동아프리카 지역의 이례적인 가뭄 발생으로 4천만 이상의 거주민이 고통을 받고 있는 가운데, 정확한 가뭄 예측 능력이 이보다 중요하게 다뤄진 적이 없었다.

 

2010~2011년, 60년만에 최악의 가뭄으로 아프리카 북동부 지역에서 발생한 기근과 인도주의적 위기의 확산의 후유증으로, 이러한 가뭄 추세 지속 여부에 관한 예측 연구가 활발히 이루어지고 있다.

 

비록 엘니뇨(El Nino) 현상이 동아프리카 지역의 강우에 미치는 영향이 확실하지만, 장기간의 강우 이동을 유발하는 인자에 대해서는 별로 알려진 바가 없다. 이번의 연구를 통해, 수 십 년간 동아프리카에서 계속되었던 역사적인 건조 추세에 대한 메커니즘을 설명할 수 있게 되었으며, 이는 해당 지역의 식량 안보와 미래 가뭄 예측 향상에 일조할 수 있을 것이다. 이번 연구 결과는 “네이처(NATURE)” 최신호에 게재된다.

 

이번 연구를 주도한 우즈홀 해양학연구소(WHOI, Woods Hole Oceanographic Institution) 소속 Jessica Tierney는 “문제는 동아프리카 지역의 기온, 강우에 관한 기기적 기록이 수 십, 수 백 년 동안의 기후 변동을 연구하기에는 충분하지 않다는 것이다. 해당 지역의 기록은 일반적으로 20세기로 제한되어 있다”고 말한다.

 

Tierney와 WHOI, 콜롬비아대학 라몽도 헤르티 지구 관측소(Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University)의 동료 연구진은 700년 주기 이상의 동아프리카 기후 변화를 연구하기 위해, 고기후(paleoclimate) 기록을 활용하였다.

 

동아프리카 고기후 기록은 호수 퇴적층 핵을 통해 분석된 수분 균형 상태의 지표로 구성되어 있다. 호수 퇴적층 분석을 통해 화분, 물분자 동위원소, 차콜, 지표 유실 흔적 등을 알 수 있다.

 

Tierney와 공동 연구진은 해당 데이터를 합성하여, 동아프리카 가장 동쪽 지구가 중세 시대(1300~1400년)에는 상대적으로 건조하였으나, 약 1600~1800년 사이의 소빙하기(Little Ice Age) 기간에는 습윤하였으며, 지금에 이르러 다시 건조해지는 명확한 패턴이 밝혀졌다.

 

동아프리카 해변 지역의 습윤 조건은 동아프리카 전역의 상승 대기 순환을 유발하고 강우를 강화시키는 동인도양의 차가운 해수면 온도와 서인도양의 따뜻한 해수면 온도와 관련이 있었다.

 

반면, 서인도양의 차가운 해수면 온도와 동인도양의 따뜻한 해수면 온도는 가뭄을 유발하였다. 고기후 기록을 통해, 이러한 해수면 온도의 변화가 역사적인 강우 변동을 유발하였음을 확인할 수 있었다.

 

동아프리카 지역의 장기간 기후 변화에 있어 인도양의 중심 역할은 매우 놀라운 발견이다. Tierney는 이에 대해, “비록 인도양이 오랫동안 태평양의 동생쯤으로 여겨졌지만, 오랜 세월 동안 동아프리카 강우에 상당한 영향력을 미치고 있었음이 확실해졌다”고 설명하였다.

 

하지만 이번 발견에 대해 여전히 많은 의문이 남아있다. Tierney는 “우리는 여전히 인도양의 해수면 온도 변화를 유발한 인자가 정확히 무엇인지 알지 못한다. 또한 이러한 소지역의 기후변화와 소빙하기의 기온 하강이나 현재 진행형이 기후 온난화와 같은 전지구적 기후변화 간 상관관계에 대한 이해가 부족하다. 기후 모델을 통한 추가적인 실험을 통해 점차적으로 알아내야 할 것”이라고 밝혔다.

 

지난 십여 년간, 아프리카 가장 동쪽 지역은 점차적으로 건조해지고 있지만, 일반 순환 기후 모델은 해당 지역이 지구 온난화에 대한 반응으로 점차 습윤해질 것으로 예측하고 있다. 공동 저자인 라몽도 헤르티 지구 관측소 소속 Jason Smerdon은 이에 대해, “해당 지역의 지리정치적 중요성을 고려해볼 때, 건조 기후의 지속 여부를 판단하는 것은 매우 중요한 작업이다. 따라서 동아프리카 지역에 대한 해당 모델에 대한 수정이나 강우 증가 예측에 대한 정확한 증명이 필요하다”고 지적하였다.

