[미국] 최초로 관측된 북극해의 거대한 파도
 기후 온난화와 바다얼음의 후퇴로 북쪽 지역이 변화하고 있다. 금세기 중반전 개빙(開氷)구역이 북극해 전체에 확장될 것으로 예상되는 가운데, 결빙지역도 함께 증대하고 있다. 이로 인해 폭풍이 북극에서 돌출부를 만들 가능성이 있어 거대한 파도는 예측할 수 없는 새로운 요소를 제공할 수 있다. 워싱턴 대학교(University of Washington) 연구자들은 북극해 중앙 지역의 파도를 최초로 연구했다. 그 결과 2012년 9월 폭풍 기간에 주택 규모의 파도를 발견됐으며 이 내용은 지구물리학 리서치 레터(Geophysical Research Letters)에 최근 발표됐다. 연구를 지도한 워싱턴대학교 응용물리학연구소(Applied Physics Laboratory) 해양학자인 짐 톰슨(Jim Thomson)은 “북극의 해빙으로 개빙구역이 파도를 만든다는 것은 쉽게 예측할 수 있다”고 말했다. 그의 데이터는 2012년 9월의 바람이 폭풍 피크기간에 5미터의 파도를 만들었음을 보여주며 그의 연구는 이처럼 큰 파도의 원천인 폭풍을 추적했다. 북극 얼음은 해안가에서 100마일 이하로 후퇴하곤 했는데 2012년에는 1000마일 이상이었다. 장기간 동안 해수가 팽창된 지역으로 바람이 불면서 흰 파도를 만들었고 이들은 서서히 큰 돌출부로 굳어져 막대한 에너지를 단일 천공기에 전달한다. 파도가 도달하는 범위 또는 개빙구역을 이동하는 거리가 증대되면서 파도의 크기는 확대된다. 따라서 개빙구역이 더 많을수록 파도는 더 커진다. 파도가 성장하면서 더욱 많은 바람을 잡아 이들을 빠르고 더 많은 에너지를 가지도록 조정한다. 선박 및 오일 회사들은 북극해에서 얼음이 없는 기회를 주시하고 있다. 거대한 파도의 북극 출현은 얼음이 없는 북쪽 해양 활동에 나쁜 소식이 될 수 있다. 톰슨은 “대부분의 해양사고와 손실은 폭풍 때문이며 쇄파(breaking wave)가 범죄자”라고 말했다. 더욱 큰 파도가 남은 여름의 얼음 흐름을 파괴하면서 이 반응은 개빙구역을 증대시키는 새로운 피드백 고리가 될 수 있다. 톰슨은 “해빙이 수 십 년 동안 진행하고 있다”면서 “과학자들은 새로운 프로세스인 역학 프로세스에 대해 논의 중인데 이에 따라 파도는 얼음을 밀고 당겨 파괴할 수 있다”고 말했다. 해변을 부수는 파도는 해안선에도 영향을 미칠 수 있는데 이곳에서 녹는 영구 동토층은 이미 침식에 더욱 취약한 해변을 만들고 있다. 이번 연구관측은 알래스카 북쪽 사면(斜面)으로부터 350마일 떨어진 보퍼트해(Beaufort Sea) 및 얼음이 없는 해수의 중앙에서 추진된 프로젝트의 일환이다. 이 프로젝트를 통해 중앙지역 수면으로부터 50미터와 해저에 센서가 설치돼 2012년 8월 중반부터 10월 하순까지 파고(波高)가 측정됐다. 반면 인공위성은 파고를 개략적으로 추정하고 정확한 폭풍 이벤트의 수를 알려주지 않았으며 궂은 날씨에는 활동이 좋지 않았다. 따뜻한 온도와 더 큰 파도는 여름의 얼음 흐름에 상화 작용을 할 수 있다. 이에 대해 톰슨은 “우리는 미래 시나리오에서 이 프로세스의 중요성을 실제로 모르고 있다”고 말했다. 온도와 파고 사이의 관계를 설정하는 것은 미래의 바다얼음에 어떤 현상이 발생하는지를 예측하고 얼음 없는 해협이 얼마나 오랫동안 오픈되는지를 예보하는데 도움이 될 수 있다. 한편 최근 발표된 논문은 한 장소의 파도에 대해서만 밝히고 있다. 이번 여름, 톰슨은 워싱턴 대학교가 지도하는 국제연구단의 일원으로 활동했다. 이 연구단은 바다 얼음의 후퇴에 대한 물리적 현상을 이해하기 위해 수 십 개의 감지기를 북극에 배치했다. 파도가 얼음에 접근할 때 어떤 현상이 얼어나는지에 대해 몇 개의 이론이 경쟁하고 있다. 톰슨은 “우리가 수행하는 이번 프로그램에는 이론 모델들을 평가하는 것도 큰 부분을 차지한다”고 말했다. 그는 파도를 탐지하기 위해 6월 말부터 8월 중순까지 알래스카 북쪽 해안에 센서를 배치하고 있으며 날씨와 얼음 상태, 개빙구역의 양에 의해 파고가 얼마나 영향을 받는지를 알고자 한다. 미국 해군 연구국(Office of Naval Research)이 이번 연구를 지원했으며 해군연구소(Naval Research Laboratory) 에릭 로거(W. Erick Rogers)도 이번 연구의 다른 저자이다. (참조 Jim Thomson, W. Erick Rogers. Swell and sea in the emerging Arctic Ocean. Geophysical Research Letters, 2014; 41 (9): 3136 DOI: 10.1002/2014GL059983)
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 8월 7일]
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Huge waves measured for first time in Arctic Oce
As the climate warms and sea ice retreats, the North is changing. An ice-covered expanse now has a season of increasingly open water which is predicted to extend across the whole Arctic Ocean before the middle of this century. Storms thus have the potential to create Arctic swell -- huge waves that could add a new and unpredictable element to the region.
A University of Washington researcher made the first study of waves in the middle of the Arctic Ocean, and detected house-sized waves during a September 2012 storm. The results were recently published in Geophysical Research Letters.
"As the Arctic is melting, it's a pretty simple prediction that the additional open water should make waves," said lead author Jim Thomson, an oceanographer with the UW Applied Physics Laboratory.
His data show that winds in mid-September 2012 created waves of 5 meters (16 feet) high during the peak of the storm. The research also traces the sources of those big waves: high winds, which have always howled through the Arctic, combined with the new reality of open water in summer.
