기초과학연구원(IBS) 기후물리 연구단 악셀 팀머만 단장(부산대 석학교수) 연구팀은 대기 중 이산화탄소 농도가 2배 증가하면 3등급 이상의 강한 태풍이 50% 가량 증가하고, 약한 태풍의 발생은 감소할 것이라고 예측하였다.

이는 연구진이 IBS의 슈퍼컴퓨터 알레프(Aleph)^*를 이용해 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 따른 기후 변화를 시뮬레이션 하여 열대저기압 변화를 분석한 결과다.
* ‘19.4월 가동 시작한 IBS의 슈퍼컴퓨터(데스크탑 컴퓨터 약 1,560대 성능)

과학기술정보통신부(장관 최기영)와 IBS(원장 노도영)는 이번 성과가 12월 17일 04시(한국시간) 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF 13.117)에 게재되었다고 밝혔다.

태풍과 허리케인을 포함한 열대저기압은 지구상에서 가장 치명적이고 경제적으로도 피해가 큰 기상재해다. 매년 수백만 명의 사람들이 피해를 입지만, 지구 온난화가 열대저기압의 발생 및 세기에 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 명확하게 밝혀지지 않았다.

지난 20여 년간 진행된 기후모형 시뮬레이션 연구는 주로 격자 간격이 큰(약 100km 이상) 저해상도 기후모형^*을 이용해 왔기 때문에 열대저기압과 같은 작은 규모의 대기와 해양 간 상호작용이 상세히 시뮬레이션 되지 않아서 불확실성이 크다는 한계가 있었다.
* 지구를 3차원적으로 격자화하여 물리‧역학 방정식을 이용해 각 격자점에서의 기후 변동을 예측하는 도구. 격자간격이 조밀할수록 시뮬레이션 정확도가 향상되고 작은 규모의 기상 및 기후 현상까지 상세히 시뮬레이션 할 수 있다.

연구진은 대기와 해양을 각각 25km와 10km의 격자 크기로 나눈 초고해상도 기후모형을 이용하여, 태풍·강수 등 규모가 작은 여러 기상 및 기후 과정을 상세하게 시뮬레이션 하였다.

이는 지금까지 전 세계에서 수행된 미래 기후 변화 시뮬레이션 연구 중 격자 간격이 가장 조밀한 결과로, 생성된 데이터는 1TB 하드디스크 2000개에 달하는 용량이다.

연구진은 대기 중 이산화탄소가 2배 증가하면 적도 및 아열대 지역에서의 대기 상층이 하층보다 더욱 빠르게 가열되어 기존에 있던 대규모 상승 기류(해들리 순환)를 약화시키고, 이로 인해 열대저기압의 발생빈도가 감소한다고 밝혔다.

반면 대기 중 수증기와 에너지는 계속 증가하기 때문에 태풍이 한 번 발생하면 3등급 이상의 강한 태풍으로 발달할 가능성이 약 50% 높아진다고 분석했다.

한편, 이산화탄소가 현재보다 4배 증가하면 강력한 열대저기압의 발생 빈도가 이산화탄소 농도를 2배 증가시킨 시뮬레이션에 비해 더 증가하지는 않았다. 하지만 각 열대저기압에 의한 강수량은 계속 증가하여 현재 기후 대비 약 35% 증가했다.

이번 연구는 지금까지 수행된 다른 기후모형보다 향상된 공간 해상도로 이산화탄소 증가에 따른 기후 변화를 시뮬레이션하여, 높은 신뢰도로 열대저기압 변화를 분석했다는 평가를 받았다.

공동 교신저자인 이순선 연구위원은 “시뮬레이션된 미래 열대저기압 변화가 최근 30년 간 기후 관측 자료에서 발견된 추세와 상당히 유사하다”며 “지구 온난화가 이미 현재 기후를 변화시키기 시작했다는 것을 의미한다”고 밝혔다.

악셀 팀머만 단장은 “지구 온난화가 열대저기압에 영향을 미치는 메커니즘에는 더욱 복잡한 과정이 얽혀있어 앞으로도 추가 연구가 필요하다”면서도 “이번 연구는 미래 열대저기압 상륙에 의한 해안 지대의 극한 홍수 위험이 높아짐을 보여준다.”라고 말했다.

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그림설명

▲ [그림 1] IBS의 슈퍼컴퓨터 알레프(Aleph).IBS 기후물리 연구단은 대전 도룡동에 위치한 IBS 본원 데이터센터 내 구축된 IBS 슈퍼컴퓨터 알레프를 이용하여 연구를 진행했다. 알레프는 지구 시스템의 단기 기후 예측 및 장기 전망, 열대 저기압의 미래 변화 등 최첨단 기후 역학 연구에 활용되고 있다.

▲ [그림 2] 열대저기압에 동반된 강한 바람에 의해 발생하는 해수 냉각효과.슈퍼컴퓨터 알레프와 초고해상도 기후모형을 통해 시뮬레이션 된 한반도로 접근하는 태풍의 강수량(흰색) 및 해수면온도(파란색-빨간색). 태풍이 지나가고 난 후 강한 바람에 의해 해양 상층이 혼합되면서 바다 깊은 곳에 있던 차가운 물이 해수면까지 올라와 주면보다 5℃ 이상 낮은 냉각 현상을 일으키고 있다. 저해상도 모형에서는 해수 냉각효과가 약하게 나타나는 특징이 있다.

▲ [그림 3] 현재기후에서의 인도-태평양 지역 태풍 발생 및 경로(위)와 이산화탄소 농도 2배 증가에 따른 태풍 발생 밀도 변화(아래).위 그림에서 노란색 점은 태풍 발생지점, 붉은색 선은 경로를 의미한다. 아래 그림은 대기 중 이산화탄소 농도가 2배 증가했을 때 각 격자를 지나는 태풍의 밀도 변화(일년에 해당 격자를 지나는 태풍에 노출된 시간)를 나타는 것으로, 파란색은 감소, 붉은색은 증가를 나타낸다. 변화량이 클수록 원의 크기가 크다.