한 공대생이 장마 기간 동안 재택 연구를 핑계로 긴 집에 들어갔다가 오늘까지 안 나오면 졸업장도 안 나올

것이라는 교수님의 폭언을 듣고 서둘러 출근 준비를 했는데요 한 손엔 손풍기 다른 한 손엔 짐을 들고

마침내 문 밖으로 한 발 내밀었던 순간 온몸에 달라붙는 미칠듯한 습기에 아직 장마 기간인가 정신이

혼미해집니다 버스 정류장까지 가는 10분 동안 비가 왔다 안 왔다 또 왔다 안 왔다를 당하자 도대체 지구에

무슨 일이 벌어지고 있는 건가 등골이 오싹하셨는데요 오늘은 지구 기후 시스템에 대해 알아보고 지구 기후

시스템에 예견된 기후 변화의 실마리들을 찾아 장마가 가자마자 고기압 이불 두 개로 둘러싸여 가만히

있어도 숨이 턱턱 막히는 우리나라의 기후 현상이 이상 기후인지 기후 변화인지 알아보는 여정을

떠나겠습니다. 지금으로부터 20년 전 지구가 빙하로 뒤덮히는 재난 상황을 그린 영화 투모로우가 개봉하였습니다.

지구 온난화로 빙하가 녹으면서 해수 온도가 떨어지고 해류 순환에 이상이 생겨 지구의 시스템이 고장난다는

것인데요. 2014년도 절반 이상이 지나갔지만 연초만 해도 2014년은 작년부터 계속된 엘니뇨로 역사상 가장

뜨거운 해가 될 것으로 예상하기도 했었죠. 남미 해안의 해수 온도가 평년보다 높아져 평소보다 어획량이

줄어들고 어부들이 휴식기를 가지며 축제를 연다는 시기 엘니뇨란 무역풍이 약해지고 페루 해안을 비롯한 동태평양

연안에서 심층수가 위로 올라오지 못하면서 동태평양 연안의 해수면 온도가 높은 상태로 수개월 동안

지속되는 현상입니다. 세계 기상기구 WMO는 금번에 발생한 엘니뇨가 곧 잦아들겠지만 어쩌면 평년보다

해수면의 온도가 낮은 상태가 되어 버리는 라니냐로 전환될 가능성을 내비쳤고 해수의 온도가 해류의 순환에

영향을 끼치고 바람이 약해져 해류의 순환 이상이 장기간 유지되는 것처럼 지구에는 대기권, 수권, 빙권, 생물권

각 권역이 내외로 상호작용하며 기후를 결정짓는 지구 기후 시스템이 있습니다. 여기서 기후란 지난 30년 이상의

오랜 기간에 걸쳐 특정 지역에 나타나는 날씨의 평균적인 상태를 의미하기 때문에 일시적으로 나타나는

기상 이변을 기후라고 하지는 않습니다. 지구는 각 권역별로 이루어진 거대한 순환 시스템을 통해 수십 년간

일정한 기후 패턴을 유지하고 있어 왔는데요. 우리 몸에 항상성이 깨지면 면역력이 떨어지고 질병에 걸리기

쉽듯이 지구 또한 이 순환 시스템에 이상이 생기면 기상 이변, 더 나아가 기후 변화를 초래할 수 있게 됐는데 작년에

이어 올해에도 마찬가지로 세계 곳곳에서 기상 이변 또는 이상 기후의 소식이 들려오고 있습니다. 미국

텍사스에 직경이 15cm 넘는 우박이 떨어지고 독일 바이에른 주와 바덴 뷔르템베르크 주에서는 일주일째

폭우가 내리며 댐이 무너져 고속도로가 침수되고 인도는 5월 만에 섭씨 50도를 기록하죠. 여기서 이상 기후란

기온이나 강수량 같은 기후 요소가 현저히 높거나 낮은, 말 그대로 정상 범위가 아닌 극한 현상을 의미하는데요.

