기후변화는 기상이변을 촉진한다. 속이 바뀌면 겉은 더 크게 바뀐다. 2020년대 들어 거의 위기 수준에 도달한 기후변화를 따져보고 그것이 가져오는 기상이변이라는 현상을 짚어보고자 한다. 전문가인 김해동 필자가 수고하기로 했다. 6회에 걸쳐 이상기상의 원인, 가을장마와 슈퍼태풍, 겨울철 이상한파, 대형화하는 홍수와 가뭄, 식물과 곤충의 피해를 다룰 예정이다. 첫 번째 칼럼에서는 봄철 인도폭염으로 인해 한국의 여름 장마가 약화되고 전세계적으로는 가뭄, 토양건조화가 농업위기로 이어지는 구조를 해부한다. 가뜩이나 러시아-우크라이나 전쟁은 끝날 기미가 없는데 이번 여름은 가물고 길어질 모양이다. [편집자 주]
✔300년 간격의 폭염이 3년 간격으로 줄어✔일상이 되어버린 과거의 이상기후 현상✔폭염이 잦은 인도에서도 유별난 금년 폭염✔냉방용 화력 발전과 폭염의 악순환 고리✔폭염의 뒤는 가뭄, 생태계 파괴, 흉작✔우크라이나 전쟁과 함께 전세계 밀 품귀
2021년 10월 말 발표된 ‘2021년 이상기상보고서’의 제목은 ‘새로운 기준이 된 이상기후현상’이었다. 세계기상기구는 이상기상을, 30년에 1회의 빈도로 기록될 정도로 좀체 경험할 수 없는 기상 사건이라고 정의한다. 과거엔 사람들이 좀체 경험하지 못했던 특이한 기상현상들이 이젠 일상적으로 발생하는 시대가 되었다는 말이다. 금년에 나온 영국기상청의 분석에 의하면 2010년 이전에 300년 빈도로 나타날 수 있던 폭염이 그 이후로는 3년에 한번 씩 발생하게 되었다고 한다. 이런 경우를 과거엔 이상기후현상이었던 것이 이제는 일상(새로운 기준)이 된 사례라고 할 수 있다. 2022년에도 과거엔 좀체 볼 수 없었던 이상기후현상이 지구 곳곳에서 빈발하고 있는데, 그러한 사례의 하나로 3월부터 시작되어 5월 중순까지 이어진 인도의 폭염사건을 들 수 있다. 금년도 인도폭염은 과거의 그것에 비하여 얼마나 더 대단하고 다른 특성을 갖는 것인지, 인도폭염의 원인과 그것이 우리나라를 포함한 전 세계에 미칠 영향은 무엇인지를 차례대로 살펴보고자 한다.
인도에 폭염이 잦은 이유와 금년도 인도폭염의 원인
금년도 인도폭염의 가장 큰 특징은 3월에 시작되었기에 봄이 사라지고 겨울에서 곧바로 여름으로 넘어갔다는 사실에 있다. 금년도 인도의 3월 기온은 122년 전에 기상관측을 시작한 이래로 가장 고온이었고, 4월 기온도 기상관측 역사상 3번째로 높았다.
계절에 걸맞지 않는 기후의 출현은 인간과 자연에 재앙이 된다. 금년도 인도 폭염이 그에 해당하는 사건이었고, 왜 지금을 기후위기의 시대라고 부르는 지를 알려주는 생생한 사례였다.
영국 임페리얼 칼리지 런던의 그랜섬 연구소에서는 금년에 발생한 인도의 봄철 폭염은 3천년에 한번 발생할 수 있는 매우 희귀한 사건이라는 연구 결과를 발표하였다. 아울러 산업화 이전에 비하여 지구 온도가 2도 상승하게 되면 이런 사건이 5년에 1회의 빈도로 발생하게 되어 일상적인 기후가 될 것이라고 지적하였다(연합뉴스, 5월 24일).
