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한반도 기후변화와 폭염, 한파 메커니즘정확도 높은 해양과 대기의 미래 예측 결과 산출해야
  • 예상욱 한양대 에리카 해양융합공학과 교수
  • 승인 2018.10.11 08:49
  • 호수 582
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▲ 예상욱 한양대 에리카 교수

[현대해양] 지구 온난화에 기여하는 대표적인 온실기체(greenhouse gas)인 이산화탄소의 농도가 인간 활동의 증가로 인해 최근 400ppm 이상의 값을 보이면서 산업혁명 이전의 대기 중 이산화탄소 평균 농도값과 비교해 거의 2배 이상 증가했다.

특히 우리나라 배경 대기의 이산화탄소 농도는 전 지구 배경대기의 이산화탄소 농도보다 더욱 높은 것으로 알려져 있다. 400ppm 이상의 이산화탄소의 고농도 값은 지난 80만 년 동안 지구 대기에서 한 번도 관측되지 않은 값으로 온실효과(greenhouse effect)를 통해 해양과 육지지역 평균 온도를 가파르게 증가시키고 있다.

▲ 1880년-2017년 기간 동안 전 지구 해양과 육지에서 연평균된 온도 편차의 시계열. (https://www.ncde.noaa.gov)


우리나라도 예외가 아니어서 1973~2018년까지 여름철 평균기온이 가장 높은순위 10위 안에 2010년 이후의 6년(2010, 2012, 2013, 2016, 2017, 2018년)이 포함돼 있어 여름철 폭염 현상의 빈도가 최근 더욱 증가하고 있음을 알 수 있다.

인위적인 지구 온난화가 기후 시스템의 강제력(forcing)으로 작용하면서 지구 기후 시스템에서 자연적으로 발생할 수 있는 극한 기상(폭염, 한파, 가뭄, 폭풍 그리고 집중호우) 또는 기상이변의 빈도가 증가할 것이라는 연구 결과들이 지속적으로 제시되고 있다.

이와 같은 극한 기상의 증가는 인간 활동의 증가에 기인한 사회 경제 활동의 증가와 맞물려 재난·기상재해의 복합 및 대형화를 야기하고 있으며, 이로 인해 인명 및 재산 등 사회적·경제적 피해는 지속적으로 증가하고 있다.

우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로도 극한 기상 및 재해 기상의 증가로 인한 인명피해는 크게 증가하고 있는 것으로 보고되었는데, 2013년 세계기상기구(World Meteorological Organization, WMO) 보고서에 의하면 2001~2010년 기간 동안 극한 기상에 의한 사상자 수는 1991~2000년 기간 동안의 사상자 수보다 약 20% 증가했다(WMO, 2013). 따라서 한반도에서 발생하는 극한 기상, 특히 폭염과 한파의 메커니즘의 이해는 국가 재난 재해 현상에 대한 사전 대비책을 통해 인명 및 사회, 경제적 피해를 최소화 하는데 중요한 역할을 할 것이다.

▲ 1979년-2017년 기간 동안 7, 8월 지표면 기온의 선형경향성. 점으로 된부분은 통계적으로 95% 이상의 신뢰도를 가지는 유의한 부분을 의미하며 분석된 자료는 NCEP/NCAR 재분석 자료임.


기후변화와 우리나라 폭염 메커니즘

기후변화와 우리나라 대표적인 여름철 극한 기상인 폭염의 상관성을 이해하기 위해서는 우리나라가 위치한 북반구 중위도 지역의 대기 특성의 최근 변화를 살펴볼 필요가 있다. 분석에 의하면 북반구 북위 30~60도 중위도 지역의 여름철(6~8월) 500헥토파스칼(약 5.5㎞ 상공) 지역의
동서 방향 바람세기는 지난 30여 년 동안 지속적으로 약해지는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 또 같은 지역에서 종관 규모(2.5일~6일) 대기 변동성의 운동 에너지 또한 감소추세를 보였다.

동서 방향 바람세기의 감소와 종관 규모의 대기 변동성 운동 에너지의 약화는 기후변화로 인해 북극을 포함한 고위도 지역의 온도가 급격하게 상승하면서 남북 방향의 온도 경도 약화에 기인한 것으로 알려져 있다.

최근 연구 결과들은 북극을 포함한 고위도 지역의 급격한온도 상승은 지구 온난화로 인한 북극 얼음 면적의 급격한 감소로 인해 지표면에 도달하는 태양 복사에너지의 증가에 기인한 것으로 분석하고 있다. 이로 인해 우리나라를 포함한 중위도 지역에서 특정 기압패턴이 오래 지속될 수 있는 조건이 만들어지며 폭염과 같은 극한 기상이 발생할 수 있는 좋은 여건이 만들어 진다고 볼 수 있다.

우리나라에 폭염을 야기하는 주요한 강제력으로 열대 해양의 역할이 매우 큰 것으로 알려져 있다. 특히 남중국해와 필리핀 동부의 열대 서태평양 지역의 대류 강제력은 동아시아 지역으로 대기파동을 유도하고 한반도 지역에 고기압성 흐름을 야기함으로써 폭염 현상을 가져올 수 있다.

나아가 아열대 중태평양 지역의 대류 강제력은 남북 방향의 상승 및 하강 흐름을 통해 북태평양 고기압의 강도를 강화시키는 역할을 하게 된다.

북태평양 고기압의 강도 강화는 우리나라를 포함하는 동아시아 지역의 폭염 현상을 유도하는 직접적인 원인으로 작용하게 된다. 특히 극심한 폭염현상이 지속되었던 2018년 여름의 경우 남중국해 지역의 대류 강제력(상승기류)의 증가뿐만 아니라 중태평양 지역에서 까지 상승운동이 활발해져 북태평양 고기압이 강화되면서 두 가지 효과가 가미돼심한 폭염을 발생시킨 것으로 추정할 수 있다.