구체적으로 영으로 끝나는 해의 최근 30년간, 그러니까 1991년부터 2020년 간의 기온, 강수량, 바람

등의 기상 요소의 수치를 기간에 따른 누적 평균값과 비교하여 현저히 높거나 낮은 관측값을 보이는 경우이죠. 일기

예보에서 말하는 평년보다, 예년보다는, 말이 바로 이 누적 평균값보다 높은지 낮은지를 의미하는 말입니다. 그렇다면

누적 평균값보다 높은지 낮은지 또 어떻게 판단할까요? 기온이나 강수량, 바람의 세기 같은 값들이 평균값보다

극렬히 높거나 낮은 극심한 기상 이변의 경우 아마도 지난 30년을 돌아봤을 때 거의 아니면 한 번도

겪어보지 못한 현상일 가능성이 높을 것입니다 따라서 기후 요소를 마치 키순으로 줄을 서듯 크기에 따라

순서대로 나열했을 때 앞전의 위치하거나 또 뒷단에 위치하는 경우 몇 퍼센타일, 100분위 수에

속하는지를 대상해 보면 이 현상이 잘 겪어보지 못한 현상인가 판단할 수 있는 것이죠 그래서 이상 기후를 좀

더 정확히 표현해 보자면 이 기후 요소의 수치가 하위 10% 타일의 미달하거나 상위 90% 타일을

초과하는 경우를 의미합니다 이상 기후에 있어 우리가 평소에 사용하는 표준 정규 분포가 아닌 퍼센타일

사용하는 이유는 이상 기후 자체가 정규 분포를 따르지 않는 경우가 많은 데다가 평균값과 표준 편차의 방향을

덜 받아 중심 경향과 변동성을 보다 강력하게 측정할 수 있기 때문이죠 그렇다면 이런 이상 기후가 발생하는

즉 지구가 수십 년간 유지해 온 기후 패턴이 변화하는 이유는 무엇일까요 먼저 말씀드려야 할 것은 사람의

경우에 항상성을 상실하면 다양한 약과 수술로 신체를 정상 수준으로 만들기 위해 노력하지만 기후의 경우에는 앞서

평년과 예능을 산출하는 방식에서도 알 수 있듯 이상 현상이 빈번해지고 계속되면 이 이상 현상이 새로운 정상

수준 뉴노멀이 되는데요 이처럼 오랜 기간에 걸쳐 나타나는 평균적인 기후 패턴의 변화를 기후 변화라고

합니다 기후 변화란 말만 들어도 자동적으로 지구 온난화니 온실 가스니 하는 말을 떠오르는 분들이

많으실 텐데요 하지만 지구는 그 자체와 지구를 둘러싼 환경 자체로도 기상 이변을 초래하고 기후 변화까지

일으킬 만한 어느 정도의 자연적 변동성을 내제하고 있습니다 지구의 기울기나 공전 궤도의 변화, 태양

에너지의 변화, 화산 폭발 등 다양한 자연적 요인들에 의해 발생하는 변동성이죠. 엘니뇨, 라니냐, 북대서양

진동(NAO) 같은 현상 또한 실은 자연적 변동성으로 해석되기도 합니다. 우리의 지구 온난화 또한 그 자체가

기후 변화이기도 하죠. 하지만 우리가 얘기하는 지구 온난화는 예를 들어 지구 공전 궤도가 변화하여 대양 복사

에너지 향의 변화를 일으키는 것과 같은 자연적 요인에 의한 온난화의 포커스가 있는 것은 아닐 것입니다.

