지구촌 ‘극단 폭우’ 패턴 발견했다

극심한 강우, 제트기류와 연관

2019.02.01 12:04 김병희 객원기자

최근 들어 갑작스런 폭우나 한파 등 극단적인 기상현상이 지구촌을 휩쓸고 있다.

많은 전문가들은 이를 인위적인 지구온난화에 의해 흔들리는, 균형 유지를 위한 보상적 자연현상으로 보고 있다.

과학자들이 이 극한적 기상현상 가운데 극단적인 강수 현상(extreme rainfall events)의 글로벌 연결 패턴을 발견했다.

한 도시나 지역에서 엄청나게 많은 비가 내리는 현상은 수천㎞ 떨어진 곳에서 일어나는 폭우 현상과 연결된다는 것이다.

국제협동연구팀은 이 같은 사실을 발견해 과학저널 ‘네이처’(Nature) 1월 30일자(제목: Complex networks reveal global pattern of extreme-rainfall teleconnections)에 발표했다.

이번 발견은 극단적인 강우현상이 계속 증가하고 있는 가운데, 일기예보의 정확도를 향상시키는 한편 재해를 최소화하고 인명 피해를 줄이는 데도 기여할 것으로 보인다.

북인도(빨간색 다이아먼드)에서 발생한 극한 강우사건에서 빨간 선은 지역 날씨 패턴을 나타내고 파란 선은 파란 형태로 표현된 극한 강우 사건들과 연계된 글로벌 패턴을 보여준다.  CREDIT: Boers et al. 2019

북인도(빨간색 다이아먼드)에서 발생한 극한 강우사건에서 빨간 선은 지역 날씨 패턴을 나타내고 파란 선은 파란 형태로 표현된 극한 강우 사건들과 연계된 글로벌 패턴을 보여준다 @  Boers et al. 2019

위성 데이터와 시스템 과학 연결

연구팀은 위성 데이터를 이번 연구분석에 활용했다. 이를 위해 복잡한 시스템과학에 기반한 새로운 방법을 개발했다.

분석에서 나타난 극심한 강우 패턴은 제트기류로 알려진 거대한 공기흐름과 관련이 있는 것으로 나타났다. 지구 대기권 높은 곳에 있는 제트기류는 적도와 북극 사이에서 거대한 파도를 형성한다.

이런 극심한 폭우 현상은 해마다 지구 곳곳을 황폐하게 만든다. 비근한 예로 최근 몇 년 동안 극단적인 강우로 인해 인도와 파키스탄 등에서는 특히 심한 홍수와 산사태가 발생했다.

논문 제1저자인 니클라스 보어스(Niklas Boers) 박사는 “우리는 극심한 강우를 일으키는 글로벌 원격상관(teleconnection) 패턴을 발견하고, 그 주요 요인으로 생각되는 특정 대기 파동의 유형을 식별해 냈다”고 밝혔다.

보어스 박사는 “대기 역학에 대한 통찰력과 극심한 강우 현상과의 관계를 알면 이를 미리 예측하는데 도움을 받을 수 있다”고 덧붙였다.

기상현상은 수많은 변수가 작용해 예측이 쉽지 않다. 이번 연구는 위성데이터를 복잡성 과학으로 분석해 글로벌 패턴을 발견했다. 미국 해양대기국(NOAA)에서 운영하는 기상위성 작동 수명 도표. CREDIT: Boers et al. 2019

기상현상은 수많은 변수가 작용해 예측이 쉽지 않다. 이번 연구는 위성데이터를 복잡성 과학으로 분석해 글로벌 패턴을 발견했다. 미국 해양대기국(NOAA)에서 운영하는 기상위성 작동 수명 도표. @ Boers et al. 2019

아시아 몬순과 유럽 강우 사건과의 연관성

논문 공저자인 브라이언 호스킨스(Brian Hoskins) 임페리얼 컬리지 그랜덤 연구소 소장은 “새로운 기술을 적용해 위성데이터를 분석한 결과 세계 여러 지역의 극단적인 강우 사건들 사이에 매우 놀라운 상관관계가 있음을 알 수 있었다”고 말했다.