특히 앞에서언급한 바와 같이 여름철 우리나라에 폭염을 야기하는 남중국해 지역의 해수면 온도가 지난 40여 년 동안 지속적으로 증가하는 추세를 보이면서 해양-대기의 상호작용 특성이 변화되고 있음이 알려져 있다.

이와 같은 특성 변화의 가장 직접적인 원인은 이 지역에서의 해수면 온도의 증가인 것으로 사료되며, 우리나라 인근해를 포함하는 중위도 지역에서도 기후변화에 기인한 해수면 온도 증가는 이 지역에서의 해양-대기 상호작용의 특성의 변화를 가져와 해양이 대기를 강제력화 시키는 역할변환이 발생할 수도 있다.

▲ 1979년 겨울 (1979년 12월, 80년 1월, 2월)-2017년 겨울 기간 동안 우리나라 겨울철 (12월, 1월, 2월) 평균기온의 시계열


기후변화와 우리나라 한파 메커니즘

우리나라 겨울철 기온 변동성은 전 지구 기후 시스템의 중요한 구성요소 중 하나인 동아시아 겨울철 몬순 변동성과 밀접한 상관성을 가지고 있다. 동아시아 겨울철 몬순의 일반적인 지상 기압 배치는 유라시아 대륙의 동쪽에 위치하고 있는 차가운 시베리아 고기압 (Siberian High)과 상대적으로 따뜻한 북태평양 지역의 알류산 저기압 (Aleutian Low)의 동고서저 형태이다. 우리나라를 포함하는 동아시아 지역의 겨울철 기온은 시베리아 고기압의 동쪽 및 알류산 저기압의 서쪽 가장자리를 따라 부는 강한 북서 및 북동풍에 의해 크게 영향을 받는다.

최근 연구 결과에 의하면 우리나라의 겨울철 기온 변동성은 1980년대 중반부터 그 이전과는 다른 기후 체계로 바뀌었다(한국 기후변화 평가보고서(백서) 발간(I), 2009). 특히 겨울철 기온은 1980년대 중반 이후 뚜렷한 상승 경향을 보인 것으로 알려져 있다. 우리나라는 지난 20년 동안 그 이전 시기에 비해 상대적으로 따뜻한 겨울철 기온의 특징을 보이고 있는 것으로 나타났다.

좀 더 구체적으로 최근 연구 결과(전미정, 조용성, 2015, 기후변화학회지)에 의하면 우리나라 25개 기상 관측 지점을 중부, 남부, 남해안, 산간지역으로 분류해 최근 10년간(2004∼2014년) 겨울철 평균기온과 과거 30년간 (1981∼2010년)의 평년값을 분석한 결과 과거 30년의 평균기온 대비 최근 10년간 평균기온이 점차 증가하고 있음을 시사한다.

반면에 한파의 경향성 분석에 따라 대관령과 춘천의 1971년부터 2014년까지 겨울철 평균 아침 최저기온과 한파일수를 분석한 결과 한파일수는 점차 증가하고 있는 것으로 나타나 우리나라 겨울철 평균 기온은 상승하는 추세를 보이고 있다. 반면, 겨울철 한파 발생빈도는 점차 증가해결국 기온의 극단적 현상은 점차 심각해질 것으로 예상된다는 연구 결과가 최근에 제시됐다(전미정, 조용성, 2015).

겨울철 평균 기온이 뚜렷한 변화를 보인 1986년을 전후로 우리나라 겨울철 평균 기온 변동성과 북반구 대기 순환지수들과의 상관성 또한 변화된 것으로 나타났다. 북극진동은 전기보다 후기 기간에 우리나라 겨울철 기온과의 상관성이 크게 증가하였으나 시베리아 고기압과 알류산 저기
압은 그 상관성이 크게 감소했다.

북극진동은 겨울철 유라시아 대륙의 지표면 기온과 밀접한 상관성이 있다. 북극진동은 이 지역 기온 변동성의 약 50% 이상을 설명하는 북반구에서 가장 우세한 대기 변동성으로 이 지역 해빙의 녹음과 밀접한 연관성이 있는 것으로 알려져 있다. 북극진동의 주요 변동주기는 시베리아 고
기압의 변동성 보다 훨씬 길다.

이로 인해 198년대 중반 이후에는 우리나라 겨울철 기온의 변동성에서 과거 관측됐던 삼한사온의 일주일 정도 변동성은 사라지고 보다 긴 주기의 겨울철 기온의 변동주기가 나타나고 있다.

 

철저한 대비책 세워야

전 지구적인 기후변화의 영향은 우리나라의 극한 기상의 특성 변화에도 직접적인 영향을 주고 있다. 특히 최근 연구결과들은 기후변화에 기인한 해양, 대기 순환장의 변화들이 우리나라에 극한 기상의 빈도나 강도를 더욱 강화하는 방향으로 작용하고 있음을 제시하고 있다.

기후변화의 영향을 피할 수 없다면 철저한 대비책을 세우는 것이 가장 중요하다. 이를 위해 가장 중요한 요소는 정확도가 높은 해양과 대기 변화에 대한 예측 결과를 제시하는 것이다. 그러므로 다른 어떤 적응 계획이나 완화 계획을 세우기에 앞서 불확설성이 감소된 해양과 대기의 미래 예측 결과를 산출하는데 정책적, 과학적인 노력을 결집해야 할 것으로 사료된다.

예상욱 한양대 에리카 해양융합공학과 교수  hdhy@hdhy.co.kr

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