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- 겨울 추위의 원인은 우리 머리 위 약 50km 상공, 성층권에 있다.
- 그곳에서 극소용돌이의 교란으로 북극의 찬 공기가 평소보다 더 남쪽으로 이동
- 극소용돌이의 변형은 북극 성층권의 온도와 기압 상승, 즉 '성층권 온난화'로 발생
- 극 소용돌이의 남쪽 확장은 저고도 제트 기류에도 영향
- 북극 온난화와 해빙 감소는 극소용돌이 약화시키고 확장시켜

기후 변화에도 불구하고 겨울 추위는 어디에서 오는 걸까?
극소용돌이 교란이 미국과 유럽의 추위와 눈을 설명한다.

지구 온난화에도 불구하고 미국은 심각한 겨울 폭풍과 극심한 추위를 겪고 있다. 독일 역시 최근 몇 주 동안 눈이 내리고 추웠다. 우리나라도 십여일 이상 아침 최저기온이 영하 10도를 오르내린다. 그 원인은 무엇일까? 이러한 겨울 추위의 원인은 우리 머리 위 약 50km 상공, 성층권에 있다. 그곳에서 극소용돌이의 교란으로 북극의 찬 공기가 평소보다 더 남쪽으로 이동하고 있는 것이다. 그렇다면 이러한 이상 현상은 어떻게 발생하는 걸까? 그리고 우리의 날씨에 어떤 영향을 미치는가? 

▲ 이 그림은 미국에서 발생한 겨울 폭풍과 한파의 원인을 보여준다. 극소용돌이(파란색)와 제트기류(연한 파란색)가 남쪽으로 크게 치우쳐 있다. 흰색 선은 2026년 1월 26일의 결빙선을 나타낸다. © Mathew Barlow / CC-by 4.0

기후 변화로 인해 대기는 점점 더 따뜻해지고 있으며, 이는 겨울을 온화하게 만들어야 한다. 실제로 측정 데이터에 따르면 최근 수십 년 동안 추운 날과 눈이 내리는 빈도가 줄어들었다. 그런데도 북미와 유럽은 여전히 ​​극심한 겨울 폭풍과 한파를 반복적으로 겪고 있으며, 가장 최근에는 2019년 겨울, 2021년 봄, 그리고 올해에도 마찬가지였다.

그 원인은 무엇일까? 겨울철 극심한 추위의 한 가지 원인은 북극 주변을 도는 강력한 원형 기류인 극소용돌이다. 극소용돌이는 북극 상공의 정체된 저기압 시스템과 따뜻한 온대 지역과 북극 기단의 경계에서 발생한다. 이로 인해 상층 대기와 하층 대기에 빠르게 움직이는 바람대가 형성된다. 이 극소용돌이는 특히 겨울에 두드러지게 나타나며, 일반적으로 북극 기단을 가두는 역할을 한다.

▲ 2026년 1월 24일 미국에 예상되는 겨울 폭풍(분홍색, 보라색)과 극심한 추위(파란색) 예보. © 미국 국립기상청

극소용돌이가 약해질 때

하지만 때때로 극소용돌이가 약해지면서 형태가 변형되기도 한다. 평소에는 극지방 근처에 위치하는 원형 기류가 온대 지역까지 멀리 뻗어 나가는 호를 형성하게 된다. 매사추세츠 대학교의 매튜 발로우(Matthew Barlow)는 "이러한 극소용돌이의 변형은 일반적으로 북극 성층권의 온도와 기압 상승, 즉 '성층권 온난화' 현상으로 인해 발생한다"고 설명했다.

발로우의 보고에 따르면, 현재 북극 상공에서 이러한 성층권 온난화 현상이 관측되고 있다. 이러한 이상 현상은 북극 기단과 주변 지역 사이의 온도 차이를 줄여준다. 이는 극 소용돌이를 약화시키고 동시에 환형 기류가 남쪽으로 넓게 퍼져나가 거의 미국 전역을 뒤덮게 한다. 이 "팽창부"는 북극의 찬 공기를 남쪽으로 멀리 이동시켜 미국 남부 주들까지 극심한 저온 현상을 일으킨다.

폭풍을 일으키는 제트 기류

하지만 여기서 끝이 아니다. 미국을 강타한 심각한 폭풍과 폭설은 또 다른 대기 이상 현상에 의해 더욱 심화된다. 극 소용돌이의 남쪽 확장은 저고도 제트 기류에도 영향을 미친다. 고도 10km에 위치한 이 바람 띠는 북위 40도와 50도 사이에서 지구를 순환한다. 제트 기류의 호와 파동은 온대 지역의 날씨 패턴에 매우 중요한 역할을 한다.

▲ 극소용돌이는 일반적으로 북극의 찬 공기를 북극 상공에 가두는 역할을 한다(왼쪽). 하지만 극소용돌이가 약해지면 이동하거나 심지어 분열될 수도 있다. © NOAA

"특정 조건 아래에서 극 소용돌이와의 피드백 작용으로 제트 기류의 에너지가 증가하고 남북 방향의 호가 증폭될 수 있다"고 바를로우는 설명했다. 2026년 1월 북미 대륙에서 정확히 이러한 현상이 발생했다. 이로 인해 멕시코만灣의 따뜻하고 습한 기단과 연결되었고, 이 기단이 북미 대륙을 강타한 이번 겨울 폭풍의 엄청난 폭설을 초래했다.

기후 변화가 원인일까?

그렇다면 기후 변화는 이 모든 현상에 어떤 역할을 할까? 지구 온난화가 이번 겨울 폭풍과 한파의 원인이라고 단정적으로 증명할 수는 없다. 하지만 몇 년 전 모델 시뮬레이션 결과에 따르면 북극 온난화와 해빙 감소는 극소용돌이를 약화시키고 확장시키는 것으로 나타났다. 전반적으로 겨울은 온화해지고 한파 발생 빈도는 줄어들지만, 한파가 발생할 때는 이전보다 더 극심하고 남쪽까지 영향을 미친다. 따라서 역설적으로 들릴지 모르지만, 이번 겨울의 한파는 기후 변화와 모순되는 현상은 아니다.

출처: 미국 해양대기청(NOAA), 유럽우주국(ESA), 더 컨버세이션(The Conversation)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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