"긴 장마, 기후변화 탓만 아니다"

2020.09.11 06:00
올해 이례적인 긴 장마 대기 불안정 따른 자연적 강우 변동이 주 원인
2020년 한국은 이례적으로 긴 장마 기간을 경험했다. 이 같은 장마의 원인으로 기후변화가 흔히 꼽히지만, 실제로는 기후변화의 영향은 작도 대기의 내부 불안정성에 따른 강수량 변화가 훨씬 큰 원인이라는 연구 결과가 나왔다. 동아일보 DB
2020년 한국은 이례적으로 긴 장마 기간을 경험했다. 이 같은 장마의 원인으로 기후변화가 흔히 꼽히지만, 실제로는 기후변화의 영향은 작도 대기의 내부 불안정성에 따른 강수량 변화가 훨씬 큰 원인이라는 연구 결과가 나왔다. 동아일보 DB

올해는 장마가 이례적으로 긴 해다. 1973년 이후 가장 길었다. 여기에 9월까지 대형 태풍이 한반도를 잇따라 강타하고 지역을 가리지 않고 게릴라성 폭우가 쏟아지면서 기록적인 강수량을 보였다. 올 장마가 이례적인 특성을 보인 원인으로 기후변화와 북극에서의 이상 고온 현상이 지목됐다. 하지만 최근 기후변화의 영향은 실제로 있지만 최근 100년간 한반도 장마에 미친 영향은 사실상 미미하다는 분석 결과가 나왔다. 진짜 원인으로는 한반도 주변 지역의 국지적 대기 불안정이 꼽혔다. 무엇보다 모든 이상 기상 현상의 원인을 기후변화로 돌리는 태도는 '별로 과학적이지 못하다'는 시각을 던졌다는 점에서 눈길을 끌고 있다.  

 

●대기 내부 불안정성이 직접 원인

 

악셀 티머만 기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단장 연구진은 슈퍼컴퓨터 알레프와 기상청 실측 자료를 이용해 최근 100년간의 한반도 장마 패턴의 원인을 분석했다. 알레프는 IBS가 기후 물리 연구를 위해 지난해 도입한 연산속도 1.43페타플롭스(PF, 1PF는 1초에 1000조번 연산)의 슈퍼컴퓨터다. 데스크톱 컴퓨터 약 1560대와 동일한 성능이다. 슈퍼컴이 축적된 자료를 토대로 분석한 결과 한반도의 강수량과 장마에 영향을 미치는 주요 원인으로 한반도 상공의 대기 불안정성이 지목됐다.

 

티머만 단장은 e메일 인터뷰에서 “국내에서는 이례적으로 긴 장마의 원인을 기후변화와 북극 온난화에 돌리고 있지만 장기적 추세(기후변화)와 단일 사건(장마)의 통계적 상관성을 찾기는 불가능하다”며 “올해 한반도 강수량 변화의 원인을 찾은 결과 한반도 상공 대기의 불안정성이 원인임을 알아냈다"고 말했다. 대기 불안정성은 일시적 현상이 아니라 이 지역이 매년 상황에 따라 겪는 변동의 일종으로 이에 따른 강수량 변화가 기후변화 등 다른 요인에 의한 강수량 변동보다 몇 배 이상 강한 것으로 나타났다.

 

이번 연구에 참여한 하경자 부산대 대기환경과학과 교수는 “2000년대 초반까지 기후변화와 그에 따른 극한기후의 증가가 뚜렷이 보였는데 이후 오랫동안 매마른 상황이 지속되는 등 이런 경향이 사라졌다”며 “기후변화가 강수량에 미치는 영향을 상쇄하는 한반도의 다른 요인이 있다는 생각에 이를 밝히기 위해 연구에 나섰다”고 말했다.

 

