기후변화로 지구가 전반적으로 따뜻해지고 있음에도 불구하고, 북반구 겨울철 한파는 사라지지 않고 있다. 오히려 북미 지역에서는 최근 10년 사이 극심한 추위가 더 서쪽으로 이동하고 있다는 분석이 나온다고 어스닷컴이 보도했다.
미국 매사추세츠대학교 로웰 캠퍼스와 예루살렘 히브리대학, 매사추세츠공과대학(MIT) 공동 연구진은 최근 발표한 논문에서, 성층권 상공에서 발생하는 북극 소용돌이(polar vortex, 폴라 보텍스)의 형태와 위치 변화가 북미 지역 한파 발생과 밀접하게 연결돼 있다고 밝혔다. 해당 연구는 과학저널 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에 게재됐다.
대기 상층의 변화, 지상의 기온을 바꾼다
연구진은 성층권 내 북극 소용돌이, 즉 '성층권 북극 소용돌이(Stratospheric Polar Vortex, SPV)'의 형태와 강도가 지상 기온과 폭설에 미치는 영향을 분석했다. 특히 SPV의 두 고도 층에서 각각 다른 형태로 나타날 수 있으며, 그 미세한 차이가 겨울철 강추위의 위치와 시기를 결정짓는 요인이 된다는 점에 주목했다.
연구진은 기계학습 기반 클러스터링 기법(K-평균 알고리즘)을 통해 SPV의 대표적 형태를 다섯 가지 유형으로 분류했고, 이 중 두 유형(P2, P3)이 극심한 한파 및 폭설과 유의미한 상관관계를 보였다.
한파 유발하는 두 가지 소용돌이 패턴
P2 유형은 북극 중심에 강한 소용돌이가 형성되며 하층 대기에서 소용돌이가 장축 형태로 늘어진 구조를 보인다. 이 경우, 알래스카와 시베리아 상공에서 성층권 행성파가 반사되며, 냉기가 북서부 미국 전역으로 확산되기 쉬운 조건을 만든다.
반면, P3 유형은 소용돌이의 중심이 북대서양 방향으로 이동한 상대적으로 약한 패턴으로, 성층권 파동이 아시아와 북태평양 상공에서 반사되며 한파가 중부와 동부 지역으로 집중된다. 연구진은 이 두 유형이 2021년 텍사스 대정전과 같은 극한 기상 현상의 원인일 수 있다고 분석했다.
엘니뇨·라니냐 등 열대 해양 순환이 결정적 영향
이러한 성층권의 소용돌이 패턴은 단순히 북극 상공의 기압 구조뿐 아니라, 태평양 해수면 온도와 같은 열대 해양 순환에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.
P2 유형은 라니냐(La Niña) 발생기와 동반되기 쉽고, P3 유형은 엘니뇨(El Niño) 시기에 자주 나타난다. 또한, 성층권 내 장주기 순환인 QBO(준이년 진동)의 서풍 단계, 북극진동(AO)의 음의 국면 등과도 연계된다는 분석이다.
'추위가 옮겨간다'…최근 10년간 서쪽으로 이동한 냉기
과거에는 겨울철 강한 냉기가 미국 중동부 지역에 집중됐지만, 최근 10년간은 북서부 지역에서 강력한 한파가 빈번하게 발생하고 있다. 연구진은 이러한 변화가 P2 유형의 증가와 일치한다고 설명했다.
실제로 연구진이 사용한 rAWSSI(한파·적설·강설 종합지수)에 따르면, P3 유형은 미 중동부에서 가장 심한 기상 조건을 유발했고, P2 유형은 북서부 지역에 집중된 한랭과 폭설을 유도했다. 이러한 유형 변화는 곧 한파의 지리적 이동 경로와 시기를 설명하는 중요한 단서가 된다.
예측 정밀도 향상 기대…성층권 감시의 중요성 커져
이번 연구는 단순히 지상 기온만을 분석한 것이 아니라, 성층권 내 파동 활동, 해양 순환, 적설량 등을 통합적으로 고려한 점에서 기존 연구보다 예측력 면에서 한층 진일보한 분석으로 평가된다.
연구진은 "극한 한파는 앞으로도 계속해서 반복될 것이며, 다만 그 발생 위치가 점차 서쪽으로 이동할 수 있다"며 "성층권의 움직임과 해양 이상 기류의 연계를 지속적으로 관찰할 경우, 2~3주 전 미리 한파를 예측할 가능성도 열릴 것"이라고 밝혔다.
기후위기 속 '예외적 한파'의 과학적 설명
일반적으로 기후변화는 겨울을 점차 온화하게 만들 것이라는 기대가 존재하지만, 이번 연구는 그와는 반대되는 기류를 설명한다. 지구 평균기온이 상승하더라도, 북극 소용돌이의 비정상적인 변화와 성층권 반사파동이 복합 작용하면 여전히 극한의 추위가 일어날 수 있다는 것이다.
기후위기는 단순한 온도 상승 이상의 복잡한 양상으로 진행되고 있다. 일부 지역에서는 더 강력한 한파가, 다른 지역에서는 건조와 이상 고온이 동시에 발생할 수 있다.
이 연구는 미국 국립과학재단(NSF), 미국-이스라엘 양국 과학재단(BSF), 에너지부(DOE), 해양대기청(NOAA)의 지원을 받아 진행됐다. 연구진은 향후 기후모델에 SPV 및 해양 순환 변화 요소를 통합함으로써, 계절 예보와 재해 대응에 실질적 기여를 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
