- 초봄부터 예측 정밀도 향상에 새로운 가능성 -

국립연구개발법인 해양연구개발기구 지구환경관측연구개발센터 해양순환연구그룹은 교토대학과 공동으로 역학해석에 기초한 엘리뇨 현상의 새로운 예측방법을 고안하였다.

폭서 및 가뭄, 호우 등 사회적으로 영향이 큰 이상기상을 각지에 발생시키는 엘니뇨현상의 정밀도 높은 예측방법의 개발은 세계적으로 강하게 요구되고 있는 과제이다. 이 과제의 해결을 위해 데이터 동화기술을 구사한 지구 시뮬레이터에 의해 작성된 대기해양환경 재현 데이터세트를 이용하여 대기-해양 간 교환되는 에너지 중 엘니뇨현상의 발달, 감쇠에 중요한 역할을 하는 요소를 재평가하였다. 그 결과 그 요소는 매년 다른 계절변화를 나타내고, 5~10년의 시간 간격으로 에너지 교환의 진폭이 변동하고 있다는 것을 알았다.

JAMSTEC는 지금까지 지구 환경 변동에 관해서 해양 지구 연구선을 비롯한 선박으로 고정밀도 관측이나 해양관측 브이 ‘TRITON’, 자동 승강형 표류 브이 ‘Argo 플로트’에 의한 장기 관측 등 해양 대기관측 데이터를 축적했다. 이와 함께 대기해양결합 모델 등의 수치모델과, 수치모델, 관측 데이터를 통합한 대기해양환경을 재현한 데이터 동기화 수법 등을 개발하여 변동 현상 메커니즘의 해명이나 환경변동 예측을 추진하였다.

열대 태평양 지역의 변동 현상 중 하나인 엘니뇨현상은 적도 중앙부터 동부의 페루 바다에 걸쳐 해면수온이 상승하는 현상으로, 일단 발달하면 일본을 포함한 전 세계적인 기후변동(climate variation)에 영향을 미친다고 알려져 있다. 과거 기록에는 예를 들어 서일본에서 추운 여름, 동일본에서 따뜻한 겨울 경향 등이 지적되었다. 엘니뇨현상에 의해 발생되는 이 같은 기후변동은 사회 경제 활동에 무시할 수 없는 영향을 끼치고 있어서 각국의 기상 기관 등은 수치모델이나 해양대기 관측데이터를 이용하여 적극적인 예측 연구를 실시 중이며, 몇 곳의 공적기관에서는 엘니뇨 예보가 공개 중이다. 그러나 예보의 정확성은 아직 개선의 여지가 있다. 그 이유 중 하나는 엘니뇨현상의 발달 과정 메커니즘에 불확실한 요소가 있기 때문이다. 엘니뇨현상은 겨울에 가장 많이 발달하지만 초봄에 그 해의 엘니뇨현상을 예측하는 일은 특히 어렵다고 알려져 있어서 엘니뇨 예측 연구의 큰 과제이다.

1960년부터 2006년까지 해양 관측데이터 및 대기 관측데이터와 사차원 변분법 대기해양 결합 데이터 동기화 시스템을 이용한 지구 시뮬레이션에서 통합한 대기해양환경 재현 데이터로부터 엘니뇨현상의 발달, 쇠퇴에 중요한 역할을 하는 대기-해양 간에 교환되는 에너지(해상풍이 해면을 통해 물을 움직이는 양)의 변화를 재평가한 결과, 계절에 따라 에너지 교환이 강한 해와 약한 해가 5~10년 간격으로 나타난다는 점을 알게 되었다.

이와 같이 계절에 따른 에너지 교환의 변화는 엘니뇨현상의 발달 방식에 큰 영향을 끼친다. 에너지 교환이 강한 해와 약한 해가 있다는 점에서 대기해양결합모델 상 영향의 정도를 에너지 교환이 강한 해에는 영향이 강해지도록 시간적으로 변화시키는 새로운 체계를 고안했다. 과거 엘니뇨현상에 대해 지구 시뮬레이션 상에서 새로운 예측 체계로 실증실험을 한 결과, 예측 정확도가 큰 폭으로 향상되었다. 초봄에 예측하는 것이 특히 어려웠던 2014년의 경우에도 정확도가 향상되어 통계적으로도 이 체계 기술의 유효성이 확인되었다.

이러한 결과는 지금까지 예측 시뮬레이션에서 직접적으로 고려하지 않았던 계절에 따른 에너지 교환의 장기 변동이 봄철에 엘니뇨현상의 발달 방식에 강한 영향을 미친 점을 나타낸다. 이와 함께, 1년 주기인 계절 변화, 3~4년 간격의 불규칙한 사이클을 가지는 엘니뇨현상, 5~10년 간격의 장기 변동이라는 서로 다른 세 가지의 시간 규모 현상이 상호 작용하는 것을 고려하는 것이 엘니뇨 예측에 반드시 필요하다는 점을 시사한다.

(그림 1) 1972/73년의 엘니뇨 사건을 예측한 실증 실험 결과
(그림 2) 2014년 엘니뇨 사건을 예측한 실증 실험 결과

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 12월 1일]