독립행정법인 해양연구개발기구 지구환경관측연구개발센터 연구팀은 최근 진행하는 북극의 영구동토의 지온변화에 대해 적설의 영향이 기온의 영향보다 크다는 것을 관측 데이터의 해석 및 수치모델에 의해 밝혀내었다.

연구팀은 20세기 북극육역의 관측 데이터와 육역의 프로세스를 고려한 육면과정 모델과 관측 데이터를 이용하여 과거 109년간(1901~2009년) 북위 45도 이북의 지역을 대상으로 지온에 대한 적설의 영향이 어디서 뚜렷했는지, 어떤 메커니즘에서 어느 정도 영향을 미치고 있는지 조사하였다.

우선 동시베이라와 북미에서 기온의 경년변화에 대한 지온이 어떻게 변화하고 있는지를 조사하였다. 동시베리아에서는 과거 100년간 1.5도의 기온상승이 나타났지만, 지온의 상승은 1.87~2.50도로 기온보다 훨씬 높은 상승률이다. 이것은 기온상승과 1950년 이후 두꺼운 적설이 지중에 대해 단열효과를 발휘하였기 때문이라고 생각된다.

한편, 북미에서는 특히 1990년 이후에 급격하게 기온이 상승하고 있음에도 불구하고, 지온의 변화는 횡보하거나 내려갔다. 동 시기의 적설 깊이는 급격하게 감소하였으며, 이 적설 깊이의 감소가 단열효과를 저하시켜 지온의 상승을 억제하였다고 연구팀은 생각하였다.

이것을 검증하기 위해 연구팀은 수치 모델을 이용하여 북극지역의 강설량이 다른 몇 가지 조건과 지온이 어떻게 변동하는지를 확인하는 수치실험을 실시하였다. 그 결과, 연구팀이 생각한데로 북극지역에서는 적설이 증가하면 단열효과의 상승에 의해 지온이 상승하고, 반대로 적설이 감소하면 지온이 확실하게 저하되었다. 이 결과로부터 우선 적설이 지온에 영향을 주는 한 가지 요소로서 작용하고 있다는 것을 단적으로 나타내고 있다. 특히, 그 영향이 따뜻한 남보다 추운 북으로 컸다는 것에 주목해야 할 점이다.

다음으로 기온이 통상보다 한랭, 그리고 적설이 많은 경우, 또는 기온이 온화하고 적설이 적은 경우에 대해서도 실험을 실시하였다. 기온과 적설이 경합하는 조건 하에서는 지온에 어떤 영향이 있는지 조사하기 위해서이다. 그 결과 놀랍게도 북극의 동토지역에서는 기온조건과 관계없이 적설의 변화에 연동하여 지온이 상하로 변화된다는 것을 알았다.

그리고 이러한 적설의 지온에 대한 기여율에 관해서 과거 40년간의 데이터를 기초로 상세하게 조사한 결과, 북극지역 특히 알래스카 및 동시베리아의 영구동토에 그 경향이 뚜렷하게 나타나고, 높은 곳에서는 기여율이 50%에 이른다는 것을 알았다. 이것은 기온의 기여율보다 높은 결과이다. 또한 그 경향은 적설이 시작되는 가을보다 뚜렷하면, 그 효과는 겨울 전체에 필적할 정도의 크기를 가지고 있다는 것을 알았다. 알라스카, 동시베리아 이외의 지역에서는 기온의 기여율이 높으며, 동일한 북극지역에서도 지역에 따라 달라지는 특성을 나타내었다.

최근 동시베리아와 북미의 북극해 인접 육역에서는 가을의 적설 깊이의 증가 경향이 나타나고 있다. 이러한 적설환경의 변화가 온난화에 의한 기온상승과 함께 동토지역의 지온상승에 영향을 미친다는 것을 알았다.

(그림 1) 관측 데이터와 수치 모델에 의한 동시베리아와 북미에서 109년(1901~2009년)간 기온, 동계의 평균 적설 깊이 및 지온(3.6m와 20.5m)의 경년 변화
(그림 2) 북극역의 지표에서 깊이 20.5m 지점의 지온에 대한 적설변화의 영향을 평가한 수치실험의 결과
(그림 3) 북반구의 동토 분포도(a), 1971~2009년 3.6m의 지온변화에 대한 기온(b)와 적설(c)의 각 기여율

 

[출처 =  KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 10월 24일]