예를 들면 남아시아 여름 몬순 시기의 극단적인 강우 사건은 평균적으로 동아시아와 아프리카, 유럽과 북미 지역에서의 사건들과 관련이 있다는 것이다.

비록 유럽에 내린 비가 파키스탄과 인도에 비를 내리게 하지는 않지만, 이들은 같은 대기 파동 패턴에 속하며, 유럽에서 먼저 강우를 촉발했다는 것.

호스킨스 박사는 “이 같은 패턴은 날씨와 기후모델에 대한 하나의 강력한 테스트를 제공함으로써 더 정확한 예측 가능성을 열어준다”고 설명했다.

보어스 박사는 “이번 발견은 다른 몬순 시스템과 그 안에서 일어나는 극한 사건들 사이의 관계를 이해하는데 도움을 줄 수 있다”고 말했다.

그는 “이번 연구 결과가 장기적으로 파키스탄 북동부와 북부 인도, 네팔에서 발생한 극심한 강우와 관련된 홍수 및 산사태를 예측하는데 도움이 되기를 바란다”며, “최근 몇 년 사이에 그런 위험이 있었고, 2010년에는 파키스탄 홍수 같은 대규모 재해를 일으켰다”고 설명했다.

과학자들은 최근 연구에서 한 도시나 지역의 극단 강우현상이 수천㎞ 떨어진 곳에서 일어나는 폭우 현상과 연결된다는 글로벌 연결 패턴을 발견했다. 사진(왼쪽)은 2005년 8월 29일 허리케인 카트리나가 통과한 직후 물바다가 된 미국 뉴올리언즈 시가지 모습. 오른쪽은 2015년 12월 인도 첸나이 지역 홍수 모습을 인도 공군 헬리콥터에서 찍은 사진. CREDIT: Wikimedia Commons / AP Photo/U.S. Coast Guard, Petty Officer 2nd Class Kyle Niemi / Indian Air Force

과학자들은 최근 연구에서 한 도시나 지역의 극단 강우현상이 수천㎞ 떨어진 곳에서 일어나는 폭우 현상과 연결된다는 글로벌 연결 패턴을 발견했다. 사진(왼쪽)은 2005년 8월 29일 허리케인 카트리나가 통과한 직후 물바다가 된 미국 뉴올리언즈 시가지 모습. 오른쪽은 2015년 12월 인도 첸나이 지역 홍수 모습을 인도 공군 헬리콥터에서 찍은 사진. @ Wikimedia Commons / AP Photo/U.S. Coast Guard, Petty Officer 2nd Class Kyle Niemi / Indian Air Force

연구팀은 이 연구가 추가적으로 기후변화 연구를 위한 ‘기준선’을 제공할 것으로 보고 있다. 즉, 대기가 극심한 강우 사건의 패턴을 만들기 위해 어떻게 행동하는지를 알면, 지구온난화에 따른 변화에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있다는 것이다.

고등수학과 학제간 연구로 커다란 실용적 결과 산출

연구팀은 지구를 격자로 분해함으로써 극단적 강우 현상이 동시에 일어나지 않았더라도 사건이 발생한 곳들을 알고 통계적으로 그 지역들의 상관관계를 확인할 수 있다고 설명했다. 이를 통해 지금까지 보이지 않았던 패턴을 감지할 수 있게 된 것이다.

논문 공저자인 포츠담 기후변화 연구소의 위르겐 쿠르츠(Jürgen Kurths) 박사는 “복잡한 네트워크 이론과 대기과학을 결합한 이 같은 선도적인 학제간 연구가 극심한 강우 현상 연구에 획기적인 통찰력을 제공했다”고 전했다.

쿠르츠 박사는 “복잡성 과학(complexity science)은 전염성의 확산이나 사회적 네트워크에서의 여론 형성뿐만 아니라 대기에 대한 이해를 향상시키는데도 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 따라서 “우리의 고등(high-end) 수학적 방법은 실제로 기후변화나 우리 시대의 다른 대규모 도전들에 직면해 지구촌 사람들의 안전을 지키는데 도움을 줄 수 있는 커다란 실용적 관련성을 만들어 낼 수 있을 것으로 예상하고 있다”고 강조했다.

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