대형 화재가 세계 기후에 미치는 영향

호주의 대형 화재로 삼중 라니냐 발생, 또 다른 엘리뇨 임박
화재 에어로졸의 냉각 효과는 태평양에서 비정상적인 기후 이상 유발

2019/2020년 호주의 극심한 화재는 국지적인 영향을 미쳤을 뿐만 아니라 수천 킬로미터 떨어진 곳에서 드문 기후 이상 현상을 일으킨 것으로 분석 결과 밝혀졌다. 화재로 인한 배출물이 열대 태평양에서 비정상적으로 오래 지속되는 라니냐 단계를 촉발시켰기 때문이다. 그 결과 이 ​​엘니뇨의 "차가운 자매"가 3년 동안 지속되었는데, 이는 극히 드문 일이다. 결과 중 하나는 호주와 동남아시아 일부 지역에 극심한 폭우였다. 

▲ 2020년 현재 열대 태평양은 3년 연속 라니냐 조건을 경험했는데 이는 매우 이례적인 일이다. 이것은 호주 메가 화재로 인해 발생했을 수 있다. © NOAA/Climate.gov

라니냐 기후 현상은 열대 태평양의 주기적인 기후 변화의 일부다. 이 엘니뇨-남방진동(ENSO)의 일부로 몇 년마다 무역풍의 변화가 있는데, 엘니뇨가 일어나는 동안 남미 서해안 바다의 온난화와 대규모 기후 변화로 이어진다. 반면에 라니냐가 발생하면 강한 무역풍이 태평양 표층수를 아시아 쪽으로 몰고 간다. 그 결과 동태평양은 차가워지고 동남아시아의 바다는 따뜻해지고 있다. 일반적으로 ENSO 기후 추(錐)의 이 두 극단은 1년에서 1년 반 동안만 지속된다. 그 사이에는 중립 조건이 지배하고 있다.

여러 이례적인 라니냐, 대형 화재 의심

이 정상적인 ENSO 리듬은 최근 몇 년 동안 깨졌다. 중립적인 조건이 실제로 예측되었지만 2020년 가을에 강력한 라니냐가 발생했다. "이 사건은 여러 면에서 특별했다"고 콜로라도 국립대기연구센터의 존 파술로(John Fasullo)와 그의 동료들이 보고했다.

▲ 제어 조건(회색)과 호주 화재의 에어로졸 하에서 적도 태평양의 해수 온도. © Fasullo et al./Science Advances, CC-by-nc 4.0

우선 라니냐는 일반적으로 강한 엘니뇨 직후에 발생하지만 2020년에는 그렇지 않았다. 결과적으로 실제로 방아쇠였던 대기 변화가 빠진 것이다. 그러나 더 이상하게도 엘니뇨의 "차가운 자매"는 더 양보하지 않았다. 2022/2023년 겨울까지 3년 동안 태평양 지역 전체의 기후를 형성했다. 파술로(Fasullo)와 그의 팀이 설명하듯이 이러한 삼중 라니냐는 체계적인 기록이 시작된 이후 세 번만 발생했으며 이전에 강력한 엘니뇨가 없었던 적이 없다. 

 

하지만 왜? 이 기후 이상 현상의 원인을 찾기 위해 연구원들은 호주의 열대 태평양에서 수천 킬로미터 떨어진 곳에서 발생한 사건에 관심을 돌렸다. 수십억 마리의 동물을 죽이고 막대한 양의 연기, 그을음 및 CO2를 대기 중으로 방출했다. “주로 코로나 팬데믹이 얼마 지나지 않아 발생했기 때문에 많은 사람이 호주 산불을 잊은 지 오래됐다. 

▲ 측정 데이터 및 모델을 기반으로 2023년 엘니뇨 예측. © NOAA Climate.gov / Emily Becker

그러나 지구 시스템은 긴 기억을 가지고 있으며 화재의 영향은 수년 동안 지속되었다”고 Fasullo는 말했다. 육지에 미치는 영향과 막대한 온실가스 배출 외에도 바다로 가라앉는 부유 물질은 남극해에서 전례 없는 조류 번성을 촉발했다. 대형 화재로 인한 연기도 ENSO 주기를 변경했을 수 있을까? 기후 연구는 이미 대규모 화산 폭발로 인한 연기와 가스 구름이 이 기후 현상에 영향을 미친다는 것을 보여주었다. "반응은 대규모 폭발 후 1년 동안 라니냐 조건이 발생하는 것이 특징이다"고 연구원들은 설명했다. 