우기 시작 전 연중 최고 더위는 인도에서는 흔한 일
인도에서는 6월 초에 여름 우기가 시작되기 전에 내륙지역(북위18도 동경 80도 부근)을 중심으로 극심한 고온이 나타난다. 2015년에는 5월 31일 기준으로 2200명 이상의 사망자가 발생하였다고 인도방재관리국이 발표한 사건도 있었다. 2015년 폭염을 포함한 인도 내륙의 폭염원인은 보통 다음과 같이 설명한다. 벵갈 만의 수온이 점차 상승하여 5월 하순부터 적운대류가 매우 활발한 상태가 된다(고온의 해수면으로부터 열과 수증기를 공급받은 하층대기가 왕성한 부력을 얻게 되는 결과임). 상승한 공기에서 수증기가 응결되어 비로 내리고 응결열로 공기는 더욱 가열된다. 이렇게 고온 건조화 된 공기가 인도 내륙 상공으로 이동해가서 그곳에서 하강하면서 폭염을 유발한다. 상층에서 공기가 지상으로 하강할 때에는 부피가 수축되는 효과가 발생하기 때문에 1km 하강함에 따라서 기온이 10도 정도 상승하는 효과가 나타난다. 하강기류가 강한 곳에서는 구름이 존재하기 어렵기 때문에 지표에 더욱 강한 태양 빛이 도달하여 지표를 가열하기 때문에 기온이 더욱 높아진다. 또 하강기류가 강하면 지표에서 가열된 공기가 상공으로 상승하지 못하고 지표 부근에 정체하게 된다. 이를 대기 열돔 현상이라고 부른다. 인도에서 우기가 시작되기 직전인 5월 하순에 연간 가장 더운 시기가 되는 원인은 이런 대기 순환의 특성에 있다. 해에 따라서 고온의 정도에 차이가 생기는 원인의 상당 부분은 이 대기 순환구조의 강하고 약함으로 설명할 수 있고 고온이 지속되는 기간은 우기가 언제 시작되는가에 크게 의존한다.
제트기류가 이례적으로 꼬불꼬불 흐르며 북인도 상공에 철벽을 두름
그렇다면 과거보다 일찍 시작된 금년도 인도폭염을 만든 원인은 어떻게 설명할 수 있을까? 전 세계에 일기예보를 제공하는 아큐웨더(AccuWeather)는 인도폭염의 원인을 제트기류의 이상 경로에서 찾고 있다. 상층 대기에서 위도 38도를 중심으로 남북방향으로 사행하면서 지구를 일주하는 편서풍 파동 내의 제트기류가 인도대륙에서 평년에 비하여 훨씬 북쪽으로 돌출하여 사행(meandering, 蛇行)하는 경로를 취하였고, 이로 인해 고온의 남쪽 공기가 평년과 다르게 훨씬 이른 시기에 훨씬 북쪽까지 올라갔다(그림 1). 아울러 이 제트기류가 인도 북부 지역 상공에서 시계방향으로 회전하면서 흐르고 있기 때문에 인도 중북부와 파키스탄 상공에 정체성 고기압이 자리를 잡았다(시계방향의 흐름이 생길 경우에 이를 고기압성 흐름이라고 하고, 이 흐름이 하강기류를 만들어 낸다.) 이 상층 고기압에서 만들어진 하강기류가 마치 솥뚜껑처럼 지표면으로부터 열을 받아서 가열된 하층의 뜨거운 공기가 상승하지 못하도록 내리누른다. 이른바 열돔(heat dome) 상태를 형성하였다. 20221년 6∼7월에 기승을 부린 북미 서부지역이나 2018년에 역대급 폭염을 부른 우리나라의 폭염과 비슷한 상황이 형성되었던 셈이다. 고기압의 정체로 쾌청한 날이 이어지면서 태양빛이 지표면을 더욱 강하게 가열하였고 부가적으로 가뭄도 길어졌다. 이를 기상학자들은 상층 제트기류가 만들어낸 강한 고기압이 정체하면서 열돔을 만들었다고 간단하게 표현한다.
