2021년 7월 26일 AYESHA TANDON | 원기사: https://www.carbonbrief.org/climate-change-will-drive-rise-in-record-shattering-climate-extremes
새로운 연구 결과에 따르면 기후변화로 인해 기상기록을 크게 뛰어넘는 “사상초유”의 기상이변 현상들이 더욱 자주 발생할 것이라고 예측된다.
Nature Climate Change에 발표된 동 연구는 북부중위선 지역이 사상초유의 폭염 발생에 특히나 취약하다는 결과를 내놓았다. 이는 최근 미국 북서지방 및 캐나다에서의 폭염 사례에서도 확인할 수 있다. 이 폭염에서는 오랫동안 지켜진 기온 기록이 5C까지 깨졌다. 연구는 이러한 기상이변 현상이 앞으로 수십년간 더욱 잦아질 것으로 보고있지만, 이는 기후변화 없이는 “거의 불가능하다”라고 말한다. 또한, 이러한 기상이변 현상의 발생 가능성을 결정하는데에는 지구온난화의 도달한 기온보다 도달하는 속도가 더 중요하다고 밝힌다.
주저자는 Carbon Brief와의 인터뷰에서 “기후변화 상황에서 나타나는 기상이변 현상은 스테로이드를 맞은 운동선수가 갑자기 이전 기록을 계단식으로 갈아치우는 것과 비슷하다”고 말한다.
“이 연구는 너무도 시기적절하고 중요한 연구라고 생각한다”고 해당 연구에 참여하지 않은 한 과학자는 말했다. 그녀는 태양평 북서쪽의 폭염 현상 이후에, “많은 사람들이 우리의 기상모델이 그러한 현상을 재현할 수 없다고 주장했다” 하지만, “이 연구는 그것이 가능함을 보여주고있고, 단지 이전에는 이러한 방식으로 해당 질문을 해보지 않았던 것이다”고 말했다.
전례없는 현상
세계 기온이 상승하면서 폭염현상은 더욱 잦아지고, 더욱 극심해지고 더욱 오래 지속되고 있다. 이로 인해 최근 몇 년 동안 전 세계적으로 기록된 기록적인 극한 기온의 사례가 증가했다.
2018년 여름을 예로 들면, 북반구를 폭염이 휩쓸고 지나가면서 수많은 역대 온도기록을 갈아치웠다. 대만과 일본에서도 각각 국내 역대 온도를 0.1C 차이로 갱신했다. 유럽과 미국에서도 비슷한 기록이 세워졌다.
그 다음해 여름에는 프랑스와 영국이 기존의 최대 기록을 각각 1.5C, 0.2C로 깨면서 최고치를 갱신했다. 2020년 여름에는 시베리아의 폭염이 역대기록을 0.7C로 갱신했다. – 러시아 Verkhoyansk마을은 38C를 기록했다.
그리고 2021년 6월, 미국과 캐나다에 심각한 폭염이 발생하여, 지역의 오래된 기록을 5C까지의 차이로 갱신했다.
이러한 일련의 현상들은 “기록적”이었다. 하지만, 2021년 폭염은 “사상초유” 현상의 예이다. 주리히 ETH의 강사 및 해당 연구의 주저자인 Erich Fischer 박사는 Carbon Brief와의 인터뷰에서 다음과 같이 설명한다:
“우리는 기록을 깨는 현상들을 기록을 경미하게 초과하는 수준으로 정의한다. 이것은 기존 기록보다 0.1C 정도 더 더웠다거나 하는 수준으로, 영향력으로 따지자면 그렇게 큰 수준이 아니다. 기록 갱신이 매우 유의미해지는 순간은 태평양 북서부 폭염 케이스와 같이 기록이 아주 산산조각이 나는 사례이다.”
동 연구에 참여하지 않은 암스테르담 대학의 기후 연구원 Dim Comou 박사는 Carbon Brief와의 인터뷰에서 기록을 박살내는 기상이변에 대한 연구는 매우 시기적절하다고 말했다.
“캐나다에서 몇주전 발생한 폭염은, 정확히 그러한 현상을 보여주는 단적인 사례다: 2021년에 측정된 기온에 가까운 그 어떤 유사한 데이터도 지난 역사상 찾아볼 수 없다”.
Fischer는 이러한 사상초유 수준의 폭염이 사회에 미치는 영향력이 가장 큼을 고려하여 이에 집중할 필요가 있다고 말한다.
“보통 기상 이변이 처음 발생할 때의 영향력이 가장 크다. 만약 동일한 폭염 이상현상이 2년 정도 뒤에 나타나면, 사회는 더욱 잘 준비 및 적응 되어 있다 – 예를 들여, 폭염 주의 시스템이 구축되었을 것이고, 공공 건강계획, 노약자에 대한 대응책 등이 준비되어있을 것이다.”
