기후변화는 어떻게 일어나는걸까요
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
기후변화란?
<한국민족문화대백과사전>은 기후변화를 ‘일정한 지역에서 장기간에 걸쳐서 진행되고 있는 기후의 변화’라고 정의한다. 그렇다면 기후란 무엇인가? 특정 지역에서 평균적으로 나타나는 일기의 특성을 기후라고 한다.
날씨 방송을 보면 ‘평년기온’이라는 말이 빠지지 않고 나온다. 세계기상기구에서 평년기온은 30년 통계치를 말하며 바로 기후값이 된다. 그래서 올 겨울에 혹한이 올 것이라는 예보가 있다면 바로 기후를 기준으로 한 것이 된다.
그러나 기후는 고정된 값이 아니라 지속적으로 변하고 있다. 약 10년 정도에 걸쳐 나타나는 평균적인 변화를 ‘기후변화’라고 부른다(살아있는 과학 교과서). 기후변화는 기후 시스템, 즉 대기권, 수권, 설빙권, 암석권, 생물권의 변화로 볼 수 있다. 만일 이 중에서 하나라도 변화가 일어나면 기후변화의 원인으로 작용하게 된다.
기후변화는 지속적인 가뭄이나 폭염, 혹한을 몰고 와 우리의 삶에 영향을 준다. 그 변화의 폭이 작더라도 장기간 축적되면 커다란 영향을 줄 수 있다. 과거에는 기후변화의 스케일이 인간의 일생에 비해 길었다.
캐나다 북부 누나부트(Nunavut)의 해빙. 온난화가 진행되고 있음을 보여준다. <출처: (cc) Doc Searls at Wikimedia.org>
예를 들어 브뤼크너(E. Brückner)의 35년 강수량 주기는 우리가 일생 동안 약 2회만 경험할 수 있다. 60년이나 80년 주기의 경우는 일생에 한 번 경험할 정도다. 더욱 긴 주기의 변화는 일생을 통한 체험이 불가능하다. 그러다 보니 기후변화가 크지 않았던 과거에는 이 문제에 대한 관심이 적을 수밖에 없었다.
그러나 과거의 50년 변화가 이제는 10년 이내에 나타나고 있다. 변화의 폭이 너무 커서 기후변화의 영향을 사람들이 직접적으로 체험할 수 있을 정도가 되었다. 여기에는 이상기상(異狀氣象)의 빈발도 한몫을 했다. 보통 이상기상이란 30년에 1회 이하로 일어나는 드문 현상이다. 그러나 최근에는 50년이나 100년 만에 보이곤 했던 특이한 현상이 자주 나타나고 있다. 최근 들어 기후변화가 주목받는 이유다.
기후변화의 제 정의
요즘 언론에서는 기후변화에 관한 기사가 많이 올라오고 있다. 그러나 기자들이 기후변화의 용어에 대한 이해가 부족해 애매한 표현을 사용하는 경우가 있다. 기후가 변하는 현상에 관한 용어로는 ‘변화’ 또는 ‘변동’, ‘진동’ 등이 사용된다. 세계기상기구(WMO)는 이러한 혼란을 막기 위해 기후변화에 대한 개념을 정의하고 있다.
아래 그림에 나온 것처럼 기후변화(climate change)는 크게 세 가지로 구분한다. 장기경향(trend), 변동성(variation), 불연속 변화(discontinuity) 등이다. 변동성은 다시 진동(oscillation)과 흔들림(vacillation)으로 나뉜다. 진동과 흔들림을 종합한 형태의 반복(rhythm), 그리고 규칙적인 주기성(periodicity)이 있다.
기후변화의 정의 <출처: 세계기상기구>
먼저 기후변화는 가장 넓은 의미의 변화를 뜻한다. 하위의 모든 변화를 포함하는 가장 일반적이고 광범위한 변화다. 장기경향은 기록이 있는 기간에서 한 방향으로 증가 또는 감소해 나가는 것과 같은 변화를 말한다. 따라서 주어진 기간의 처음 또는 끝에 유일한 극대 또는 극소가 나타난다.
예를 들어보자. 일정 기간에 기온이 상승을 계속한다면 그 끝에 가장 고온이 되는 극대가 나타난다. 반대로 기온이 계속 하강할 때는 그 끝에서 극소가 나타난다. 지구온난화가 대표적인 장기경향에 속한다.