그런데 이런 설명은 일기도상에 나타난 현상을 그대로 설명한 것에 불과하다. 문제는 왜 상층 제트기류가 그렇게 이상한 궤적을 따라서 흐르게 되었는가에 대한 답을 찾는 것이다. 이 문제에 대해서 필자의 견해를 제시해 보고자 한다. 이 문제를 다룬 학술 논문이 나온 단계가 아니라 조심스럽지만, 확인된 관측 자료를 바탕으로 원인을 추정해 보면 다음과 같은 점을 들 수 있다.
라니냐로 인해 서태평양에서 고온 바람이 인도양으로 불어와
첫째, 티베트 고기압의 이상 발달이 눈에 띈다. 지난 겨울철에 티베트 고원에 강설량이 평년보다 적어서 이른 시기부터 티베트 고기압의 지표면이 뜨거워졌다. 눈은 토양보다 태양빛을 훨씬 많이 반사할 수 있기 때문에 겨울철에 눈이 많이 내려서 눈 덮임이 충분한 해에는 티베트 고원의 온도상승이 낮고, 그 반대인 경우엔 티베트 고원의 온도가 높게 나타난다. 티베트 고원의 지표온도가 높으면 그곳에서 가열된 공기가 강하게 상승하여 상층대기에서 발산한다(주변으로 흩어져 가는 것을 발산이라고 함). 즉 상층 고기압이 발달하게 된다. 500hPa 이상의 중상층 대기에서는 티베트 고원 중심으로 강한 고기압성 회전이 생겨서 아열대 서풍 제트를 북쪽으로 밀어 올려서 금년과 같이 상층 제트기류의 이상 경로가 유발될 수 있다. 2018년의 여름철에 티베트 고기압이 크게 발달하여 동쪽으로 확장되어 우리나라 상공을 덮어 열돔 현상을 만들었다. 금년에도 재현될 가능성이 높다. 둘째, 라니냐현상의 영향을 들 수 있다. 라니나의 영향으로 열대 서부 태평양에서 인도양으로 부는 지상의 편동풍이 고수온해역에서 더욱 높은 수온을 만들었다, 그 결과로 2015년 인도폭염 사건의 주요 원인으로 지목된 바와 같이 열대 해역에서 대류가 활발해 지면서 인도 내륙지역과 열대 해역(벵골 만) 사이에 대기 순환 구조가 더욱 강화된 것을 원인으로 들 수 있다. 약간 부연을 하자면 인도 대륙은 동쪽으로 방글라데시를 끼고 있는 벵골만, 서쪽으로 파키스탄, 아리비아 반도와 이어지는 아라비아해를 끼고 있는데 대부분의 의미있는 기상변화는 벵골만에서 발생해 전체 인도 대륙에 영향을 미친다. 앞서 얘기한 서태평양에서 인도양으로 부는 편동풍의 영향이다.
이상기후현상이 기승을 부리는 이유와 영향
기후변화로 인하여 북극권의 고온화가 진행되어 차가운 공기의 세력이 현저하게 약화되고 있다. 지구온난화로 인한 지구의 온도 상승은 극 지역에서 훨씬 크게 나타나는데 이를 극 증폭현상(polar amplification)이라고 부른다. 극 증폭현상이 상층 제트기류를 약화시키기도 하고 제트기류의 위치를 불규칙하게 만들기도 한다. 이 극 증폭현상이 세계 각지에서 발생하는 계절에 부합하지 않을 정도로 극심한 이상기후 현상을 만든다. 제트기류는 극지방의 찬 공기와 남쪽 따뜻한 공기세력 간의 경계에 위치한다. 극지방 찬 공기와 남쪽의 따뜻한 공기 세력이 균형을 이룰 경우에는 제트기류의 위치가 38도 부근을 중심으로 하여 계절에 따라서 북상(여름) 또는 남하(여름)한다. 그런데 극 증폭현상으로 극지방의 찬 공기 세력이 약해지면 제트기류 자체가 약해지기도 하고, 극지방의 찬 공기가 어떤 경도대에서는 저위도로 치우치고 또 다른 경도대에서는 고위도로 수축된다. 이에 따라서 제트기류가 저위도로 치우친 지역에선 한파가, 고위도로 수축된 지역에선 저위도의 따뜻한 공기가 북상하여 과거에 볼 수 없었던 열파가 나타나기도 한다. 이러한 기후변동성의 확대 현상은 자연생태계와 인간에게 큰 위험요인이 되고 있다. 금년의 경우에도 금년도 5월 23일의 500hPa 고도의 일기도(그림 2)를 통하여 볼 수 있듯이 북극권의 찬 공기가 북미대륙의 서쪽으로 치우쳐 내려갔고, 동아시아에서 인도까지 북극권 찬 공기가 수축되어 있는 것을 볼 수 있다. 일기도 상의 등치선은 500hPa이 나타나는 고도가 같은 지점을 이은 선으로 등고선이라고 부른다. 그런데 등고선 값은 지상에서 500hPa 고도 사이의 공기 온도에 비례하므로 등고선을 등온선이라고 간주하여도 무방하다. 등치선이 북쪽에서 남쪽으로 내려간 곳은 북극권의 찬 공기가 남쪽으로 치우쳐 위치하고 있는 상황을 나타낸다. 등치선의 간격이 조밀한 곳이 편서풍 파동대의 제트기류가 위치하는 곳이다.
