자연적으로 발생하는 공정이 인간 활동의 결과로 발생한 온실가스 배출이 원인이 된 지구 온난화(global warming)를 완화시키는데 선택적인 완충작용을 할 수 있을까? 이스라엘 히브리 대학(Hebrew University) 소속의 연구진과 미국 존스 홉킨스 대학(Johns Hopkins University) 소속의 연구진 및 나사 고다드 항공 우주 연구소(Goddard Space Flight Center) 소속의 연구진으로 구성된 연구팀은 인간 활동의 결과인 온실가스 배출에 기인한 지구 온난화를 자연이 선택적으로 완충시킬 수 있다고 새롭게 제안했다.

지구 온난화에 따라, 해양 온도가 상승하여 증가된 수증기(water vapor)는 대기로 소멸된다. 수증기는 가장 중요한 온실가스로 기후에 대한 수증기의 영향은 성층권에서 증폭된다.

세부적인 연구에서 세 곳의 기관 소속의 연구진은 열대 권계면(TTL; tropical tropopause layer, 열대 지역의 대류권과 성층권과의 경계면)에서 수증기와 기온에 대한 변화 원인을 조사했다. TTL은 대류권(troposphere) 아래와 성층권(stratosphere)의 특징을 가지는 대기의 중요한 지역이다.

TTL의 기온이 얼마나 많은 수증기가 성층권으로 들어올 수 있는지를 결정하기 때문에, TTL은 대기 화학과 기후 모두에 상당한 영향을 끼친다. 따라서 TTL의 기온 변화에 대한 이해와 이러한 기온 변화를 유발하는 것이 무엇인가에 대한 문제는 사회적인 타당성 측면에서 중요한 과학적 의문이라고 연구진은 밝혔다.

이스라엘과 미국 연구진은 TTL에서 최근 기온 동향을 이해하기 위하여 화학-기후 모델(chemistry-climate model)로부터 얻은 결과와 인공위성 관측으로 얻은 측정을 사용했다. 기온 측정은 1979년 이후 상당한 변화가 어디에서 일어났는지를 보여주었다.

인공위성 관측에 따르면, 증가된 강우와 수증기를 보여주는 열대 인도양과 열대 서부 대서양 해역의 온난화는 온난화된 해수 표면 상공 TTL 지역에서 냉각의 반대 효과를 유발한다. 일단 TTL이 냉각되면, 더 적은 수증기가 TTL과 성층권 상공에 존재한다.

수증기가 매우 강력한 온실가스이기 때문에, 이러한 효과는 기후 변화에 대한 부정적인 피드백으로 이어진다. 즉, 온난화된 해양으로부터 강화된 증발로 기인한 수증기에서 증가는 근접 표면 영역(near- surface area)에 국한되는 한편, 성층권은 더욱 건조해진다. 따라서 이러한 효과는 우리 기후의 보다 더 심각하게 예측된 측면의 증가되는 온난화가 실제로 다소 약화될 수 있다고 과학자들은 밝혔다.

인공위성 관측과 화학-기후 모델 실험은 열대의 보다 더 낮은 성층권 기온의 지역적 구조(zonal structure), 수증기 및 오존 동향 등을 이해하는 데 사용됐다. 과거 30년에 걸친 열대 상층 대류권 상공에서 온난화는 인도양-서태평양 해역 웜풀(Indo-Pacific warm pool) 인근에서 가장 강력한 한편, 서부와 중부 태평양에서 온난화 동향은 훨씬 더 약화됐다.

이러한 지역적 변이(zonal variation)는 북풍 겨울에 구역-평균 반응보다 훨씬 더 강력하다. 화학-기후 모델을 갖춘 표적 실험이 해수 표면 기온(SST; sea surface temperature) 동향이 상층 대류권과 보다 더 낮은 성층권 열대 기온 동향에서 지역적 불균형(zonal asymmetry)을 추진한다는 것을 증명하는데 사용됐다.

 

인도양과 웜풀 지역에서에서 온난화된 SSTs는 보다 더 높은 대류권에서 수분가열을 강화시키고, 교대로 아가미 같은 반응은 더 낮은 성층권으로 확장된다. 이례적인 순환은 오존에서의 지역적 불균형과 권계면 인근의 수증기 동향을 생성시키고, 연속적으로 성층권으로 더 적은 수증기를 유입시킨다. 미량 기체에서 이러한 변화의 복사 영향은 수분 가열의 직접적인 영향보다 훨씬 더 적다.

예측된 미래 SSTs는 지역적 구조가 역사적인 반응이 유사한 기온과 수증기 반응을 추진하는 것으로 보인다. 보다 더 낮은 성층권에서, 예측된 미래 SSTs에 기인하는 수증기와 기온 변화는 비록 다소 더 약화되기는 했지만, 유사한 강도를 가지며 예측된 미래 이산화탄소, 오존 및 메탄 등의 직접적인 영향을 받는다.

이 연구에는 히브리 대학 소속의 Chaim Garfinkel 박사, 전 홉킨스 대학 소속의 D. W. Waugh 박사와 L. Wang 박사, 나사 고다드 항공 우주 연구소 소속의 L. D. Oman 박사와 M. M. Hurwitz 박사 등이 참여했다. 연구 결과는 Geophysical Research 저널에 발표됐다.

 

 

Can naturally occurring processes selectively buffer the full brunt of global warming caused by greenhouse gas emissions resulting from human activities?

 

Yes, find researchers from the Hebrew University of Jerusalem, Johns Hopkins University in the US and NASA's Goddard Space Flight Center.

As the globe warms, ocean temperatures rise, leading to increased water vapor escaping into the atmosphere. Water vapor is the most important greenhouse gas, and its impact on climate is amplified in the stratosphere.

In a detailed study, the researchers from the three institutions examined the causes of changes in the temperatures and water vapor in the tropical tropopause layer (TTL). The TTL is a critical region of our atmosphere with characteristics of both the troposphere below and the stratosphere above.

The TTL can have significant influences on both atmospheric chemistry and climate, as its temperature determines how much water vapor can enter the stratosphere. Therefore, understanding any changes in the temperature of the TTL and what might be causing them is an important scientific question of significant societal relevance, say the researchers.

The Israeli and US scientists used measurements from satellite observations and output from chemistry-climate models to understand recent temperature trends in the TTL. Temperature measurements show where significant changes have taken place since 1979.

The satellite observations have shown that warming of the tropical Indian Ocean and tropical Western Pacific Ocean – with resulting increased precipitation and water vapor there—causes the opposite effect of cooling in the TTL region above the warming sea surface. Once the TTL cools, less water vapor is present in the TTL and also above in the stratosphere,

Since water vapor is a very strong greenhouse gas, this effect leads to a negative feedback on climate change. That is, the increase in water vapor due to enhanced evaporation from the warming oceans is confined to the near- surface area, while the stratosphere becomes drier.

Hence, this effect may actually slightly weaken the more dire forecasted aspects of an increasing warming of our climate, the scientists say.

The researchers are Dr. Chaim Garfinkel of the Fredy and Nadine Herrmann Institute of Earth Sciences at the Hebrew University and formerly of Johns Hopkins University, Dr. D. W. Waugh and Dr. L. Wang of Johns Hopkins, and Dr. L. D. Oman and Dr. M. M. Hurwitz of the Goddard Space Flight Center.

Their findings have been published in the Journal of Geophysical Research: Atmospheres, and the research was also highlighted in Nature Climate Change.