RTO care

   

7만 4천 년 전에 분화한 인도네시아의 토바 화산은 현재 세계 최대의 칼데라호인 토바 호수가 되어 있다. <출처: (cc) Edubucher at Wikimedia.org>

초창기의 인류는 전 세계로 퍼져나가던 중 7만 4천 년 전에 멸절의 위기를 한 차례 맞았었다. '초화산(supervolcano)'인 토바 화산이 분화를 했기 때문이다. 빙심 시추와 해양퇴적물에 의해 토바 화산의 실체가 드러났다.

이 화산의 폭발이 일어나고 수십 년 동안의 얼음 코어 속 산소동위원소 비율은 지난 수만 년을 통틀어 가장 낮았다. 다시 말해 토바 화산이 폭발한 뒤 수십 년 동안은 빙하기가 최고조에 달했을 때보다도 더 추웠다는 것이다. 지구 전역에 걸쳐 기온이 16℃ 정도 하강한 것으로 추정된다. 적도에서 멀리 떨어진 지역일수록 기온이 더 많이 떨어졌다.

이처럼 기후조건이 악화되면서 식량이 줄어들고 전염병이 창궐했다. 인류는 기근과 질병이라는 두 가지 재앙 앞에 무기력했다. 유럽과 중국 북부에 살던 초기 인류는 아마 완전히 멸종했을 것이다. 기후변화의 영향이 가장 적게 미쳤던 지역의 인류만이 살아남을 수 있었다. 그곳이 바로 아프리카였다. 이전의 인류가 멸절되고 아프리카에서 현생 인류가 퍼져 나온 것은 바로 토바 화산 때문이었다.

1. 태양 복사량의 변화

1941년에 세르비아의 천문학자 밀란코비치(Milutin Milanković, 1879~1958)는 과거 100만 년 동안의 지구궤도 운동에 대해 연구했다. 그는 이 연구로 지구에 도달하는 태양 복사량을 밝힌 정밀한 계산 결과를 발표했다.

   

기후역사의 연구에 엄청난 기여를 한 세르비아의 천문학자 밀란코비치.

밀란코비치가 이 계산을 했던 북반구의 고위도 지방은 기후변화를 파악함에 있어 중요한 지역이다. 빙하기를 이루기 위해 필요한 거대한 대륙 빙상이 형성되고 소멸되는 지역이기 때문이다. 밀란코비치는 여름 동안 태양 복사에너지가 줄어든 기간을 분석했다.

그는 이 데이터와 65만 년에 걸쳐 유럽 대륙 전역에서 일어났다고 알려진 네 번의 빙하기 사이에 긴밀한 상관관계가 있다는 것을 발견했다. 밀란코비치 이전에도 지구의 기후변동이 천문학적 요인 때문이라고 주장한 학자들은 있었다. 그러나 밀란코비치처럼 정확하게 분석한 과학자는 없었다.

태양 복사에너지의 차이는 여러 가지 원인에 의해 발생한다. 궤도변화는 지구에 도달하는 태양 복사량에 영향을 준다. 따라서 지구의 장기적인 기후변화에 중대한 요인으로 작용한다. 지구에 도달하는 태양 복사량에 변화를 일으키는 궤도변화는 3가지가 있다. 지구궤도의 형태와 연관된 이심률, 지축의 기울기인 경사도의 변화, 세차운동 등이다.

이심률(eccentricity)

이심률은 지구궤도의 형태 변화를 나타낸다. 태양 주위를 공전하는 지구의 궤도는 완전한 원이 아니다. 지구의 공전궤도는 오랜 기간에 걸쳐 원에 가까운 형태에서 타원형으로 점차 변하다가 다시 원형으로 되돌아간다.

지구가 태양에서 가장 멀리 있을 때와 가장 가까이 있을 때 태양 복사에너지의 차이는 이심률 차이의 4배보다 조금 더 크다. 지구궤도는 원에서 타원으로 움직이며 매 9만 6천 년마다 다시 돌아온다. 시간이 지남에 따라 타원의 장축 길이가 변화하는 것이다.

이심률이 0인 원형 궤도

이심률이 0.5인 궤도

지구와 태양이 가장 가까운 위치(1억 4,600만㎞)에 있는 지점을 근일점, 지구와 태양이 가장 먼 거리에 위치한 지점을 원일점이라 한다. 이심률의 변화는 전체 연간 태양 복사열의 약 0.3%의 차이를 가져온다. 그러나 이 정도로도 계절변화를 만들 수 있다. 만약 지구의 공전궤도가 완벽한 원이었다면 태양에너지의 계절변화는 없었을 것이다.