계절에 어울리지 않는 기후의 출현은 심각한 기후재해를 유발한다. 계절을 벗어난 이상기후현상의 출현이 전 세계에서 기승을 부리고 있는데, 금년에도 미국에서는 동부와 서부 지역에서 전혀 다른 형태의 이상기후가 맹위를 떨쳤다. 5월 21일에 서부지역은 저온현상이 나타났고 콜로라도 덴버에서 50cm가 넘는 폭설이 내렸다. 반면에 동부지역에서는 때 이른 폭염이 기승을 부렸는데, 버지니아주 리치먼드와 필라델피아에서 35도를 넘는 고온이 나타났다.
우리나라에서도 최근 개화시기에 꿀벌이 사라졌다는 뉴스가 이어진다. 그 원인 중의 하나로 계절에 어울리지 않는 기후의 출현을 들 수 있다. 기후위기와 관련하여 가장 주목받는 것은 기온의 빠른 상승이다. 우리나라에서도 3, 4월에도 30도를 웃도는 고온이 종종 나타난다. 그렇게 이른 시기에 고온이 기승을 부리다가도 갑자기 기온이 급강하하는 한파특보가 발령되기도 한다. 이로 인한 농작물의 동해 피해가 증가하고 있다. 이러한 기온의 불순한 변화가 꿀벌과 같은 유익한 곤충들을 멸종으로 내몰고 있어서 또 다른 피해를 만들어 낸다.
인도폭염의 영향 1: 장마전선 일본 머무르며 한국은 마른 장마
인도는 동경 70∼90도 사이에 위치하므로 우리나라로부터 서쪽으로 수천km나 떨어져 있다. 그럼에도 우리나라를 포함한 동아시아 기후에 큰 영향을 미친다. 우리나라의 여름철 기후를 특징짓는 것으로 장마를 들 수 있다. 매년 5월 말에서 6월 상순경이 되면 일본열도 먼 해양 상에서 장마전선이 만들어진다. 시간이 지남에 따라서 장마전선이 북상하여 6월 하순 정도에 제주도와 남해안이 장마전선의 영향에 접어든다. 이후 7월 중순경까지 장마전선은 한반도를 남북으로 오르내리면서 많은 비를 내리고 사라진다. 장마 후기에는 북태평양고기압의 가장자리를 따라서 수송되어오는 수증기가 전선 상에서 응결하여 비로 내리는 비중이 높다. 하지만 장마 초기에 장마전선에서 만들어지는 비의 상당 부분은 인도에서부터 서풍을 타고 수송되어온 수증기가 응결되어 만들어진다. 이렇게 인도의 기후와 우리나라를 포함한 동아시아의 기후는 밀접하게 연결되어 있다.