 

현재까지는 어떠한 기후 이론이 정확한지 명확하지 않지만, 인도양의 중요 역할에 대한 이번 발견이 기후 미스터리를 해결하는데 일조할 수 있을 것이다. 끝으로, Tierney는 “동아프리카 지역의 가뭄과 식량 안보에 대한 장기 추세 예측에 있어, 태평양의 단기적 엘니뇨 현상만 살필 것이 아니라 인도양의 해수면 온도 변화 패턴을 함께 고려해주길 당부한다”고 밝혔다.

 

 

 

With more than 40 million people living under exceptional drought conditions in East Africa, the ability to make accurate predictions of drought has never been more important. In the aftermath of widespread famine and a humanitarian crisis caused by the 2010-2011 drought in the Horn of Africa -- possibly the worst drought in 60 years -- researchers are striving to determine whether drying trends will continue.

 

While it is clear that El Nino can affect precipitation in this region of East Africa, very little is known about the drivers of long-term shifts in rainfall. However, new research described in the journal Nature helps explain the mechanisms at work behind historical patterns of aridity in Eastern Africa over many decades, and the findings may help improve future predictions of drought and food security in the region.
 
"The problem is, instrumental records of temperature and rainfall, especially in East Africa, don't go far enough in time to study climate variability over decades or more, since they are generally limited to the 20th century," explains first author Jessica Tierney, a geologist at the Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI). Tierney and her colleagues at WHOI and the Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University used what is known as the paleoclimate record, which provides information on climate in the geologic past, to study East African climate change over a span of 700 years.
 
The paleoclimate record in East Africa consists of indicators of moisture balance -- including pollen, water isotopes, charcoal, and evidence for run-off events -- measured in lake sediment cores. Tierney and her colleagues synthesized these data, revealing a clear pattern wherein the easternmost sector of East Africa was relatively dry in medieval times (from 1300 to 1400 a.d.), wet during the "Little Ice Age" from approximately 1600 to 1800 a.d., and then drier again toward the present time.
 
Climate model simulations analyzed as part of the study revealed that the relationship between sea surface temperatures and atmospheric convection in the Indian Ocean changes rainfall in East Africa. Specifically, wet conditions in coastal East Africa are associated with cool sea surface temperatures in the eastern Indian Ocean and warm sea surface temperatures in the western Indian Ocean, which cause ascending atmospheric circulation over East Africa and enhanced rainfall.

 

The opposite situation -- cold sea surface temperatures in the western Indian Ocean and warmer in the East -- causes drought. Such variations in sea-surface temperatures likely caused the historical fluctuations in rainfall seen in the paleorecord.
 
The central role of the Indian Ocean in long-term climate change in the region was a surprise. "While the Indian Ocean has long been thought of as a 'little brother' to the Pacific, it is clear that it is in charge when it comes to these decades-long changes in precipitation in East Africa," says Tierney.
 
Many questions remain, though. "We still don't understand exactly what causes the changes in sea surface temperatures in the Indian Ocean and the relationship between those changes and global changes in climate, like the cooling that occurred during the Little Ice Age or the global warming that is occurring now," says Tierney. "We'll need to do some more experiments with climate models to understand that better."
 
In the past decade, the easternmost region of Africa has gotten drier, yet general circulation climate models predict that the region will become wetter in response to global warming.

 

 "Given the geopolitical significance of the region, it is very important to understand whether drying trends will continue, in which case the models will need to be revised, or if the models will eventually prove correct in their projections of increased precipitation in East Africa," says co-author Jason Smerdon, of the Lamont-Doherty Earth Observatory.
 
While it's currently unclear which theory is correct, the discovery of the importance of the Indian Ocean may help solve the mystery. "In terms of forecasting long-term patterns in drought and food security, we would recommend that researchers make use of patterns of sea surface temperature changes in the Indian Ocean rather than just looking at the shorter term El Nino events or the Pacific Ocean," says Tierney.
 
In addition, Tierney and her colleagues lack paleoclimate data from the region that is most directly affected by the Indian Ocean -- the Horn of Africa. The paleoclimate data featured in this study are limited to more equatorial and interior regions of East Africa. With support from National Science Foundation, Tierney and her colleagues are now developing a new record of both aridity and sea surface temperatures from the Gulf of Aden, at a site close to the Horn.
 
"This will give us the best picture of what's happened to climate in the Horn, and in fact, it will be the first record of paleoclimate in the Horn that covers the last few millennia in detail. We're working on those analyses now and should have results in the next year or so," says Tierney.
 
This research was based on work supported by the National Science Foundation and the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).