서 고안된 계층화 모델 실험 기법은 미래 기후 예측이나 과거 고기후 복원에서 열대와 고위도 지역의 ‘양방향 원격 상관’을 추가 분석하는데 쓸 수 있을 것”이라고 기대했다. 연구진이 발표한 논문 제목은 ‘Walker circulation response to extratropical radiative forcing’.

곽노필 선임기자 [e-mail]