[미국] 빈번한 기후 극한을 유발하는 로스비파
 2012년 악화된 산불과 미국 옥수수 농가를 강타한 혹서의 기록 등과 같은 여름철 극한 기후(weather extremes)는 지난 10년 동안 이례적인 수치에 도달했다. 인위적인 지구 온난화가 극심한 혹서의 기간을 점진적으로 증가시킨 것으로 설명하고 있지만, 일부 사건의 크기와 지속에서 관찰된 변화는 쉽게 설명되지 않고 있다. 극한 기후는 대기 중 거대파(giant waves)를 잡아 두는 최근 발견된 메커니즘과 연관이 있다. 새로운 자료 분석은 이러한 파를 잡아 두는 사건이 실제로 증가하고 있다는 것을 보여주었다. 최근 높은 영향을 초래하는 극한 기후 사례의 대다수가 갑자기 발생하여 우리를 당황시킨다고 독일 포츠담 기후 영향 연구소(PIK; Potsdam Institute for Climate Impact Research) 소속의 과학자 연구팀이 수행한 연구의 주저자인 Dim Coumou는 밝혔다. 물론 우리가 화석 연료로부터 이산화탄소를 배출함으로써 대기를 온난화시키고 있지만, 유럽 또는 미국과 같은 지역에서 파괴적인 혹서(heat waves)의 증가는 균형에 맞지 않는 것으로 보인다. 한 가지 이유는 대기 중에서 순환 패턴(circulation pattern)에서 변화가 될 수 있다. 전 세계 기후 자료의 거대한 모음을 분석함으로써, 연구진은 흥미로운 연관관계를 발견했다. 1) 로스비파(Rossby Waves) : 구불구불한 기류(meandering airstreams) 중위도에서 전 세계 공기 움직임의 중요한 부분은 일반적으로 로스비파(Rossby Waves)라고 불리는 지구를 이리저리 돌아다니는 파의 형태가 차지하고 있다는 점이다. 로스비파가 북쪽으로 방향을 바꿀 때, 로스비파는 북극으로부터 차가운 공기가 거동하는 것과 유사하게 거동한다. 그러나 연구는 극심한 기후와 동일한 기간에, 이러한 로스비파의 일부가 사실상 정지하여 크게 증폭된다는 것을 보여주었다. 며칠의 온난한 날이 영향을 거의 끼치지 않는 반면, 사람과 생태계에 대한 효과는 이러한 기간이 연장될 때 심각해질 수 있다. 이러한 현상의 이면에, 중위도에서 파를 붙잡아 두고 파를 강력하게 증폭시키는 미묘한 공명 메커니즘(resonance mechanism)이 존재한다고 PNAS(Proceedings of the US National Academy of Sciences)에 관련 논문을 게재한 공동 저자인 Stefan Rahmstorf는 밝혔다. 개선된 자료 분석을 이용하여, 새로운 연구는 특정 공명 조건이 실현될 때, 대기가 전형적으로 지상에서 극한 기후와 관련이 있는 큰 진폭(large amplitude)을 가진 파를 변칙적으로 느리게 전파하도록 발달시키는 경향이 있다는 것을 보여주었다. 중요한 발견은 이 현상이 보다 더 빈번하게 발생할 것이라는 점이다. 2000년 이후, 이러한 현상은 이전보다 거의 2배 이상 더 빈번해질 것이다. 행성파 활동(planetary wave activity)에서 실제적인 변화에 대한 증거는 아직까지 명확하지 않다. 그러나 어떤 유형인지를 규명함으로써, 우리는 현재 이러한 공명 사건에서 증가에 대한 강력한 증거를 확인할 수 있었다고 Rahmstorf는 밝혔다. 최근 10년은 북반구 중위도에서 높은 영향을 초래하는 여름철 극한 기후의 이례적인 수치가 관찰됐다. 이러한 사례의 대다수는 끈질기게 지속되는 고진폭(high-amplitude) 준정지상 로스비파(quasi-stationary Rossby waves)에 의해 특성이 주어지는 변칙적인 제트 스트림 순환(jet stream circulation pattern) 유형과 연관이 있다. 최근에 제안된 (i) 지역 평균 제트(zonal mean jets)의 약화, (ii) 중위도 도파관(waveguide)에서 자유파와 강제파 사이의 공명에 의한 준정지상 파의 증폭 등 2가지 메커니즘이 이러한 유형을 유발할 수 있다. 대류권 중간(midtroposphere) 바람 영역의 스펙트럼 분석을 기반으로, 연구진은 지속적인 첫 번째 장소에서 제트 스트림 유형은 지역파 수치가 6~8을 가지는 준정지상 파의 증폭에 기인한다는 것을 확인했다. 그러나 연구진은 또 이러한 사건이 일어나는 동안 지역 평균 제트의 약화 역시 감지했다. 따라서 두 가지 메커니즘이 중요한 것으로 보인다. 게다가, 우리는 변칙적인 순환 체제가 지속적인 표면 기후 조건으로 이어진다는 것을 증명했으며, 따라서 월단위의 시간 규모에 대한 극심한 열과 강우 사건이 중위도에서 동시에 일어난다는 것을 연구진은 보여주었다. 2) 북극 요인(Arctic factor) : 대부분의 다른 지역보다 2배 이상 신속한 온난화 왜 이러한 사건이 증가하는가? 이론과 새로운 자료는 모두 북극에서의 공정과 관련이 있다고 제안했다. 2000년 이후 북극은 지구의 다른 지역보다 약 2배 이상 급속한 온난화를 겪고 있다. 이러한 현상에 대한 한 가지 이유는 하얀색의 해빙이 급속하게 축소되고 있기 때문에, 더 적은 일광이 우주로 반사되는 한편, 대양은 색상이 어둡고 따라서 더 온난해지기 때문이다. 이러한 빙하와 눈의 융해는 화석 연료로부터 배출되는 이례적인 양의 온실가스를 대량으로 생산하는 인간의 라이프 스타일에 기인한다고 PIK 책임자이며, 이 연구의 공동 저자인 Hans Joachim Schellnhuber는 밝혔다. 북극이 보다 더 급속하게 온난해지고 있기 때문에, 다른 지역과 북극의 온도 차이(temperature differences)는 감소하고 있다. 그러나 온도 차이는 우리의 기후를 지배하는 대기 중 순환 유형의 주요한 추진자이다. 행성파와 관련된 주제는 지구 시스템에서 미묘하게 상호 연결되어 있는지를 조명해주었다고 Schellnhuber는 결론지었다. 그리고 이 주제는 시스템이 우리의 변동에 얼마나 불균형적으로 반응하는지를 보여주었다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 8월 15일]
[원문보기]
Trapped atmospheric waves triggering more weather extremes: Trend expected to continue
Weather extremes in the summer -- such as the record heat wave in the United States that hit corn farmers and worsened wildfires in 2012 -- have reached an exceptional number in the last ten years. Human-made global warming can explain a gradual increase in periods of severe heat, but the observed change in the magnitude and duration of some events is not so easily explained.