벵갈 만을 포함한 인도양 열대해역의 해수면온도도 우리나라를 포함한 동아시아 여름기후에도 큰 영향을 미친다. 그곳의 해수면온도가 높을 경우에는 인도양 전 해역에서 해수면 기압이 낮아진다. 그 저기압이 적도를 따라서 서태평양까지 확장되는 경향을 보인다. 이렇게 되면 필리핀의 민다나오 섬 동쪽 해역에서는 저기압을 향해서 부는 북동풍이 평상시보다 강해진다(기상학자들은 편동풍 편차가 발생한다고 표현함). 이 편동풍 편차를 보상하기 위해서 필리핀 부근 해양을 중심으로 하강기류가 발달하게 되어 대류활동이 억제된다. 이 하강기류가 북태평양 고기압이 북쪽으로 확장되는 것을 억제시킨다. 그 결과 북태평양고기압의 북쪽 가장자리에서 발달하는 장마전선이 일본 열도 부근에 머물면서 그곳에 많은 비를 내리게 되어 우리나라는 장마활동이 약하고 강우량이 적은 해가 되는 경우가 많다.
인도폭염의 영향 2: 석탄발전 증가, 가뭄으로 인한 토양 건조화
이른 봄부터 시작된 폭염이 장기간에 걸쳐서 이어짐으로서 인도와 파키스탄에서 냉방 수요가 치솟고 정전 사태도 빈번하였다고 한다. 발전소에서는 발전량을 늘리면서 석탄재고 부족사태가 빚어졌고 철도 당국은 여객열차 운행을 중단하고 석탄 수송 열차로 긴급 편성하기에 이르렀다. 발전소에서 사용하는 석탄은 저질 유연탄이라 이산화탄소만이 아니라 블랙카본(black carbon)이라고 불리는 검은 분진을 대량 방출한다. 1kw의 전기를 만들 때에 배출하는 이산화탄소 양은 화석연료 중에서 석탄이 압도적으로 많다(천연가스의 약 2배). 블랙카본은 대기오염 물질이면서 강력한 지구온난화 유발 물질이다. 블랙카본이 대기 중에서 태양빛을 흡수하여 대기온도를 높이고(지구온난화 가중), 구름 속에서 응결핵의 역할을 하여 전 세계의 강수량에 불균형을 가져오기도 한다. 블랙카본은 대기 중에 정체하는 시간은 짧지만 대기 중에서 유발하는 지구온난화 효과는 매우 강력하다. 석탄발전소 가동이 전 세계에 폭염을 더욱 가중시키는 상승작용을 한다는 말이다.
폭염은 이란성 쌍둥이로 가뭄을 수반한다. 이른 봄부터 시작되어 길게 폭염이 이어짐으로써 물 부족, 토양건조화가 더욱 심각해진다. 이것은 자연생태계를 파괴하고 농작물에 흉작을 만든다. 인도와 파키스탄은 인구 대국이고, 밀과 면화의 세계적인 생산지이다. 이곳에서 밀 생산에 큰 차질이 빚어지고, 우크라이나 전쟁과 맞물리면서 세계 밀 공급에 비상사태가 빚어지고 있다. 면화생산 차질도 세계 경제에 미치는 파급이 크다. 식량 공급의 부족은 인구가 많고 빈곤한 지역에 기근을 유발하게 되는데, 그것은 2011년 시리아 사태에서 보았듯이 정치적 불안정으로 이어지기 쉽다. 지구촌의 정치 불안정은 비상 상황으로 빠져들고 있는 전 세계의 경제상황을 더욱 어렵게 만들 개연성을 높일 것이다.
글쓴이 김해동은어린 시절부터 과학 교사를 꿈꾸어 부산대 지구과학교육과를 졸업하고 같은 대학에서 기상학 전공으로 석사학위를 받았다. 짧은 교사 생활을 거쳐 동경대학 대학원에서 기상학 전공으로 박사학위를 취득하였다. 박사과정 중 목도한 해양 철분 살포 실험을 계기로 기후변화 문제에 기여할 과학의 역할을 깊이 생각하게 되었다. 기상청 기상연구소 연구관을 거쳐 1998년부터 계명대학교 환경학부 교수로 재직하고 있다.