Arctic ice used to retreat less than 100 miles from the shore. In 2012, it retreated more than 1,000 miles. Wind blowing across an expanse of water for a long time creates whitecaps, then small waves, which then slowly consolidate into big swells that carry huge amounts of energy in a single punch.
The size of the waves increases with the fetch, or travel distance over open water. So more open water means bigger waves. As waves grow bigger they also catch more wind, driving them faster and with more energy.
Shipping and oil companies have been eyeing the opportunity of an ice-free season in the Arctic Ocean. The emergence of big waves in the Arctic could be bad news for operating in newly ice-free Northern waters.
"Almost all of the casualties and losses at sea are because of stormy conditions, and breaking waves are often the culprit," Thomson said.
It also could be a new feedback loop leading to more open water as bigger waves break up the remaining summer ice floes.
"The melting has been going on for decades. What we're talking about with the waves is potentially a new process, a mechanical process, in which the waves can push and pull and crash to break up the ice," Thomson said.
Waves breaking on the shore could also affect the coastlines, where melting permafrost is already making shores more vulnerable to erosion.
The observations were made as part of a bigger project by a sensor anchored to the seafloor and sitting 50 meters (more than 150 feet) below the surface in the middle of the Beaufort Sea, about 350 miles off Alaska's north slope and at the middle of the ice-free summer water. It measured wave height from mid-August until late October 2012.
Satellites can give a rough estimate of wave heights, but they don't give precise numbers for storm events. They also don't do well for the sloppy, partially ice-covered waters that are common in the Arctic in summer.
Warming temperatures and bigger waves could act together on summer ice floes, Thomson said: "At this point, we don't really know relative importance of these processes in future scenarios."
Establishing that relationship could help to predict what will happen to the sea ice in the future and help forecast how long the ice-free channel will remain open each year.
The recent paper recorded waves at just one place. This summer Thomson is part of an international group led by the UW that is putting dozens of sensors in the Arctic Ocean to better understand the physics of the sea-ice retreat.
"There are several competing theories for what happens when the waves approach and get in to the ice," Thomson said. "A big part of what we're doing with this program is evaluating those models."
He will be out on Alaska's northern coast from late July until mid-August deploying sensors to track waves. He hopes to learn how wave heights are affected by the weather, ice conditions and amount of open water.
"It's going to be a quantum leap in terms of the number of observations, the level of detail and the level of precision" for measuring Arctic Ocean waves, Thomson said.
The other author is W. Erick Rogers at the Naval Research Laboratory. The research was funded by the U.S. Office of Naval Research.
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