It has been linked to a recently discovered mechanism: the trapping of giant waves in the atmosphere. A new data analysis now shows that such wave-trapping events are indeed on the rise.
"The large number of recent high-impact extreme weather events has struck and puzzled us," says Dim Coumou, lead author of the study conducted by a team of scientists from the Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK). "Of course we are warming our atmosphere by emitting CO2 from fossil fuels, but the increase in devastating heat waves in regions like Europe or the US seems disproportionate." One reason could be changes in circulation patterns in the atmosphere. By analysing large sets of global weather data, the researchers found an intriguing connection.
Rossby Waves: meandering airstreams
An important part of the global air motion in the mid-latitudes normally takes the form of waves wandering around the globe, called Rossby Waves. When they swing north, they suck warm air from the tropics to Europe, Russia, or the US; and when they swing south, they do the same thing with cold air from the Arctic. However, the study shows that in periods with extreme weather, some of these waves become virtually stalled and greatly amplified. While a few warm days have little impact, effects on people and ecosystems can be severe when these periods are prolonged.
"Behind this, there is a subtle resonance mechanism that traps waves in the mid-latitudes and amplifies them strongly," says Stefan Rahmstorf, co-author of the study to be published in the Proceedings of the US National Academy of Sciences (PNAS). Using advanced data analysis, the new study shows that when certain resonance conditions are fulfilled, the atmosphere tends to develop anomalously slowly propagating waves with large amplitudes, typically associated with extreme weather on the ground. An important finding is that this phenomenon is occurring more often: After the year 2000, it has been almost twice as frequent as before. "Evidence for actual changes in planetary wave activity was so far not clear. But by knowing what patterns to look for, we have now found strong evidence for an increase in these resonance events."
The Arctic factor: warming twice as fast as most other regions
Why would these events be on the rise? Both theory and the new data suggest a link to processes in the Arctic. Since the year 2000, the Arctic is warming about twice as fast as the rest of the globe. One reason for this is that because the white sea ice is rapidly shrinking, less sunlight gets reflected back into space, while the open ocean is dark and hence warms more. "This melting of ice and snow is actually due to our lifestyle of churning out unprecedented amounts of greenhouse gases from fossil fuels," says Hans Joachim Schellnhuber, co-author of the study and director of PIK. As the Arctic warms more rapidly, the temperature difference to other regions decreases. Yet temperature differences are a major driver of the atmospheric circulation patterns that in turn rule our weather.
"The planetary waves topic illustrates how delicately interlinked components in the Earth system are." Schellnhuber concludes: "And it shows how disproportionately the system might react to our perturbations."
| 
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
