국내 연구진 '남극 동쪽 대륙 한랭화' 유발하는 새 원인 규명
국내 연구진 '남극 동쪽 대륙 한랭화' 유발하는 새 원인 규명
  • 이웃집과학자
  • 승인 2021.06.24 04:00
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출처 : Adobe Stock
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남극 대륙은 세계적인 온난화 추세 속에서도 지역별 지표 기온의 차이가 가장 큰 곳입니다. 서남극은 세계에서 지표 기온 상승이 극심하게 진행되는 지역 중 한 곳이지만, 동남극1)에서는 1979년 이후 여름철 지표 기온의 뚜렷한 하강 경향이 나타납니다. 

1) 서남극은 남극 대륙의 서쪽(태평양 쪽) 지역, 동남극은 남극 대륙의 동쪽(인도양 쪽) 지역을 말한다. 동남극은 서남극 보다 더 넓은 대륙을 포함한다.

이러한 비대칭적 지표 기온 변화의 새로운 원인을 국내 연구진이 밝혀냈는데요. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 기후물리 연구단(단장 악셀 팀머만) 이준이 연구위원(부산대 기후과학연구소 교수) 연구팀은 국제공동연구2)를 통해 열대 서태평양 지역 강수활동이 증가하면, 동남극 지역 지표 기온이 하강한다는 사실을 규명했습니다.

2) 기초과학연구원(IBS) 기후물리 연구단, 이화여자대학교, 중국 난징정보과학기술대학, 미국 해양대기청/지구물리 유체역학 연구소, 미국 국립대기과학연구소, 타이완 국립대학교 등 참여

 

지금까지 동남극 지역 한랭화의 원인은 다양하게 제기되어 왔습니다. 고위도 대기 순환의 자연 변동성, 성층권 오존 변화, 열대 해수면 온도 변화 등이 그 예죠. 하지만 이 원인들만으로는 기온 하강 추세의 설명에 한계가 있었습니다.

 

공동연구진은 기후 관측 자료 분석 및 기후 모델 시뮬레이션 결과를 이용해 ‘매든-줄리안 진동’이 남극 대륙 지표 기온에도 영향을 줄 수 있음을 규명했습니다. 매든-줄리안 진동은 20~70일 주기로 열대 지역 강수 구역이 크게 변동하는 현상입니다. 적도 지역인 인도양에서 시작한 강수 활동이 태평양 쪽으로 이동하는 특성을 보입니다. 매든-줄리안 진동에 의한 강수 활동 위치 변화가 전 세계 여러 지역의 이상 기후에 영향을 미친다는 것은 이미 알려져 있었습니다. 그러나 구체적으로 동남극 지표 기온 변화에 영향을 준다는 것을 밝힌 것은 이번이 처음입니다.

 

매든-줄리안 진동에 의해 열대 강수활동이 일어나면 수증기 응결 과정에서 열이 다량 발생해 대기를 가열합니다. 이에 따라 강수 지역에서는 대기가 상승 운동을 하고, 지표에서는 저기압이 형성됩니다. 반면 강수 지역과 멀리 떨어진 지역에서는 대기가 하강 운동을 하고 지표면에 고기압이 만들어지죠.

[그림1] 열대 매든-줄리안 진동 강수 활동에 따른 동남극 지역 온도 변화. 매든-줄리안 진동에 의한 인도양의 강수 활동이 증가하면 동남극에 고기압성 순환(H)이 발생하고 지표 기온이 상승(왼쪽)한다. 반면, 서태평양의 강수 활동이 증가하면 동남극에 저기압성 순환(L)이 발생하고 지표 기온이 하강(오른쪽)한다. 강수활동 지역에서는 수증기 응결과정에서 열이 다량 발생하여 대기가 상승운동을 하며 지표면에 저기압이 발생한다. 그러나 강수활동이 없는 지역에서 대기가 하강하며 고기압이 발생한다. 대기 가열과 지역적 기압 차이에 의한 대기 파동은 중위도와 고위도까지 전파되고, 동남극 지표 기압 및 기온 변화에 영향을 준다.
[그림1] 열대 매든-줄리안 진동 강수 활동에 따른 동남극 지역 온도 변화. 매든-줄리안 진동에 의한 인도양의 강수 활동이 증가하면 동남극에 고기압성 순환(H)이 발생하고 지표 기온이 상승(왼쪽)한다. 반면, 서태평양의 강수 활동이 증가하면 동남극에 저기압성 순환(L)이 발생하고 지표 기온이 하강(오른쪽)한다. 강수활동 지역에서는 수증기 응결과정에서 열이 다량 발생하여 대기가 상승운동을 하며 지표면에 저기압이 발생한다. 그러나 강수활동이 없는 지역에서 대기가 하강하며 고기압이 발생한다. 대기 가열과 지역적 기압 차이에 의한 대기 파동은 중위도와 고위도까지 전파되고, 동남극 지표 기압 및 기온 변화에 영향을 준다.