사상초유의 폭염 들
그들의 분석에서, 저자들은 기상이변 현상을 도달한 폭염 기온과 1961-90년간에 거쳐 나타난 연간 최대 주간 온도와의 차이에 따라 세가지 카테고리로 분류한다. 이 카테고리는 “표준 편차”라는 방식을 사용하여 계산되며, 이는 그리스 소문자, 시그마(σ)로 나타낸다.
저자들은 2σ, 3σ 및 4σ 현상으로 분류한다. 2σ 현상은 다른 이변현상보다 95%더 극단적이다. 비슷하게 3σ는 99.7% 더, 4σ는 99.99%도 극단적인 경우이다.
ETH Zurich의 기후 과학자인 Sonia Seneviratne 교수는(이 연구에 참여하지 않음), Carbon Brief에게 2σ로 분류되는 기상이변 현상들은 “최소 2 표준편차 이상으로 – 보편적인 year-to-year 변동성의 최소 두배 이상으로- 이전 기록을 깨고 있다.”고 말한다. 2003년 유럽의 폭염 및 2010년 러시아 폭염은 둘다 이 그룹으로 분류된다.
저자들은 기후모델 집합이나 “앙상블”을 사용하여 매우 높은 수준의 온난화인 RCP8.5 시나리오 하에서 세계 기온의 변화를 추측했다. 그 후 연구자들은 해당연도 중 가장 더운 주에 대한 메트릭을 사용하여 2051-80년 사이 전세계 어딘가에서 2σ현상이 발생할 확률을 계산한다. 이는 아래의 지도에서 볼 수 있다. 빨간색으로 칠해진 부분은 확률이 가장 높은 지역, 흰색 부분은 확률이 가장 낮은 지역이다.
2051-80년 사이에 2σ 현상이 최소한 한번 이상 나타날 확률. RCP8.5 온난화 경로하에 84개 멤버를 포함한 CESM1.2 모델 앙상블를 사용한 예측 결과. 출처: Fischer et al (2021)
본 연구에는 참여하지 않은, ARC Centre of Excellence for Climate Extremes의 수속 조사관이자 사우스웨일즈 대학 기후변화연구센터의 연구원인 Sarah Perkins-Kirkpatrick박사는 북부중위도 지역이 땅덩어리가 가장 많고 육지가 물보다 빠르게 달아오르기 때문에 기록을 깨는 극심한 이변현상의 리스크에 가장 많이 노출되어 있다고 말한다.
저자들은 지구온난화가 아니라면 기록적 수준의 폭염은 “거의 불가능하다”라고 말하면서, 기후변화는 “오는 몇십년 내 이러한 현상이 나타날 가능성을 증가시킨다”고 첨언했다.
Fischer는 “스테로이드를 사용하는 운동선수”의 비유를 들면서 지구온난화 중 나타나는 폭염현상을 설명한다.
“오늘날 운동선수들의 세계기록은 잘 갱신되지 않는다 – 예를 들어 멀리뛰기나 높이뛰기의 경우 세계 기록은 1980년대 혹은 1990년대 초반의 기록이 여전히 유지되고 있다. 이것은 해당 경기 종목이 매우 오랫동안 존재했고, 더 멀리 뛰거나 더 높이 뛰는 사람이 나타날 가능성이 그만큼 낮기 때문이다. 그리고 만약 기록이 깨진다고 하더라고 보통은 매우 미세한 차이로 기록이 갱신된다. 나는 기후변화 속에서 나타나는 폭염 현상이 스테로이드를 사용하는 운동선수들이 어느날 갑자기 이전의 기록을 계단식으로 갈아치우는 것과 과 비슷하다고 생각한다”
저자들은 기록을 갈아치는 전례없는 기상이변은 “지체 기간” – 수십년동안 최고 온도가 아주 미세하게만 갱신되고 있는 상황 – 후에 갑작스러운 기록적 이변 현상이 나타날때 발생한다고 말한다.
지구온난화의 속도
기록을 갈아치울 정도의 기상이변은 북부중위도에서 더 자주 나타난다, 저자들은 북부중위도의 넓은 육지에서는 적어도 연간 한건의 전례없이 극심한 기상이변 현상이 발생할 확률을 계산했다. 1991-2020년 사이 발생할 확률(진한파랑), 2021-50년 사이 발생할 확률(빨강), 2051-80년 사이에 발생할 확률(하늘색)은 아래와 같다.
북부 중위도 어느 지역에서든지 70,000km2이상의 대륙지역에서 1991-2020년 사이에 연간 최소 1번의 파괴적인 기록갱신 기상이변 현상이 발생할 확률(진한파랑), 2021-50년 사이 발생할 확률(빨강), 2051-80년 사이에 발생할 확률(하늘색). 매우 높은 기온상승 시나리오 RCP8.5는 미래 기후 예측에 활용된다. 데이터: Fischer et al (2021), 차트는 Highcharts를 활용하여 Carbon Brief에 의해 제공됨
연구저자들은 고탄소배출 시나리오하에, 일주일간 지속되는 폭염이 지난 30년에 비해 기록을 3혹은 그 이상의 편차로 갱신할 확률이 2021~50년 사이에 2~7배 더 높고, 2051-80년 사이에는 3~21배 더 높다는 결과를 도출했다. 2051-80년안에 이러한 현상이 북부중위도 어딘가에 매 6~37년 마다 나타날 것이라고 예측되고 있다.