그러나 지구를 이루는 광대한 권역을 중 생물권, 그 중에서도 아주 정말 일부인 인간의 활동이 지구 기후

시스템에 정말로 영향을 미쳤는지는 쉽게 규명하기 어려울 텐데요. 따라서

여기서는 인간 활동을 포함하여 기후 변화 전반에 걸쳐 검증된 경고 결과를 모아 리포트로 발간하는 가장 권위

있는 기구, UN 전문 기간인 세계 기상기구(WMO) 그 산하의 UN 환경 계획에 의해 1988년에 설립된

IPCC. 발견하는 평가 리포트의 내용을 소개해 보려 합니다. IPCC는 인간 활동에 대한 기후 변화의 위험과 영향 그리고 대응책을 각각의

리포트로 하여 5년에서 7년에 주기로 평가 보고서를 발행하고 있습니다. IPCC 기후 변화에 대한 평가는

가능성의 정도로서 제시되고 있는데요 예를 들어 IPCC 가장 최근 발견한 6차 보고서에 따르면 산업화 이전

시기와 비교하여 21세기의 지구 표면 온도 지표 온도는 0.99℃, 2011년부터 2020년의 지표 온도는 1.09℃ 상승하였으나 그중

인간 영향에 의한 가능성 있는 기온 상승분 범위는 0.8도에서 1.3도로 평가하고 있습니다 이뿐만 아니라

1950년 이래로 전 세계적으로 극심한 더위의 빈도와 강도가 증가하고 극한의 한파가 감소했던 점은

virtually certain, 사실상 확실하고 특히 이러한 극심한 더위는 인간의 영향이 아니었다면 그 발생 가능성이 극도로 낮다고 평가하죠

또한 해양이 산성화되고 해양 상층부가 온난화되는 것에 있어서도 인간 영향에 의한 가능성이 극도로 높거나

사실상 확실하다고 평가하고 있습니다 IPCC 보고서는 기후 변화에 대한 인간 활동의 영향뿐 아니라 기후변화

그 자체에 대하여도 평가하는데요 예를 들어 또 다른 기상 현상인 홍수와의 관계에 대해서는 기후 변화가 있었는지까지만

명확하지는 않지만 아시아나 미국 북동부 등에서는 홍수 증가를 경험하는 지역이 있다고 평가하고 열대성

저기압의 강도와 빈도에 대하여도 증가했을 가능성이 있다 정도로만 언급하고 있습니다 그렇다면 장래의

기후 변화에 대해서 어떻게 예측하고 있을까요 참고로 말씀드리면 인간 활동이 대기에 미치는 복사량, 복사

에너지를 기준으로 정한 시나리오 RCP, 즉 기후 변화의 완화와 적응 노력 정도에 따라 정한 새로운 시나리오

SSPs에 기반하여 IPCC 보고서는 장래의 기후 변화를 정리하고 있습니다. 6차 보고서에서는 거의 모든 시나리오에서 2021년에서 2040년

사이 지표 온도가 산업화 이전 대비 1.5도씨 넘게 상승할 가능성이 있거나 가능성이 높은 것으로 예측하고

있습니다. 특히 마치 아무리 소금을 부어도 더 짜지지 않는 바다같이 어지간에서는 변화시키기 어려운 지구의

느린 순환 시스템에 대해서도 이미 돌이킬 수 없는 변화가 진행되고 있는 것이 사실상 확실하다고 하는데요.