 

또한 적도의 강우대를 담당하는 대기 순환인 ITCZ(Intertropical Convergence Zone)에서 북쪽으로의 이동이 있다. 호주 산불이 이 효과를 촉발했는지 알아보기 위해 과학자들은 기후 모델에서 일어난 일을 재구성했다. 이것은 에어로졸, 구름 및 기후 간의 상호 작용을 매핑하므로 냉각 부유 물질의 배출이 온도와 기류에 영향을 미치는 정도를 보여줄 수도 있다. 파술로와 그의 팀은 지난 4년 동안 2개의 시뮬레이션을 실행했다. 

▲ 2019년 12월 호주 산불로 인한 에어로졸 기둥이 멀리 남아메리카까지 퍼졌다. © Fasullo et al./Science Advances, CC-by-nc 4.0

연기가 ENSO(엘리뇨-남방진동)에 미치는 영향

제어 시뮬레이션에서는 라니냐가 발생하지 않았지만, 호주의 거대 화재 시뮬레이션에서는 배출이 기후 반응의 전체 사슬을 촉발했다. 첫째, 한 달 안에 연기에서 나오는 입자상 물질이 대부분의 남태평양과 남극해에 퍼졌다. 그 결과 남위 30도에서 60도 사이에서 기후에 영향을 미치는 에어로졸의 밀도가 4배로 증가했다고 기후 연구자들이 보고했다. 대기 높이 떠 있는 연기 에어로졸은 들어오는 햇빛의 일부를 반사하는 밝은 베일을 형성했다. 그 결과, 제곱미터당 평균 약 3와트(Watt)의 적은 에너지와 열이 남태평양과 남미 서해안의 낮은 대기층에 도달했다. 그 결과 그곳은 더 시원해지고 건조해졌으며 해수면도 식었다. 동시에 주변 지역의 기류도 변했다. "2020년 5월까지 화재에 대한 반응으로 내열대 수렴대가 북쪽으로 이동했다"고 과학자들은 보고했다. "이로 인해 북위 10도에서 비정상적으로 많은 양의 강수량이 발생했고 적도 태평양에서는 약간의 비가 내렸다." 비슷한 시기에 해당 해역의 수온이 급격히 떨어졌다. 이러한 이상 현상이 함께 라니냐를 촉발하고 비정상적으로 오래 지속되게 했다.

또 다른 엘니뇨 임박, 새로운 따뜻한 단계의 징후

엘니뇨 기후 현상은 열대 태평양의 기온에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전 세계적인 영향을 미친다. 몇 년마다 반복되는 기후 이상 현상이 대규모 기류를 변화시켜 호주와 남아시아에서 극심한 가뭄의 위험을 증가시키기 때문이다. 

 

반면 북미와 남미는 폭우, 침식 증가, 열대성 폭풍우의 강세를 예상해야 한다. 바다와 세계 전체의 온도도 엘니뇨 기간 평소보다 더 높다. 2016년 마지막 강력한 엘니뇨가 올해를 세계 기후 기록의 이전 최고로 만들었다. 

▲ 적도 태평양에서 반응의 진화. (A) 2020년 5월 강수량의 반응. SESP 지역에서 적도 태평양으로의 이류를 설명하기 위해 AF 앙상블의 평균 표면 근처 바람장도 표시. 적도 태평양[(A)의 빨간색 점선 영역]에서 2m MSE(B), 2m 비습도(C), 강수량(D) 및 SST(E)의 시간적 변화도 표시. (E)의 가로 좌표는 냉각 반응의 다년간 지속성을 설명하기 위해 2021년 말까지 확장됐다. (출처:관련논문 fig 4 A multiyear tropical Pacific cooling response to recent Australian wildfires in CESM2)

그러나 지난 3년은 2019/2020 호주 거대 화재로 촉진된 라니냐인 엘니뇨의 차가운 대응물이 지배했다. 이제 또 다른 강력한 엘니뇨가 임박했다. 적도 태평양의 측정 데이터에 따르면 이곳 온도는 이미 이번 달의 장기 평균보다 0.4도 높다. "이것은 엘니뇨 조건에 필요한 0.5도 임계값에서 0.1도 차이에 불과하다"고 미국 국립대기해양청(NOAA)의 낫 존슨(Nat Johnson)이 말했다. "더 깊은 수층의 온도도 증가했다. 