왼쪽은 일반적인 장마의 평균적인 대기 상태다. 여름철 아시아 대륙에 저기압, 북서태평양에 아열대 고기압이 형성돼 고기압 가장자리를 따라 열대의 따뜻하고 습윤한 공기가 한반도 쪽으로 유입된다. 이 공기는 북쪽 오호츠크해 지역에 형성된 고기압을 따라 유입되는 차고 건조한 공기와 만나 한반도와 일본에서 강우 전선을 형성한다. 대기 상층 제트류는 대기 불안정을 유발해 작은 규모의 대기 요란이 생기고 습한 적도 공기를 한반도로 유도하여 국지적 강수를 강화한다. 오른쪽은 2020년의 장마철이다. 시베리아 동쪽에 발달한 고기압에 의해 한반도 쪽으로 건조한 공기가 유입되고, 북서태평양 아열대 고기압의 강화로 더 많은 수증기가 유입됐다. 한반도 주변을 통과하는 상층 제트류가 평년에 비해 강화돼 더 많은 작은 규모의 요란이 발생했다. 이 요인들이 종합적으로 작용해 한반도에 수증기가 더 많이 공급됐다. IBS 제공
왼쪽은 일반적인 장마의 평균적인 대기 상태다. 여름철 아시아 대륙에 저기압, 북서태평양에 아열대 고기압이 형성돼 고기압 가장자리를 따라 열대의 따뜻하고 습윤한 공기가 한반도 쪽으로 유입된다. 이 공기는 북쪽 오호츠크해 지역에 형성된 고기압을 따라 유입되는 차고 건조한 공기와 만나 한반도와 일본에서 강우 전선을 형성한다. 대기 상층 제트류는 대기 불안정을 유발해 작은 규모의 대기 요란이 생기고 습한 적도 공기를 한반도로 유도하여 국지적 강수를 강화한다. 오른쪽은 2020년의 장마철이다. 시베리아 동쪽에 발달한 고기압에 의해 한반도 쪽으로 건조한 공기가 유입되고, 북서태평양 아열대 고기압의 강화로 더 많은 수증기가 유입됐다. 한반도 주변을 통과하는 상층 제트류가 평년에 비해 강화돼 더 많은 작은 규모의 요란이 발생했다. 이 요인들이 종합적으로 작용해 한반도에 수증기가 더 많이 공급됐다. IBS 제공

연구팀은 먼저 한반도와 주변 지역의 장마에 장기적 영향을 미칠 수 있는 세 가지 요인을 지목했다. 이상기후 현상의 원인으로 흔히 지목되는 기후변화 외에도 대기 내부 불안정성에 따른 자연 강수 변동과 인간이 배출한 대기오염물질인 에어로졸 등이다.

 

이 가운데 대기 내부 불안정성은 기류와 수증기 공급을 변화시켜 강수에 영향을 미친다. 기후변화는 대기 온도를 높여 수증기량을 늘리거나 지표와 해수의 온도를 높인다. 이는 고기압과 저기압의 패턴을 바꿔 한반도의 여름 대기 순환을 변화시키고 장마 기간을 늘리거나 이 기간 중 강수량을 늘린다. 에어로졸의 배출량 역시 강수량을 늘리기도 하고 줄이기도 하는 등 매우 복잡한 영향을 미친다. 하지만 대체로 햇빛을 막아 아래쪽 대기를 서늘하게 만들고 위로 솟아오르는 대기 흐름을 억제해 강수량을 줄여 장마를 억제하는 요소로 작용한다. 

 

한반도 강수량 기후변화 영향 관련성 없어


연구팀은 슈퍼컴퓨터를 이용해 이들 세 요인이 100년간 장마를 포함해 한반도 강수 변화에 미친 영향을 측정했다. 그 결과 기후변화와 에어로졸은 강수 변화에 별다른 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 티머만 단장은 "1950~2020년 사이에 두 요인은 서로 상쇄 효과를 내 어떤 영향도 미치지 않았다"고 밝혔다.

 

반면 대기 내부 불안정성은 장마와 강수 변화에 압도적인 영향을 미치는 것으로 확인됐다. 연구팀은 “올해 장마도 북서태평양 고기압이 발달하면서 평소보다 많은 수증기가 유입됐는데 시베리아 동쪽에 고기압이 발달하면서 건조한 북동풍을 불어 한반도 상공에 수증기가 갇히면서 지속적으로 비를 내린 것”이라며 “여기에 대기 높은 곳에 평소보다 강한 서풍(제트류)이 불면서 7월 상공에 기압골이 발달하고 소규모 저기압 요란(폭풍)이 많이 발생하면서 강력한 호우가 발생했다”고 말했다. 

 

우리나라 52개 지점 관측 평균값을 이용해 1973~2020년 6월1일~8월 15일 기간 평균 강수량(mm/day)을 기후 평균(1973년-2020년 기간 평균) 대비 편차로 표시했다. 그래프가 위로 향할수록 평균보다 강수량이 많았던 해다. 자료 기상청, 그래프 IBS 제공
우리나라 52개 지점 관측 평균값을 이용해 1973~2020년 6월1일~8월 15일 기간 평균 강수량(mm/day)을 기후 평균(1973년-2020년 기간 평균) 대비 편차로 표시했다. 그래프가 위로 향할수록 평균보다 강수량이 많았던 해다. 자료 기상청, 그래프 IBS 제공

기후변화가 한반도의 강수량 변화에는 별다른 영향을 미치지 못하고 있다는 사실은 최근 48년간의 강수량 관측 자료를 통해서도 확인됐다. 연구팀이 1973~2020년의 평균 강수량 변화 패턴을 분석한 결과 여름 평균 강수량과 일 최대 또는 시간 최대 강수량 등 주요 측정값에서 장기적인 변화 추세가 나타나지 않았다(위 그래프). 강수량이 매우 적은 해와 매우 많은 해가 해마다 다르게 불규칙하게 나타났다. 연구팀은 강수량이 기후변화나 해수면 온도 변동보다 대기 내부의 불규칙하고 자연적인 운동에 더 크게 반응하기 때문에 매년 큰 변동성이 나타날 수 있다고 설명했다.