열대 지역의 대기 가열 및 기압 차이는 대기 파동을 발생시켜, 고위도 지역 지표 기압 및 기온에 영향을 미치는데요. 가령, 서태평양 지역에서 강수활동이 일어나면 약 3~11일 후 동남극 지역 지표면에 저기압이 발생하고 기온이 하강합니다. 그러나 인도양 지역에서 강수활동이 있으면 동남극 지역 지표기온이 상승하게 되죠.

 

연구진은 1979년부터 2014년까지 매든-줄리안 진동에 의한 강수활동과 동남극 지역 지표 기온 변화를 분석했습니다. 그 결과, 강수활동은 서태평양에서 급증한 반면 인도양에서는 급감했으며, 이는 동남극의 지표 기온 하강과 통계적 관련성이 있음을 확인했습니다. 또한 기후 모델 실험을 통해서 매든-줄리안 진동의 장기 변화가 동남극 지역 지표 기온 하강의 장기적 추세를 만들어 낼 수 있음을 증명했습니다.

 

공동저자인 유창현 이화여대 교수는 “관측 자료 및 기후모델 실험 결과를 종합해보면, 지난 30여 년 동안 동남극 지역 한랭화 경향의 약 20~40%는 열대 매든-줄리안 진동의 장기 변화에서 기인했다고 볼 수 있다”고 설명합니다.

 

이번 연구를 이끈 이준이 연구위원은 “열대 지역 자연변동성이 남극 지역의 기후변화를 초래할 수 있음을 확인했다”며 “미래 기후변화 전망 및 정책 수립에 있어 인위적 온난화와 더불어 다양한 자연변동성의 역할을 고려해야 한다”고 말했습니다.

 

이번 연구결과는 6월 24일 새벽3시(한국시간) 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF 13.116)’ 온라인판에 게재됐습니다.

논문명 : East Antarctic cooling induced by decadal changes in Madden-Julian Oscillation during austral summer


# 연구이야기

[연구 배경] 매든-줄리안 진동은 계절 내에서 가장 강력한 열대 기후 변동성이다. 이와 관련된 강수활동 및 대기 순환 패턴이 20~70일 주기로 인도양부터 태평양까지 적도를 따라 동쪽으로 전파되는 특성을 보인다. 

그런데 최근 매든-줄리안 진동이 장기적으로 변화하고 있다는 것이 밝혀졌다. 지난 약 40여 년 동안 매든-줄리안과 연관된 강수활동이 서태평양에서는 지속 증가하는 반면 인도양에서는 감소한 것이다. 이러한 매든-줄리안 진동의 강수활동 위치는 전 세계 여러 지역의 극한 날씨 및 이상 기후에 영향을 미칠 수 있다는 점에서 중요하다. 

본 연구는 매든-줄리안 진동의 장기 변화에 크게 영향을 받는 지역 및 기후 특성을 살펴보며 시작되었다. 그중 강수활동이 서태평양에 위치할 때 동남극 지역 지표 기온이 하강하는 경향이 발생하는 것을 발견하고, 이것이 동남극 한랭화의 새로운 원인일 것이라는 가설을 세우고 연구를 진행했다.

 

[성과 차별 점]열대 계절 내 변동성과 북극 지역 기후 변동성의 관련성에 대해서는 이미 여러 연구가 진행된 바 있다. 하지만 본 연구는 열대 계절 내 변동성이 남극 지역 지표 기온 변동에 영향을 줄 수 있음을 발견하였다. 관측 분석뿐만 아니라 다양한 기후 모델 실험을 통해서 열대 대류활동에 의해 발현된 대기 파동이 남극 지역까지 도달할 수 있음을 규명했다. 또한 계절 내 변동성의 장기 변화가 남극 지역 지표 기온 하강에 영향을 줄 수 있다는 것을 최초로 제시하였다. 

 

[어려웠던 점] 남극은 관측 지점이 제한적이고 그 기간이 길지 않아서 장기 변동의 특성 파악에 한계가 있었다. 그러나 다양한 재분석 자료와 심층적 모델 실험을 통해서 최근 변화 경향성에 대한 원인 규명에 성공할 수 있었다. 

 

[향후 연구계획] 매든-줄리안 진동이 장기 변화하는 원인은 아직 뚜렷하게 밝혀지지 않았다. 인도양-태평양 지역 해수면 온도 상승과 관련이 있다고 예상되나, 지구 온난화의 영향인지 자연 변동성의 일환인지 아직 명확하지 않다. 연구진들은 향후 그 원인 규명을 위해 노력할 계획이다.

 

 


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