경사도의 변화(obliquity)

   

경사도의 변화

경사도의 변화는 지구의 공전궤도면(지구궤도가 만들어내는 가상의 면)에 대한 지축의 기울기 변화와 연관이 있다. 밀란코비치는 오랜 시간 수작업으로 지축의 경사 감소가 여름철 복사량의 감소를 가져온다는 사실을 밝혀냈다. 그리고 그 효과가 위도에 따라 다르다는 것도 밝혀냈다.

고위도의 지구-태양 거리 경사주기는 4만 1,000년, 적도의 주기는 2만 2,000년이었다. 그는 기후의 영향을 받는 적설이 여름철 복사의 변화에 따라 얼마나 증가할 수 있는지를 알아냈다. 산악의 설선(snow lines) 자료를 사용한 그의 분석은 정확한 것으로 후에 밝혀졌다.

지축이 기울어져 있기 때문에 지구에는 계절이 나타난다. 아울러 계절에 따른 태양 복사에너지의 진폭이 생긴다. 지축의 기울기는 최소 21.5도에서 최대 24.5도 사이를 오르락내리락한다. 현재의 기울기는 23.5도에 가깝고 점점 줄어들고 있다. 서기 1만 년경에는 최솟값에 도달할 것으로 예측된다.

세차운동(axial precession)

세 번째 궤도 메커니즘은 세차운동이라고 하는 춘분점(북반구의 경우) 이동과 연관된 근일점 경도의 변화다. 간단히 말해서 시간의 흐름에 따른 지축의 요동을 말한다. 태양계의 다른 행성, 주로 목성과 토성이 지구에 미치는 인력에 의해 나타난다.

   

세차운동

세차운동으로 인해 항성을 기준으로 한 지구 자전축의 회전 방향이 바뀐다. 따라서 세차운동은 1년 중 지구의 공전궤도가 태양에 가장 가까운 지점인 근일점과 가장 먼 지점인 원일점이 나타나는 시기를 변화시킨다. 약 1만 9,000년과 2만 3,000년의 주기를 가지고 있다.

세차운동은 (위도 0°인 적도에 미치는 경사의 영향과는 다르게) 열대지방에 가장 중요한 영향을 미친다. 열대지방에 발생하는 일사량의 직접적인 효과는 세차운동에 의해 조절된 이심률 때문이다.

현재는 보다 정교한 기후이론이 나오고 있지만 밀란코비치의 발견은 기후역사의 연구에 엄청난 기여를 했다. 20세기 후반기의 기후학 연구는 대부분 지구 대기의 서로 다른 기후 되먹임 과정(climate-feedbackmechanism)을 밝히고 평가하는 것과 연관이 있었다. 밀란코비치의 연구는 이 되먹임 과정의 내용을 정확하게 예측했다. 그가 세심하게 계산한 궤도 이론은 지난 200만 년 동안 빙하기가 발생한 원인을 설명할 수 있었던 것이다.

2. 태양 흑점의 변화

기원후 지구 역사상 가장 추웠던 시기가 17세기 중반이었다. 어떤 원인으로 그토록 추웠던 것일까? 천문학자들의 연구에 의하면 당시에 태양의 흑점이 거의 발생하지 않았다고 한다. 즉 소빙하기 중에서도 가장 추웠던 17세기 중반은 태양의 표면에 생기는 흑점의 수가 현저히 감소한 시대와 정확히 일치한다.

그렇다면 지구의 기후변화에 태양 흑점이 영향을 준 것일까? 많은 학자들이 연구에 연구를 거듭했다. 태양 흑점은 기원전에 중국의 천문학자들이 발견한 바 있다. 동양의 기록을 분석해보면 태양 흑점의 증감을 알 수 있다.

갈릴레이는 망원경을 이용해 태양 흑점을 관측한 후 상세한 기록을 남겼다. 그 기록에 따르면 서기 1645년에서 1715년까지는 태양 흑점이 거의 관측되지 않았다. 이 시기를 태양 흑점의 극소기라 하여, 기후와 태양 흑점변화의 연관성을 입증한 영국의 천문학자 에드워드 마운더(Edward Walter Maunder, 1851~1928)의 이름을 따 '마운더 극소기'라고 부른다.

태양 흑점 개수의 변화 <출처: NASA>

흑점현상이 많아지면 태양에는 주위보다 온도가 높은 백반(白班)현상이 증가한다. 태양표면이 활발하게 대류운동을 한다는 뜻으로 폭발이나 플레어(flare)1) 현상도 자주 발생한다. 따라서 태양의 복사에너지는 흑점이 많을 때 크고, 적을 때는 작아진다. 그래서 흑점을 소빙하기의 원인으로 꼽았고 태양 흑점의 변화를 연구해 기후변화를 추정하는 것이다.

그러나 최근 탐측기술이 발달하면서 흑점 수 변화에 따른 입사에너지의 변동이 1㎡ 당 약 1~2와트로 매우 작다는 사실이 밝혀졌다. 최근 기후학자들은 태양의 흑점활동이 소빙하기의 한랭한 기후를 만들었다고 보지 않는다. 다만 흑점현상으로 인한 자외선 복사감소의 2차적 영향, 우주선(cosmic rays) 강도의 변동 등 여러 가능성이 겹쳐졌을 것으로 보고 있다.

3. 지각운동과 화산분출

지구가 처음부터 지금의 대륙과 해양의 모습을 하고 있었던 것은 아니다. 계속적인 지각운동으로 변화를 거듭해 왔다. 판구조론에서 설명하는 것 처럼 지각운동의 영향으로 대륙의 위치와 크기가 바뀌었다. 해양분지의 형태나 배열에도 커다란 변화가 있었고, 산지와 고원의 크기와 위치도 변화되어 왔다. 그 결과 세계적인 대기대순환(大氣大循環)과 해양순환의 패턴이 바뀌게 되었다.

해양순환이 바뀌면 표층해류나 심층해류가 바뀐다. 또 대륙 위치의 변화는 주요 빙하기(페름·석탄기의 빙하기)뿐 아니라 습윤하거나 건조한 환경이 발달한 시기(페름·트라이아스)가 나타나도록 했다. 현재 티베트 고원과 히말라야 산맥이 융기하고 있는 것도 지각운동의 하나다. 이로 인해 중국 서부와 중앙아시아 지역으로 건조한 사막 환경이 발달하게 된 것이다.

짧은 시간에 가장 많은 기후변화를 가져오는 것 중의 하나가 화산 분출이다. 강력한 폭발성 화산 분화는 먼지와 이산화황 분진을 성층권으로 분출시킨다. 이로 인해 지구 상공에 화산 분진이 돌면서 극심한 기후변화가 일어난다. 적도에서 분화된 물질들은 양쪽 반구로 확산된다. 그러나 중위도에서 분출되어 고위도로 확산되는 것은 분출된 반구 쪽으로만 영향을 준다.

파푸아뉴기니 타부르부르 화산의 분화 <출처: (cc) Taro Taylor at Wikimedia.org>

화산의 분화 기록들은 남극과 그린란드 빙상에 보존되어 있다. 최근에 가장 큰 영향을 준 화산 분화는 1815년의 탐보라 화산2) 분화이다. 다량의 화산 물질이 성층권으로 치솟으면서 북반구에 3년 동안 여름이 없는 기후를 만들었다. 이로 인해 식량감산과 유럽의 폭동, 발진티푸스, 장티푸스의 창궐, 금융대공황이 발생했다.

4. 대기 조성의 변화

온실효과가 반드시 인간이 배출하는 이산화탄소의 증가만으로 일어나는 것은 아니다. 인간의 산업활동과 구별되는, 대기 조성의 변화로 발생하는 자연적인 온실효과도 상당하다. 예를 들어 열염대순환의 변화로 인한 해양에서의 미량 기체의 흡수가 있다. 또 지표 식생에 미치는 빙기-간빙기 변화는 대기 중 이산화탄소와 메탄 함량의 변화를 가져온다.

온실가스(이산화탄소나 메탄)와 지구 온도의 변화는 빙기와 간빙기 동안에 실제로 동시에 일어났다. 그렇기에 명확한 원인을 알기는 어렵다. 많은 기후학자들은 극 빙상 연구로 나타난 대기 중 이산화탄소의 장기간 및 단기간의 변화 모두가 해양과 육지의 생물 활동과 해양 해류 순환이 복합적으로 작용한 것으로 보고 있다.

이 외에 기후를 변화시킬 가능성이 있는 자연적인 원인으로 혜성이나 소행성 또는 큰 운석들과의 충돌이 있다. 지구는 지난 수십억 년 동안 외계물질과의 수없는 충돌에 의해 지금의 질량을 갖게 된 것이다.

캐나다의 퀘벡 주에 있는 운석 구덩이

대표적인 사례가 멕시코 유카탄 반도에 떨어진 거대한 운석이다. 이 운석의 직경은 5~15㎞ 정도로 추정된다. 운석이 지구에 부딪치면서 엄청난 지각변동과 함께 먼지가 성층권까지 솟아올랐다. 결국 대량의 먼지가 성층권과 대류권 내의 에어러졸3)을 증가시켰고 이것이 지구의 기후를 바꾼 원인이 되었다. 에어로졸이 태양빛을 가리면서 기온이 뚝 떨어진 것이다. 당시 지구에 번성했던 공룡 등의 파충류들은 변온동물이라 추운 날씨를 견디지 못하고 멸종한 것으로 보인다.

반기성 | 케이웨더 기후산업연구소장

연세대 천문기상학과 및 대학원 졸업하고, 공군 기상전대장과 한국기상학회 부회장을 역임했다. 현재 케이웨더 기후산업연구소장이며, 조선대학교 대기과학과 겸임교수로 있다. 연세대에도 출강하고 있다. 저서로는 [워렌버핏이 날씨시장으로 온 까닭은?], [날씨가 바꾼 서프라이징 세계사] 등 15권이 있다.

