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IBS 기후물리연구단, 美·獨 공동연구 발표정의석 IBS 기후물리연구단 연구위원. IBS 제공.

극지방의 해빙과 해양 대기 순환 특성 등 전지구적인 변화의 원인으로 종종 온실 가스에 의한 지구 온난화가 지목된다. 적도 부근 태평양에서 벌어지는 대규모 대기순환인 ‘워커순환(Pacific Walker Circulation)’도 마찬가지다.

차가운 동태평양과 따뜻한 서태평양 사이 해수면 온도 차이로 시계 방향의 대규모 대기 순환이 일어나는 ‘워커순환’은 1990년대 초부터 2010년대까지 이례적으로 강도가 증가했다. 워커순환 강도가 증가한 것은 이 기간 동안 동태평양 해수면 온도가 낮아지는 경향이 나타났기 때문으로 분석됐다. 온실 가스에 의한 지구 온난화와는 들어맞지 않는 부분이다.

기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단은 미국과 독일 연구진과 공동 연구를 통해 최근 관측된 ‘워커순환’ 강화 현상이 온실 가스 증가에 따른 지구 온난화가 아닌 지구 기후시스템의 자연병동성 때문이라는 사실을 입증했다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 기후변화(Nature Climate Change)’ 1일자(현지시각) 온라인판에 게재됐다.

워커순환은 해수면 온도가 높은 인도네시아 부근 서태평양 지역에서는 강수를 동반한 강한 대기 상승 운동이 활발하게 일어나는 반면 해수면 온도가 낮은 동태평양 지역에서는 하강 기류가 지배적으로 나타나는 현상이다. 미국 캘리포니아 지역 가뭄을 심화시켜 농업, 수자원 관리 및 산불에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 워커순환 강화 현상의 메커니즘을 규명하는 연구가 지속된 이유다.

지금까지 워커순환의 메커니즘을 설명하기 위해 많은 과학자들이 컴퓨터 수치모형(기후모델)을 활용했다. 컴퓨터 수치모형에서는 온실 가스 증가로 지구 온도가 상승하면서 워커순환 강도가 감소할 것으로 예상됐다. 그러나 이는 최근 워커순환 강화 경향과는 반대되는 결과다. 기후모델 실험과 미래 기후변화 연구 신뢰성에 대한 의구심이 제기된 상황이다.

특히 워커순환의 경우 해양 대기를 장기간 관측하는 데 현실적인 한계가 있다. 기후모델에 의존할 수밖에 없는 상황에서 워커순환 강화 현상이 인간활동에 기인한 것인지 기후시스템 내 자연변동성에 의한 것인지 규명하는 데 어려움이 있었다.

IBS 연구단을 포함한 국제 공동 연구진은 전 지구 범위를 포괄하고 정기적인 관측이 가능한 위성 관측 데이터와 오차를 보정한 지상 관측 자료를 활용해 워커순환 변화 패턴을 분석했다. 워커순환 변화 요인을 판별하는 데 최적화된 기후모델 실험 결과도 함께 분석했다.

분석 결과 기후모델 실험에서는 워커순환이 약화 경향을 보였지만 위성 관측 데이터 분석 결과 강화 경향이 도출됐다. 또 동일한 외부 조건을 입력했음에도 불구하고 기후모델 실험 결과가 상당한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이를 통해 연구진은 기후시스템 내 자연변동성이 최근 워커순환 강화 경향의 주 원인이라는 결론을 내렸다.

정의석 IBS 기후물리연구단 연구위원은 “이번 연구로 기후시스템의 여러 과정을 보다 정확히 이해하기 위해서는 전 지구를 포괄하는 장기간 정확한 관측이 필요하다는 점을 시사한다”고 말했다. 이번 연구는 정의석 연구위원을 비롯해 악셀 팀머만 기후물리연구단장, 하경자 부산대 교수와 미국 마이애미대학과 국립해양대기청(NOAA), 독일 EUMETSAT 연구진이 공동으로 수행했다.

[김민수 기자 reborn@donga.com]