두 번째로 변동성은 계속적으로 규칙적이거나 불규칙적인 기후의 비정상성을 말한다. 주어진 기간에 적어도 두 극대(또는 극소)와 한 극소(또는 극대)를 포함한다. 변동성의 대표적인 기상현상이 엘니뇨다. 세 번째로 불연속 변화는 기록의 기간에 있어서 평균치가 돌연 다른 평균치로 변한 채 지속되는 변화를 말한다.
이들의 하위에 있는 진동은 기후변동 속에서 계속해서, 극대 또는 극소 사이를 서서히 변화하는 방향으로 진행하는 변동이다. 흔들림은 기후변동에 있어 진동보다 급격하고 복잡한 변동이다. 두 개 이상의 평균치군 사이를 교대로 이동하는 것과 같은 변동이다. 하나의 평균치에서 다음으로 옮겨가는 간격이 규칙적인 것도 있고 불규칙적인 것도 있다.
진동과 흔들림의 하위에 있는 반복은 대체로 같은 간격을 갖는 극대나 극소의 흔들림, 혹은 진동을 말한다. 또 다른 용어인 주기성은 기후 기록이 어떤 기간에 있어서 다음으로 계속되는 극대 또는 극소의 간격이 일정하다. 혹은 거의 일정한 리듬을 가지기도 한다.
미국 대서양 해안에 있는 애서티그 섬의 해수면 상승.
그런데 앞의 정의에서 가장 중요한 것은 시간 스케일이다. 시간의 길이에 따라 장기경향이 주기적 변동의 일부가 되기도 한다. 따라서 정의를 내릴 때는 반드시 기간을 명확히 해야 한다. 그리고 분류된 각 변화는 단독으로 나타나기보다 복합적으로 나타난다.
기후변화의 연구
기후변화를 연구하는 경우 긴 시간의 스케일에서는 작은 변동을 생략하는 경우가 많다. 예를 들면 10년을 평균으로 해서 기간을 차차 밀어가는 이동 평균법이 있다. 이런 경우 10년 이하의 소규모 현상은 생략된다. 짧은 기간 동안의 불연속적인 변화는 잘 나타나지 않는 것이다. 그러나 매해의 기후를 평균 내지 않고 그대로 조사해 보면, 기후의 진동이나 흔들림이 나타난다.
그런데 최근 들어 이런 불연속이 심해지고 있다. 이것은 이상기후의 빈도나 강도가 커졌음을 의미한다. 그렇다면 왜 최근 들어 기후변동이 심해졌을까? 어떤 경향으로 변화하고 있는 걸까? 이 변화가 인류의 생활에 어떤 영향을 미칠까? 그 영향에 대해 어떻게 대처해야 할까? 바로 이런 문제에 대한 해답을 알아내는 것이 기후변화 연구의 목적이다.
예전의 기후변화는 자연적인 원인이 컸다. 그러나 산업혁명 이후에는 이런 변화가 인간에 의해 나타나고 있다고 기후학자들은 보고 있다. 도시화, 산업화, 삼림 파괴 등 지구 환경의 파괴와 오염이 기후에 많은 영향을 준다는 것이다.
도시화와 산업화 등 지구 환경의 파괴와 오염이 기후에 많은 영향을 준다.
기후변화의 스케일
기후의 변화는 시간적, 공간적 스케일에 따라 특성이 달라진다. 먼저 대기현상의 시공간 스케일을 살펴보자. 대기현상은 크게 4개의 기후 스케일로 나뉘어진다. 대기 중의 역학적 불안정도(不安定度)의 물리적 특성이 다르기 때문이다. 또 외부에서의 강제력의 규모가 다른 것도 한 원인이다.
아주 작은 대기현상인 난류의 수평적 스케일은 10m 정도이다. 계속시간은 수초 이내이며 특성을 볼 수 있는 특성적 시간은 10~15초이다. 이보다 큰 대류 활동(적운)은 수평적 스케일이 0.5~2km이고, 계속시간은 20분~1시간, 특성적 시간은 40분 정도이다.
더욱 큰 현상인 고기압과 저기압에서는 수평적 스케일이 500~3000km, 특징적인 길이가 1500km, 계속시간은 1~3일이다. 가장 큰 현상인 초장파에서는 수평적 스케일이 3,000~10,000km이고 특징적인 길이는 6,000km, 계속시간은 2~8일이고 특성적 시간은 5일 정도이다.
일반적으로 앞에서 설명한 난류현상을 미(micro scale)기후라 한다. 대류 현상은 소(meso scale)기후, 고·저기압 현상은 중(synoptic scale)기후, 초장파나 제트스트림 등의 현상은 대(global scale)기후라 부른다. 요시노는 기후 스케일을 다음 표와 같이 분류했다.
기후 스케일에 대응하는 기상현상 <출처: 기후학, Yoshino>
기후변화는 공간적 스케일의 규모에 따라 양상이 다르게 나타난다. 변화가 전 지구적 규모로 나타날 수도, 국지적으로 나타날 수도 있다. 예를 들어 한 지역은 사막화가 되는 반면 다른 지역은 습윤지역으로 바뀐다. 어떤 지역은 기온이 높아지는데 다른 지역은 기온이 낮아진다.
그러나 지역에 따른 변화를 전 지구적인 스케일로 살펴보면 평균적으로는 모종의 변화를 지속해 가는 경우가 많다. 과거의 기후변화의 예에서도 이런 사실을 알 수 있다. 전 지구적인 빙하기가 있었을 때, 유럽이나 북아메리카 북부에서는 빙하가 발달하고 넓은 면적이 얼음으로 덮여 있었다. 그렇다면 지구 전체가 다 얼음으로 덮여 있었을까? 그렇지는 않았다. 아시아에서는 빙하가 거의 없었고 어느 지역에서는 온화한 기후를 보이기도 했다.
극지방의 빙상. 빙하기에는 이 빙상이 확장된다. <출처: (cc) Stephen Hudson at Wikimedia.org>
그러나 기후변화는 아무래도 공간적인 것보다 시간적인 스케일이 더 중요하다. 기후는 여러 시간적 스케일로 변화해 왔기 때문이다. 시간적 스케일은 해마다 변화가 있다. 또 빙하기에서 간빙기로의 10만 년 정도의 변화도 있다. 빙하기와 다음 빙하기까지의 1억 년이란 긴 시간의 스케일도 있다. 이런 시간의 길이에 따라 변화의 경향이 주기성의 일부가 되기도 하고 변동이 되기도 한다. 그래서 기후변화에는 반드시 기간이 명시되어야 하는 것이다.
세계기상기구의 기술 지침에서는 시간 스케일을 선캄브리아대, 고생대, 중생대, 신생대(제3기, 제4기)로 나누고 제4기 홍적세의 빙하기를 명시하고 있다. 그리고 후빙기는 지질시대적으로는 홀로세 또는 충적세이며, 다시 역사시대, 근세 등으로 나뉜다. 근세는 관측시대로 현대이기도 하다. 여기에 10여 년 내의 기후변화 정도인 빠른 변화의 시기를 구별하고 있다. 이러한 구분은 앞에 정의한 기후의 변화, 변동, 경향, 불연속, 진동, 흔들림, 반복, 주기성 등을 고려한 것이다.
한편 기후변화의 스케일을 크게 다음과 같이 5분하기도 한다.
지질학적 스케일은 제3기, 중생대, 고생대, 선캄브리아대로 구분되며 이들 스케일에 따라 다양한 기후변화가 나타난다. 많은 기후현상들이 다양한 시간 스케일을 갖는다. 예를 들어 조산 운동은 10만 년에서 수억 년 정도의 시간 스케일로 변화한다. 태양 활동이나 화산 활동은 1억 년에서 1년 이상에 이른다. 지구 공전축이나 자전축의 변화는 1만 년 이상의 주기를 가진다.
외적 요인이 아닌 내적 요인을 가지고 일어나는 기후변화 중 대기만의 변화는 20~30년 이하의 짧은 시간 스케일에서 일어난다. 그러나 대기·해양계에서는 2000년 또는 그 이하의 스케일이 주어진다. 만약 여기에 설빙이 더해지면 30만 년 이하가 된다. 생물권, 지표면까지 가해지면 기후 시스템의 변화는 10억 년 이하의 긴 시간 스케일을 가진다. 인간 활동에 의한 대기 오염, 대규모의 지표 개조 등의 영향은 100년 정도의 스케일로 본다.
[네이버 지식백과] 기후변화 - 피부로 와 닿기 시작한 변수 (지구과학산책, 반기성)
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