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- Aeolus 위성의 측정 데이터, 2020년 12월 중순 이후 극지 소용돌이가 비정상적으로 강해져
- 소위 '베를린 현상'으로 극지방 성층권의 온도 단시간에 최대 50도까지 상승
- 대기로의 열 유입이 성층권의 갑작스런 온난화를 촉진

극지 소용돌이의 이상
비정상적으로 강한 소용돌이의 변화는 눈과 추위를 설명한다.

스페인의 눈, 북미의 추위 :
최근 몇 주 동안의 북반구 중위도에 변덕스러운 날씨가 기승이었다.
위성이 알려주는 극지방 측정 데이터에 의하면 원인은 극지방 소용돌이의 엄청난 교란 때문이다. 이 베를린 현상 동안 극지방의 성층권은 갑자기 수십도 정도 따뜻해진다. 이를 통해 일반적으로 중위도에서 북극 공기를 멀리하는 바람 장벽이 무너진다. 결과적으로 이 차가운 공기가 멀리 남쪽으로 침투하게 되는 것이다.

*베를린 현상은 1952년 베를린 기상학자 Richard Scherhag이 발견한, 지상 10-50km 상공이 성층권이 데워지는 현상(편집자 주)  

▲ 지난 몇 주 동안 극지 소용돌이가 갈라졌고 바람 방향이 부분적으로 역전되었다 (파란색) © University of Bath / C. Wright

역설적이다.
지구 온난화에도 불구하고 최근 몇 년 동안 비정상적으로 강한 겨울 추위가 발생했다.
북극 공기는 유럽과 북미의 중위도까지 평소보다 더 멀리 침투한다. 지난 몇 주 동안 스페인에 이르기까지 유럽의 많은 지역에서 폭설로 이어졌다. 현재 특히 미국 북동부에서 추위가 발생했다.

관찰 중인 극 와류

왜?
일반적으로 북극의 극지방 공기는 바람막이로 둘러싸여 있다.
특히 겨울에 두드러지는 이 극지 소용돌이는 성층권의 가장자리까지 확장돼 극지방의 차가운 공기가 중위도로 침투하는 것을 방지한다. 그러나 때때로 극지방의 소용돌이가 약해지고 부풀어 오르면 북극의 공기가 우리에게 도달할 수 있고 중위도에서 찬 기류가 침투한다.
이렇게 되는 것은 정상이다.

그러나 올해 ESA의 Aeolus 위성의 측정 데이터가 보여주듯이 극지 소용돌이 카프리올렌(Kapriolen)은 정상 범위를 넘어가고 있다. 이 위성은 궤도에서 직접 극풍을 측정할 수 있는 최초의 위성이다.
이를 위해 UV 레이저 빔의 펄스를 아래쪽으로 보내고 움직이는 공기 입자에 의해 다시 산란 된 빔의 스펙트럼을 측정한다. 바람의 속도는 스펙트럼선의 이동에서 읽을 수 있다.

또한, 측정 데이터를 통해 낮은 성층권의 온도(극지 소용돌이에 중요한 고도 범위)에 대한 결론을 도출 할 수 있다.

▲  애니메이션은 2020년 12월 1일부터 2021년 2월 1일까지 극지 소용돌이의 변화를 보여준다. © University of Bath / C. Wright

역풍과 붕괴된 소용돌이

현재 분석에 따르면 2020년 12월 중순 이후 극지 소용돌이가 비정상적으로 강해졌다.
ESA의 안네 그레테 스트라우메(Anne Grete Straume)는 "우리는 현재 극지 소용돌이가 두 부분으로 나뉘는 현상을 관찰하고 있다. 하나는 북대서양을 돌고 다른 하나는 북태평양을 돌고 있다"고 설명했다. 동시에, 바람의 방향은 서쪽에서 동쪽으로 극지 소용돌이의 넓은 지역에서 완전히 반전됐다.

이 이상 현상의 원인은 이른바 "베를린 현상"이다.
이 희귀한 기상 현상에서 극지방 성층권의 온도는 단시간에 최대 50도까지 상승한다.
이것은 북극과 더 남쪽 지역 사이의 대비를 감소시키고 극지 소용돌이의 "모터"가 무너지게 한다.
"Aeolus 덕분에 우리는 처음으로 그러한 사건을 직접 따를 수 있다"라고 Bath 대학의 코윈 라이트(Corwin Wright)가 말했다.

기후 변화가 원인일까?

흥미로운 점은 몇 년 전 과학자들이 극지 소용돌이의 약화와 베를린의 희귀한 사건이 더 빈번 해지고 있다는 것을 발견했다. 가능한 원인은 북극 해빙의 후퇴와 북대서양의 온난화 증가이다. 모델에 따르면 대기로의 열 유입이 성층권의 갑작스런 온난화를 촉진하기 때문이다.

"따라서 우리는 기후 변화가 이 극지방 기상 현상을 강화하는지 여부와 그 정도를 더 잘 이해하려고 한다. 우리의 Aeolus 데이터에서 구체적인 결론을 내리기에는 아직 너무 이르다. 그러나 이 갑작스런 성층권 온난화가 때때로 그렇게 극단적인 이유에 대한 연구는 이미 진행 중이다"고 스트라우메는 설명했다.

출처 : European Space Agency (ESA)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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