연구는 또한, 기록갱신 기상이변으로 인해 2051-80년 사이 기대되는 변화를 3개의 온난화 및 사회경제적 경로 하에 각각 테스트했다- 낮은 수준의 온난화, 높은 수준의 온난화 경로를 갖는 높은 평준화 “SSP1-2.6”, 높은 비평준화 “SSP5-8.5” 경로.
연구팀은 5번째, 6번째 Coupled Model Intercomparison Projects (CMIPs)에서 16개의 모델을 활용하여 시뮬레이션을 돌렸다. 각각의 탄소배출 시나리오 및 CMIP 모델 하에 연간 최소한 한개의 파괴적인 기록 갱신 기상이변 사건이 북부중위 대륙지역에서 발생할 확률은 아래에서 확인할 수 있다.
평균적으로 북부중위도는 SSP5-8.5 시나리오하에서 3σ현상을 경험할 확률이 SSP1-2.6시나리오에서의 확률보다 4배 더 높다는 결과가 나왔다. 연구진은 또한, 기록갱신적인 기상이변 현상의 발생 가능성은 “지구 온난화 수준보다는 온난화 속도에 따라 결정된다”고 말한다.
시기적절한 연구
옥스포드 대학의 환경변화연구소(Environmental Change Institute)의 부국장 이자 2021년 ‘태평양 북서 폭염의 원인’ 연구의 공동저자인 Friederike Otto박사는(동 연구에는 참여하지 않았음) – Carbon Brief와의 인터뷰에서 이 연구는 “매우 중요한 연구”이며, “매우 시기적절하다”라고 말한다:
“미국과 캐나다에서 발생한 태평양 북서부의 기록갱신적 폭염 이후, 많은 사람들이 우리의 기후 모델은 그러한 현상을 시뮬레이션 할 수 없다고 말했다. 하지만 이 페이퍼는 그것이 가능함을 보여주고 있다. 우리는 단지 여태 그 질문을 이러한 방식으로 던져본 적이 없을 뿐이다.”
“이 페이퍼는 우리가 World Weather Attribution과 진행했던 rapid attribution study를 진일보하게 확증하기도 하며, 강력한 지구 온난화 추세하에, 그러한 현상이 어떠한 비선형 피드백 없이도 발생할 수 있고, 일반적인 폭염 촉진요인들만으로도 충분히 발생할 수 있음을 입증했다”
Perkins-Kirkpatrick는 미국의 기록갱신적 폭염에 충격 받았다고 말한다:
“아주 솔직하게 말하자면, 저는 캐나다의 온도를 보고 충격을 받았습니다. 폭염이 더 심해지고 더 뜨거워 진다는 것을 알고는 있었지만 그렇게 빨리 그런 현상이 발생할 것이라고는 생각하지 않았습니다.. 우리는 진지하게 이러한 전례없이 기록을 갱신하는 기상이변 현상들에 대한 대응을 시작해야합니다”
또한 그녀는 해당 연구는 방법이 “상대적으로 단순”하나 “매우 효과적”이기 때문에 아주 “흥미로운”연구라고 첨언했다. 그녀는 이 연구가 다중모델 앙상블을 사용했기 때문에 “매우 로버스트(robust)한 결과”를 도출했다고 말했다.
“제가 발견한 것은 이 연구에서 한개의 기후 모델에 의존한 것이 아니라 매우 여러 가지의 다른 모델들의 총체(ensemble)를 아주 훌륭하게 활용한 것 입니다. 결과는 어떤 앙상블을 사용하던, 혹은 해당 모델을 어떤 방법으로 쪼개서 보든, 매우 일관적이구요, 연구가 얼마나 적절한 가를 스스로 입증해 주고 있습니다.”
Comou는 이 연구에 대해 “현재 문헌에 매우 유용한 기여를 했다”고 평가한다. 해당 연구에는 참여하지 않았지만 멜버른 대학의 기상이변연구원 Andrew King박사는 Carbon Brief와의 인터뷰에서 이 연구가 현재 기상상황에서 기록갱신적인 기상이변 현상이 발생할 잠재력이 아주 많음을 보여주는 연구라고 말하며 “그러한 현상의 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 복원력있는 시스템을 개발하는 것이 필요하다”고 첨언했다.
Fischer E. M. et al (2021) Increasing probability of record-shattering climate extremes, Nature Climate Change, doi: 10.1038/s41558-021-01092-9