이러한 느린 순환 시스템에는 기후 시스템의 항상성 유지의 필수적인 대서양 자오면 전복 순환이 포함되어

있습니다만 6차 보고서에서 유 변화의 완화와 적응 노력에 정해 놓은 모든 시나리오 SSPs이 대서양 자오면

전복 순환이 감소할 가능성이 매우 높은 것으로 평가하고 있습니다. 대서양 차우선 전복 순환이란 마치 심장에서

동맥이 나와 온몸에 신선한 산소를 공급하고 정맥이 온몸의 이산화탄소와 노폐물을 수송해 순환계를 이루는

것처럼 대서양의 남극과 북극 사이 긴 자오면 상에서 순환하며 열과 연분 그리고 해수를 순환시키는 지구의 순환

계라 할 수 있는데요. 바람과 자전으로 지표면에 따뜻한 바닷물이 각 극지방으로 이동해 냉각되고 냉각되지

않은 염분으로 만들어진 고염도의 차가운 바닷물이 그 밀도 때문에 바다 깊숙히 가라앉으면 표층의 빈 자리는

다시 저위도에서 올라오는 따뜻한 바닷물, 멕시코 만류로 채워지고 깊숙히 가라앉는 고염도 차가운 바닷물은

고이다 못해 저 위도로 흐르게 되는 그리고 저 위도로 이동한 염도의 차가운 바닷물은 다시 따뜻해져

지표면으로 끌어올려지는 거대한 수환 시스템이죠.  IPCC 6차 보고서에서는 21세기 전 대서양 자오면 전복

수단이 붕괴할 위험은 낮지만 그럼에도 랜들 빙상부 유입되는 빙하수로 인해 대서양 자오면 전복 수단의 붕괴가

촉발될 수 있다는 단서를 제시하고 있는데요. 대서양 자오면 전복 순환이 붕괴되는 경우 열대성 강우 벨트의

이동과 같은 급격한 기상 이변, 기후 변화를 일으킬 가능성이 매우 높으며 아프리카와 아시아 그리고 남반구

지역에서의 계절풍이 변화할 가능성이 있다고 합니다. 그 이유로 설명될 수 있는 연구 결과 중 하나인 2019년 네이처에 발표된 연구 결과에 따르면

빙상이 녹으면 해수면 위로 담수 렌즈가 형성되고 수면 아래에서 유입되는 따뜻한 해수가 담수 렌즈로

인해 표층 수와 섞이지 못하여 열을 그 아래에 가두게 되고 그렇게 되면 지하에 가져지는 열은 해수면 아래의 빙상을 더 녹이게 되어 그 결과 담수

렌즈가 더 켜켜이 쌓이는 일종의 긍정적 피드백 루프가 생성된다고 하는데요 대서양 차우선 전복 순환의

입장에선 계속된 담수의 유입으로 표층에는 차갑고 맹맹한 물이 쌓이고 낮은 염도로 인해 표층 수가 심해

가라앉지 못하면 빈자리를 채워 주었던 저위도의 따뜻한 해류가 고위도로 올라오지 않는 결과를 초래하게 될

것입니다 순환이 망가지는 것인데요 해당 연구의 시뮬레이션 결과에 따르면 그 결과 남반구에서는 광범위한

지표면의 냉각이 중저위도와 빙하가 녹은 담수의 유입이 발생하는 지역에선 광범위한 온난화가 발생하는 상상하기도

싫은 기후변화가 초래되는 것으로 나타났습니다. 실제로 6차 보고서에 따르면 그린란드 빙산과 남극 빙상이

녹으며 그 질량을 잃고 있고 그 속도는 2010년 이후에 더 가속화되었다 합니다. 특히 그린란드

빙상의 경우 향후 100년 동안 계속 녹아 질량을 잃을 것이 분명하고 빙하는 온도 변화에 대해 지연된 반응을

보이기 때문에 설령 온실 가스 배출 대책에 의해 기온이 안정화된 후에도 최소 수십년 동안은 빙하의 후퇴가

계속될 예정입니다. 지금까지 지구 곳곳의 기후 변화에 대해 다뤘는데요. 마지막으로 우리나라의 기후 변화에

대해 이야기해 보려 합니다 우리나라 기상청에 따르면 현재 추세대로 온실 가스를 배출하는 시나리오에 따르면

21세기 후반에는 대부분의 경상도, 전라도, 충청남도 지역이 아열대 기후에 속할 것으로 보고 있습니다만 아열대 기후인지는 사실 가장 추운 달의 평균

기온이 어떠한지를 가지고 분류되는데요 따라서 현재의 기온이나 습도를 가지고 한국이 아열대 기후에 접어들었다고

단정하기는 어렵습니다 우리나라의 겨울이 매섭게 춥기 때문인데요 오히려 이번엔 다루지 않았지만 또 다른 순환

대서양 해류 정지설, 홍수, 폭염, 해수 온도와 이상 기후까지... 기후 변화는 기후 시스템 붕괴인가

공학박사 '에러'가 전하는
최신 공학/테크/IT/신기술

문의 : Unrealtech2021@gmail.com

안될공학 - IT 테크 신기술

장마철 재택 연구와 극심한 습기

한 대학생이 장마철 재택 연구를 핑계로 집에 오래 머물렀다가 졸업이 위태로워졌다.

