열대¹⁾ 지역 온도가 지구 평균에 비해 빠르게 상승하는 원리가 밝혀졌다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 기후물리 연구단 악셀 팀머만 단장 연구진은 아열대²⁾ 지역에서 발생한 온실기체가 열대 지역 온도 상승을 부채질하는 효과가 있음을 규명했다. 지구 온난화 과정에서 서로 다른 지역들이 주고받는 영향을 분석하는 새로운 방법을 제시해, 온난화의 지역 불균형연구를 한 단계 발전시켰다.

대기 중에 배출된 온실기체³⁾로 지구의 평균 온도가 증가하는 것은 잘 알려져 있지만, 지역마다 상승 정도에는 차이가 있다. 지난 50년간 전지구 평균 해수면온도가 0.55도 상승할 동안 동태평양을 제외한 열대지역 온도는 0.71도 상승했다. 그러나 열대 지역이 지구 나머지 부분과 다른 온도 상승을 보이는 이유는 베일에 싸여 있었다. 열대 해수면 온도 상승은 엘니뇨⁴⁾ 현상 촉진을 비롯해 날씨와 강우를 불안정하게 만들어, 기후과학자들의 주요 관심사였다.

열대 지역은 해들리(hadley)⁵⁾이라는 대규모 대기 순환을 통해 아열대 지역과 영향을 주고받는다. 먼저 열대 지역의 고온다습한 공기가 수렴·상승해 남북으로 이동하다가, 에너지를 잃고 아열대에 하강하면서 상층부의 차가운 공기를 지표면으로 나른다. 이후 무역풍⁶⁾이 차가운 아열대 공기를 다시 열대 지역으로 수송한다. 이 과정에서 열대 바다 깊은 곳에 있던 차가운 해수를 위로 끌어올리는 용승⁷⁾이 일어난다.

연구진은 열대 온도 상승 원인을 밝히기 위해 열대와 아열대에서 발생한 온실기체가 온도상승에 기여하는 정도를 분리해서 접근했다. 기후모형⁸⁾으로 열대/아열대 지역에 이산화탄소 농도 증가가 발생했을 경우를 각각 실험하고 대기 및 해양순환 과정을 면밀히 분석했다.

기후모형 실험결과 아열대 지역 이산화탄소는 같은 양의 열대 지역 이산화탄소보다 열대 해수면 온도를 40% 더 상승시키는 것으로 나타났다. 연구진은 아열대 지역이 온실기체 증가로 온도가 상승하면, 적도-아열대 간 온도차가 감소해 해들리 순환이 약화됨을 관찰했다. 이에 따라 무역풍과 용승 현상이 줄어들어 열대 해수면 온도가 증가했다. 동시에 무역풍이 열대 지역으로 수송하던 수증기량 또한 감소해, 열대 지역 구름 양이 줄어들고 도달하는 일사량이 증가했다. 이러한 일련의 과정들로 인해 열대 지역의 온도가 크게 상승했다.

교신저자인 말테 스터커 하와이대 조교수(前 IBS 연구위원)는 “기존 모형들은 전지구에 동일한 농도의 이산화탄소를 가정했었다”며 “서로 다른 지역들을 구분해 지구온난화가 어떤 식으로 상호작용하는지 이해했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

공동저자인 악셀 팀머만 단장은 “이번 연구는 향후 아열대 지역인 중·남부 아시아, 미국 남부 등의 온실기체 감소가 열대 지역에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다”며 “앞으로 온실기체 외에 대기 질이 미치는 영향을 추가로 연구해 이같은 상관관계를 보다 명확히 밝힐 계획”이라고 밝혔다.

미국 하와이 대 페이페이 진 교수를 비롯한 국제 연구진과 함께 수행한 이번 연구는 기후변화에 관한 국제학술지 ‘네이처 클라이밋 체인지(Nature Climate Change, IF=21.722)’에 1월 14일 새벽 1시(한국시간) 게재됐다.

그림설명

▲ [그림 1] 열대와 아열대 사이의 해들리 순환(왼쪽) 현재 기후 조건에서의 해들리 순환 모식도. 양옆의 고리는 열대에서 상승하여 아열대에서 하강하는 공기를 나타내고, 적도로 향하는 화살표는 무역풍을 나타낸다.
(오른쪽) 아열대 지역의 온도가 높아지면 해들리 순환이 약화되고(점선), 열대 지역에서 구름 양이 감소하며, 차가운 해수의 용승이 감소하게 된다. 그 결과 열대 지역의 온도가 상승하게 된다.