기후 변화에서 오존의 중요한 역할 조명

최신 기후 모델은 현재 훨씬 더 높은 공간 분해능에서 시뮬레이션된 더 많은 기후 공정을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 대기 화학적 피드백과 같은 일부 공정은 아직까지 전산학적으로 고가의 비용이 소요되고, 기후 시뮬레이션에서 종종 무시된다.

기후 변화(climate change)를 예측하기 위하여 사용되고 있는 많은 복잡한 컴퓨터 모델(computer models)이 미래 지구 온난화의 계산에서 중요한 오존 피드백(ozone feedback) 요인을 놓치고 있다고 영국 캠브리지 대학(University of Cambridge) 소속의 연구진이 수행한 새로운 연구는 밝혔다. 관련 논문은 2014년 12월 1일 Nature Climate Change에 발표됐다.

컴퓨터 모델은 기후 정책에 정보를 제공하는 데 중요한 역할을 한다. 컴퓨터 모델은 탄소 배출이 최근 지구의 기후에 끼치는 효과를 평가하고 미래 기후에 대한 가능한 경로를 예측하는 데 사용된다.

증가된 과학 지식과 결합된 개선된 계산력은 과거 몇 십 년 동안 기후 시스템 이해에 상당한 진전을 이루었다. 그러나 지구 본래의 복잡성과 아직까지 제한된 이용할 수 있는 계산 능력은 모든 변수가 현재 모델에 포함되지 않았다는 것을 의미한다. 결과적으로 과학자들은 목적에 부합되는 모델을 구축하기 위하여 더 많은 정보를 구비하고 선택할 필요가 있다.

이러한 모델은 기후 변화의 미래 영향을 예측하는 측면에서 인간이 보유한 유일한 도구이며, 따라서 우리가 만들 수 있는 컴퓨터 모델을 정확하게 구축하는 것이 중요하다고 캠브리지 대학 대기 과학 연구소 소속의 박사 과정 학생이며 이 논문의 주저자인 Peer Nowack은 밝혔다.

새로운 연구는 성층권의 주요 구성 요인인 오존(ozone)의 역할을 조명했다. 오존은 기후 변화가 어떻게 일어날 것인지, 지구 온난화의 예측에 함축하는 것이 무엇인지 등에 상당한 기여를 한다. 오존의 변화는 현재 기후 모델에서 종종 포함되지 않거나 매우 단순한 방식으로 포함된다. 이것은 일부 연구에서 중요한 결함으로 이러한 변화를 계산하는 순수한 계산력과 복잡성에 기인한다.

일광의 유해한 자외선으로부터 지구를 보호하는 오존의 역할 이외에, 오존은 온실가스이기도 하다. 오존층은 광대한 화학적 네트워크의 일환으로 대기 순환 또는 온도 변화 같은 환경 조건에서 하여 오존의 풍부함에서 변화를 초래한다. 이 공정은 대기 화학적 피드백(atmospheric chemical feedback)이라고 알려져 있다.

포괄적인 대기-해양 화학-기후 모델을 이용하여, 캠브리지 연구팀은 이스트 앵글리아 대학(University of East Anglia), 대기 과학 국립 연구소(National Centre for Atmospheric Science), 기상청 및 리딩 대학(University of Reading) 등의 연구진과 공동으로 표준 기후 변화 실험인 대기 중 이산화탄소의 농도를 4배로 증가시키는 조건에 반응하여 오존이 어떻게 전개되는가에 대하여 산업혁명 이전에 오존을 비교했다.

75년 후 대부분의 모델과 비교했을 때, 연구진은 1℃에 해당하는 대략 20%의 지구 표면 온난화에서 감축을 연구진은 확인했다. 이러한 차이는 열대 더 낮은 성층권에서 기후 변화 조건 하에서 대기 순환의 변화로 주로 유발되는 오존 변화에 기인한다.

이러한 차이는 주로 열대의 더 낮은 성층권 오존에서 순환으로 유발된 감소와 관련된 장파 복사성 피드백(long-wave radiative feedbacks)에서의 변화와 관련된 성층권 수증기와 권운 구름(cirrus cloud) 변화 등에 기인한다. 이것은 지구 모델 상호 비교 연구에 중요한 암시를 나타낸다. 특정 온실가스 강제 시나리오와 관련된 대기 순환 피드백이 아닌 일정한 대기 조성 변화의 단순화된 처리를 사용한다.

이 연구는 오존 피드백이 지구 온난화에 중요한 역할을 할 수 있다는 것과 기후 모델에 지속적으로 포함되어야 한다는 것을 보여 주었다고 Nowack은 밝혔다. 이러한 모델은 믿을 수 없을 만큼 복잡하고, 우리가 배제해서는 안 되는 거의 무수히 많은 다양한 공정이 존재한다. 수많은 다른 공정은 모델 내에서 효과적으로 운영되기 위하여 단순화되지만, 이 연구는 오존 피드백이 기후 변화에 중요한 역할을 하며, 따라서 정확한 모델을 구축하기 위하여 모델에 포함되어야만 한다는 것을 보여 주었다. 그러나 이러한 피드백이 아직까지 다양하게 시뮬레이션되는 다른 기후 공정에 의존하기 때문에, 이러한 특정의 피드백은 특히 복잡하다. 따라서 이러한 피드백을 대표하는 최적의 방안은 공정에 소요되는 높은 계산 비용에도 불구하고, 모든 모델에서 오존 변화를 일정하게 계산할 수 있어야 한다.

기후 변화 연구는 가능한 한 최적의 자료를 보유해야 한다. 현재 사용되고 있는 모든 기후 모델은 온난화가 발생하고 지속될 것이지만, 기후 모델이 온난화가 언제, 어떻게 일어날 것인가에 대하여 차이가 발생한다. 최적의 모델을 가지는 것은 최적의 기후 정책을 구현하는데 도움을 줄 것이다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr