온실가스 배출이 지속적으로 증가하면 21세기 말에는 전 지구 평균 온도가 약 4℃ 증가하고, 일부 지역에서는 현재 기후에서는 발생하지 않는 일 강수량 800mm 이상의 극한 현상까지도 발생할 수 있다는 예측이 나왔다.

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 악셀 팀머만 기후물리 연구단장(부산대 석학교수) 연구팀은 미국 국립대기연구센터(NCAR)의 복합지구시스템모델(CESM) 그룹과 함께 인간의 활동이 대기·해양·육지·빙권 등 생태계 전반에 걸쳐 변화를 가져올 것이라는 강력한 증거를 제시했다. 15개월에 걸친 전례 없는 규모의 지구시스템모델 대규모 앙상블 시뮬레이션¹⁾ 프로젝트를 수행한 결과다.

공동 연구진은 최신 지구 시스템 모델을 이용하여 1850~2100년 기간의 평균 기후뿐만 아니라 수일 주기의 날씨에서 수 년 주기의 엘니뇨, 수십 년 주기를 가진 다양한 기후 전반의 변동성을 약 100km 공간 해상도로 시뮬레이션했다. 100km의 공간 해상도로 시뮬레이션 했다는 것은 지구를 100km 격자로 나누어 각 격자에서의 기온, 바람 등을 포함한 다양한 기후 관련 변수를 계산하는 것을 의미한다.

특히, 연구진은 해양 상태‧대기 온도 등 초기 조건을 조금씩 바꿔가며 시뮬레이션을 100번 반복하여 수행했다. 지구에서 나타날 가능성이 있는 기후를 100개로 계산해 본 것이라 할 수 있다. 덕분에 나비효과(초기 상태의 미세한 변화가 향후 예상 밖의 큰 변화를 유발)로 인한 기후 시스템의 광범위한 변화까지 면밀히 분석할 수 있었다. 이번 연구에서 출력되는 결과를 저장하기 위해 약 5페타바이트(PB·1PB는 1024TB)의 디스크 공간이 필요했다.

연구결과, 온실가스의 지속적인 배출은 평균적인 기후의 변화뿐만 아니라 생태계의 거의 모든 측면에서 현저한 변화를 일으키는 것으로 확인됐다. 가령, 21세기 말에는 전 지구 평균 온도가 2000년 대비 약 4℃가 증가하고 강수량의 경우 약 6% 증가할 것으로 나타났다.

극한 기후 현상의 변화는 평균치 변화보다도 훨씬 크게 나타날 수 있다. 열대 태평양 지역에서 일강수량 100mm 이상의 극한 강수 발생 빈도는 현재 대비 21세기 말에는 10배 정도 증가하며, 현재 기후에서는 일어나지 않는 일강수량 800mm 이상의 극한 현상까지도 발생할 수 있다고 예측된다.

또한, 현재 기후에서 평균 반복 주기가 3.5년이던 엘니뇨현상은 21세기 말에는 2.5년으로 짧아질 것이라 예측되며 이러한 변화에 따라 전 지구적 기온과 강수의 연간 변동성에도 변화가 찾아 올 것이라는 보인다. 캘리포니아 산불의 발생 빈도 또한 증가하며 해양 생태계에서는 북대서양 플랑크톤 번식량이 현저히 감소할 것이라고 나타났다.

한편, 지속적인 온난화와 이에 따른 겨울철 적설 분포의 변화가 가져오는 계절 변화로 인해 북반구 고위도 지역의 식생 성장 기간이 21세기 말에는 현재보다 약 3주가량 증가할 것이라는 분석 결과도 내놨다.

이번 연구의 제1저자이자 대규모 앙상블 프로젝트의 공동대표인 키스 로저스(Keith Rodgers) IBS 기후물리 연구단 연구위원은 “온실가스 배출로 인해 호우·혹서 등과 같은 극한 기후의 강도와 빈도가 변화하는 것은 물론, 계절 주기까지도 영향을 받는 것으로 확인됐다.”고 설명했다.

공동 연구책임자인 고칸 다나바소글루(Gokhan Danabasoglu) 미국 국립대기연구센터 지구시스템 모델링 그룹리더는 “기후 변동성의 광범위한 변화가 미칠 수 있는 사회적 영향을 파악하고, 이에 대한 미래 대응 전략 마련의 중요성을 강조하고자 이번 연구를 기획했다”며 “이번 연구에서 도출된 대용량의 컴퓨터 시뮬레이션 자료를 기반으로 보다 전문화된 주제에 대한 다양한 후속연구가 진행되고 있다”고 말했다.

연구결과는 12월 9일 오후 4시 국제학술지 ‘지구 시스템 역학(Earth System Dynamics)’에 실렸다.

그림설명

▲ [그림 1] 지구 온난화로 인한 극한 강수 발생 변화
극한 강수 발생의 정의 방법은 다음과 같다. 현재 기간(2000-2009년)의 극한 강수는 각 지역에서 10년 및 100개의 앙상블 시뮬레이션의 일평균 최대 강수 값 중 최상위 100번째 강수 값으로 정의 되었다. 또, 현재 기간의 극한 강수 값과 비교하여 2090-2099년의 강수량이 해당 극한 강수량보다 초과한 일수를 계산하였다. 1이면 극한 강수일의 변화가 미래에는 없다는 의미이고, 6이면 해당 지역의 극한 강수일이 현재에 비해 미래에 5일 더 증가한다는 의미이다. 육지지역의 극한강수일 변화를 강조하기 위해 11일 이상의 미래 강수일 변화는 동일한 색상으로 표시하였다.

1) 대규모 앙상블 시뮬레이션 : 컴퓨팅 시간 및 자원 등의 한계로 인해, 일반적으로 장기 기후 변화 시뮬레이션을 많은 횟수로 반복 수행하기 힘들다. 하지만 초기 조건을 다르게 가정하여 동일한 기후 변화 시뮬레이션을 많은 횟수로 반복하는 대규모 앙상블 시뮬레이션은 지구 시스템의 자연 변동성 및 인간 활동에 의한 기후 변화를 유의하게 구분할 수 있으며, 기후 변화 전망에 대한 신뢰도를 높일 수 있다.