올해 시베리아를 강타한 이상 고온 현상(열파)과 북극권의 온난화도 장마와는 연관성이 없었다. 북극은 2012년과 2015년, 2019년에도 이상고온을 기록했다. 하지만 그땐 한반도에 오히려 평균보다 적은 비가 내렸다. 북극 기온은 온도가 꾸준히 오르고 있고 1980년대 이후 2도 이상 집중적으로 올랐지만, 한반도에서는 1973년 이후 장마 강수량이 증가하거나 감소하는 경향이 나타나지 않았다. 하 교수는 “지난 48년간의 여름철 북극 평균 기온과 한반도 강수량 데이터 사이에 상관성이 없다”며 “향후 규모를 동아시아 전반으로 확대해 장기간의 강수량을 분석할 계획”이라고 밝혔다.

 

2020년 한국은 이례적으로 긴 장마 기간을 경험했다. 이 같은 장마의 원인으로 기후변화가 흔히 꼽히지만, 실제로는 기후변화의 영향은 작도 대기의 내부 불안정성에 따른 강수량 변화가 훨씬 큰 원인이라는 연구 결과가 나왔다. 동아일보 DB
2020년 한국은 이례적으로 긴 장마 기간을 경험했다. 이 같은 장마의 원인으로 기후변화가 흔히 꼽히지만, 실제로는 기후변화의 영향은 작도 대기의 내부 불안정성에 따른 강수량 변화가 훨씬 큰 원인이라는 연구 결과가 나왔다. 동아일보 DB

●기후변화 장기화 땐 영향


연구진은 이번 연구 결과가 그렇다고 기후변화의 영향이 전혀 없다는 것을 뜻하지는 않는다고 밝혔다. 슈퍼컴퓨터를 이용해 분석한 결과 지표면 평균기온이 1도 올라가면 한국의 6~8월 평균 강수량은 2~4% 증가하는 것으로 나타났다. 티머만 단장은 “앞으로 80년간 온실가스 증가가 가져오는 강수량 증가가 에어로졸에 의한 상쇄를 크게 넘어설 것”이라며 “이대로 기온이 3~5도 오를 경우 2100년에는 한반도의 여름 강수량이 산업시대 이전 대비 최대 15% 이상 올라가는 등 장기적으로 영향을 미칠 것”이라고 경고했다.

 

하 교수 역시 "현재의 온실가스 배출이 지속될 경우 한반도 강수량에 기후변화의 영향이 나타나는 것은 10년 뒤인 2030년으로 예상된다"고 말했다. 하 교수팀은 이 같은 내용이 담긴 연구 결과를 3월 '환경연구레터스'에 발표했다(아래 그림).

 

티머만 단장은 “장마는 남아시아부터 동아시아에 이르는 거대한 지역을 아우르는 기후 현상인 동아시아 ‘몬순’ 시스템의 일부”라며 “기후변화가 1도 일어날 때 이들 지역의 강수량은 1~9% 증가하는 것으로 연구됐지만, 지난 60년의 실제 자료를 보면 이런 영향보다는 지역적 대기 내부 변동 요인이 더 큰 영향을 끼친 것으로 나타난다”고 말했다. 이번 연구에는 이준이 부산대 기후과학연구소 교수도 참여했다.

 

하경자 부산대 교수팀이 3월 ′환경연구레터스(ERL)′에 발표한 연구 결과의 일부다. 현재의 온실기체 배출량을 그대로 유지할 경우 한반도에 기후변화에 의한 강수량 변화가 나타나기 시작할 때는 2030년경으로 추정됐다. 티머만 IBS 단장은 2100년경이면 산업시대 대비 최대 15% 강수량이 늘 수 있다고 경고했다. ERL 논문 캡쳐
하경자 부산대 교수팀이 3월 '환경연구레터스(ERL)'에 발표한 연구 결과의 일부다. 현재의 온실기체 배출량을 그대로 유지할 경우 한반도에 기후변화에 의한 강수량 변화가 나타나기 시작할 때는 2030년경으로 추정됐다. 티머만 IBS 단장은 2100년경이면 산업시대 대비 최대 15% 강수량이 늘 수 있다고 경고했다. ERL 논문 캡쳐

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