대학생은 교수의 폭언에 출근 준비를 했으나, 극심한 습기에 힘들어했다.

버스 정류장까지 가는 길에 변덕스러운 날씨를 경험했다.

날씨의 변화무쌍함에 놀라 지구 기후 시스템에 대한 이야기를 시작한다.

지구 기후 시스템과 예견된 기후 변화에 대한 설명을 시작한다.

영화 '투모로우'를 예시로 지구 온난화로 인한 빙하 유실과 해류 순환 이상을 언급한다.

2014년 엘니뇨 현상과 그 영향을 설명한다.

엘니뇨 현상의 원인과 세계 기상기구(WMO)의 전망을 소개한다.

지구 기후 시스템(대기권, 수권, 빙권, 생물권)과 기후의 정의를 설명한다.

지구 순환 시스템의 이상과 기상 이변, 기후 변화의 관계를 설명한다.

이상 기후와 기후 변화의 차이점과 원인

세계 각지의 이상 기후 현상 사례를 제시한다.

이상 기후의 정의와 측정 방법(퍼센타일)을 설명한다.

이상 기후 판단 기준(하위 10% 또는 상위 90% 초과)과 퍼센타일 사용 이유를 설명한다.

이상 기후 발생 원인과 기후 패턴 변화에 대한 설명을 시작한다.

인체의 항상성과 기후 시스템의 항상성 비교, '뉴노멀' 개념 소개.

기후 변화의 정의와 지구의 자연적 변동성을 설명한다.

지구 온난화를 포함한 기후 변화의 자연적 요인과 인간 활동의 영향에 대한 논의.

IPCC(기후변화에 대한 정부간 협의체)의 역할과 보고서 내용 소개.

IPCC 보고서의 발행 주기와 기후 변화 평가 방식(가능성의 정도) 설명.

IPCC 6차 보고서의 주요 내용: 지구 온도 상승, 극심한 더위 증가 등.

IPCC 보고서의 해양 산성화 및 온난화에 대한 평가.

IPCC 보고서의 홍수와 열대성 저기압에 대한 평가.

IPCC 보고서의 미래 기후 변화 예측(시나리오 RCP, SSPs 기반).

2021-2040년 지표 온도 상승 가능성 예측.

대서양 자오면 전복 순환 감소 가능성 예측.

대서양 자오면 전복 순환의 중요성과 붕괴 가능성에 대한 설명.

대서양 자오면 전복 순환 붕괴의 위험과 그 영향(열대성 강우 벨트 이동, 계절풍 변화).

빙상 유실과 담수 렌즈 형성으로 인한 대서양 자오면 전복 순환 붕괴 메커니즘 설명.

대서양 자오면 전복 순환 붕괴 시뮬레이션 결과(남반구 냉각, 중저위도 온난화).

그린란드 빙상 유실과 미래 전망

그린란드와 남극 빙상의 유실 속도 증가와 미래 전망.

빙하의 온도 변화에 대한 지연된 반응과 장기적인 후퇴 예측.

한국 기후 변화와 아열대 기후화 논의

한국 기상청의 21세기 후반 기후 예측(아열대 기후화 가능성).

아열대 기후 분류 기준과 한국의 현황 분석.

제트 기류 변화로 인한 겨울철 강추위 가능성.

열대·아열대성 어류 북상 등 생물 자원 변화.

돌발성 강우 증가와 스콜과의 비교.

한국 기후 변화의 속도와 기후 데이터 축적 기간의 한계.

대서양 자오면 전복 순환 붕괴 가능성과 과거 사례

네덜란드 연구팀의 대서양 자오면 전복 순환 붕괴 시뮬레이션 결과.

대서양 자오면 전복 순환 붕괴에 대한 추가 연구 결과 소개.

1만 년 전 대서양 자오면 전복 순환 붕괴 사례와 소빙하기.

영화 '투모로우'와의 연관성 언급.