 

따라서 엘니뇨가 발생하는 데 필요한 따뜻한 물을 제공한다." 세계기상기구(WMO)도 새로운 엘니뇨의 분명한 징후를 보고 있다. 그들은 이 기후 이상 현상이 앞으로 몇 주 안에 시작될 가능성을 약 60%, 9월까지 최대 80%로 추정했다. 다른 연구 기관의 모델도 90% 확률로 보인다. 열대 태평양의 기류는 아직 전형적인 엘니뇨 변화를 나타내지 않았다. 

 

그러나 이것은 곧 일어날 수 있으며, 따라서 공식적으로 엘니뇨 단계를 예고했다. 페테리 탈라스 WMO 사무총장은 "세계는 새로운 엘니뇨에 대비해야 한다"고 말했다. 이 이상 기후의 영향이 전 세계적으로 느껴질 수 있기 때문이다. “지난 3년 동안 냉각되는 라니냐가 있었지만 우리는 기록상 가장 따뜻했던 8년을 막 지나갔다. 새로운 엘니뇨는 지구 온난화의 또 다른 도약으로 이어지고 새로운 기후 기록의 가능성을 높일 것이다.” 

 

다가오는 엘니뇨가 얼마나 강력할지는 아직 불확실하다. 그러나 이례적인 현상이 더 심할 수 있다는 징후가 있다. "지수 값이 1.5도 이상인 강력한 엘니뇨의 현재 기회는 현재 약 55%이며 ​​상승 추세를 보이고 있다"고 Johnson은 보고했다. WMO는 이미 올해 모든 육지와 거의 모든 바다의 기온이 상승할 것으로 예측하고 있다. 이러한 예측이 확인되면 세계 일부 지역에서는 어려운 한 해가 될 수 있다. "엘니뇨는 아프리카의 호른(Horn, 아프리카 최남단의 곶)에서 가뭄 및 기타 라니냐 관련 영향을 완화할 수 있지만, 더 많은 날씨와 극한 기후를 가져올 수도 있다"고 Taalas는 말했다. 호주, 인도네시아, 특히 남아시아 일부 지역은 더위와 가뭄에 적응해야 할 것이다.

▲ 2023년 4월 초 동태평양 해수온도는 평년보다 높았다. 그 이후로 그들은 엘니뇨를 예고하면서 계속 상승했다. © NOAA Climate.gov

세계기상기구(WMO) 등의 예측에 따르면 앞으로 몇 주 안에 태평양에서 새로운 엘니뇨가 발생할 수 있다. 이 기후 현상은 열대 태평양의 비정상적인 온난화를 일으키고 전 세계 기후에 영향을 미친다. 그 결과 2023년 지구 온도가 사상 최고치를 기록할 수 있다. 호주와 남아시아도 극심 가뭄의 위협을 받고 있으며 북미와 남미는 폭우를 경험할 수 있다.

앞으로 더 빈번해질까?

파술로(Fasullo)와 그의 팀에 따르면 이러한 결과는 호주 화재와 그 배출이 비정상적으로 길고 예상치 못한 라니냐 조건에서 중요한 역할을 했음을 시사한다. 에어로졸의 냉각 효과가 없었다면 이러한 기후 이상 현상은 발생하지 않았을 것이다. 이것은 기후 모델에 산불도 포함시키는 것이 얼마나 중요한지를 강조한다”고 Fasullo는 말했다. 이것은 기후 변화의 시대에 특히 사실이다. "그것은 또한 화재 배출을 변화시킬 것이다"고 연구원은 말했다. 많은 곳에서 온난화와 기후가 건조해지고 있기 때문에 숲, 덤불 및 툰드라 화재도 점점 더 흔해지고 있다. 연기의 구성과 지역 기상 조건에 따라 ENSO 및 기타 기후 현상에 향후 더 자주 영향을 미칠 수 있다.

참고
Science Advances, 2023; doi:10.1126/sciadv.adg1213)
National Center for Atmospheric Research
University Corporation for Atmospheric Research
세계기상기구(WMO), 국립대기해양청(NOAA)

 

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