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'북극진동' 교란…20년 새 최악 한파 예고

   

   

A14면1단| 기사입력 2016-12-13 22:10 

ㆍ북극 기온 기록적으로 높아 찬바람 묶는 제트기류 붕괴

ㆍ동북아·북미 강추위 '비상'

   

   

북극의 찬 소용돌이 바람이 올겨울 중위도 지역을 덮칠 것으로 보인다. 미국 언론들은 이르면 15일(현지시간)부터 이례적인 한파가 닥치고, 중서부 지역 기온이 20년 새 최저 기록을 경신할 것이라고 보도했다. 찬 바람을 북극권에 묶어두던 제트기류가 약해지면서 찬 바람이 북미와 러시아 시베리아, 동북아시아와 북유럽을 덮칠 것으로 예상된다.

   

지난 11일부터 미국 아이오와, 일리노이, 인디애나 등 몇몇 주에서는 20㎝ 넘는 눈이 쌓였다. NBC 등은 미 중서부 주들과 캐나다 국경에 걸쳐진 5대호 일대에 강추위가 예상된다고 보도했다. 오하이오의 경우 평년 기온보다 25도나 낮다. 캐나다 언론들도 올겨울 이례적인 한파를 예보했다. 미국에서는 2014년 1월 북극 찬 바람이 밀려내려와 한파가 몰아닥쳤다. 기상학자들은 당시와 지금의 기상 상황이 비슷하며, 중위도 지역의 평균기온이 20년 새 최저치로 떨어질 수도 있다고 경고했다.

   

중위도 지역의 이례적인 한파는 북극진동이 교란됐기 때문이다. 북극진동은 북극의 찬 소용돌이 바람이 강약을 되풀이하는 현상을 말한다. 북극진동 자체는 이상 현상이 아니다. 지구가 열대지방에서 남아도는 열을 북극으로 옮기려는 에너지 순환작용의 일부다. 문제는 찬 바람을 가둬두는 제트기류가 기후변화로 붕괴하면서 북극진동의 패턴이 달라지고 북극의 찬 바람이 더 남쪽으로 내려오게 되는 것이다.

   

북극의 찬 공기는 고기압이고 중위도의 따뜻한 공기는 저기압이어서 극지방을 감싸는 제트기류가 생긴다. 그런데 북극이 따뜻해져 중위도 지역과의 온도 차이가 줄어들면 제트기류가 약해진다. 지난달 북극 평균기온이 평년보다 20도나 올라가는 등 올해 북극은 기록적으로 높은 기온을 보이고 있다. 몇몇 지역에서는 더운 바람이 밀고 올라가고 또 다른 지역에서는 찬 바람이 남쪽으로 내려오는데, 현재는 북극진동이 2개로 조각나다시피 했다. 밀려내려온 북극권의 찬 공기 중 한 덩어리는 러시아 쪽, 한 덩어리는 북미 대륙을 덮고 있다. 기상학자들은 올겨울 북극의 찬 바람이 더 자주, 더 남쪽으로 내려올 것이며 고위도와 중위도의 접경선인 북미와 동북아시아 일대가 영향권에 들어갈 것으로 봤다.

<박효재 기자 mann616@kyunghyang.com>

   

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Stabilising Climate

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Clive Best

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2016년 12월 12일 오전 4:14

   

In order to stop global warming all we really have to do is to stabilise CO2 emissions, not reduce them to zero!  One of the 'myths' promoted by IPCC climate scientists is that we have to stop burning any fossil fuels i.e. we must 'keep it in the ground'. This is a total fallacy as I will try to explain in this post.

Carbon dioxide sources and sinks must balance once stability is reached

The origin of this belief that we must stop burning all fossil fuels by ~2050 can be traced back to Figure 10 which appeared in the AR5 'Summary for Policy Makers'. Here it is.

Figure 10 from SPM AR5

Figure 10 was intended to send a simple message to the world's political leaders. Namely that there is a finite total amount of fossil fuel that mankind can safely burn, and that we have already burned half of it.  Therefore unless the major industrialised countries stop burning fossil fuels altogether by 2050, the world will warm far above 2C (red curve) causing a global disaster. This message worked, but there is so much wrong about the hidden assumptions and even subterfuge used to produce Figure 10 that I wrote a post about it at the time.

The principal assumptions hidden from view under Fig 10. are:

  1. Carbon sinks are saturating (they are not)
  2. ECS (Equilibrium Climate Sensitivity)  is 3.5C (Uncertain – and could be as low as 1.5C)
  3. Replacement of logarithmic forcing of CO2  with a linear forcing.

As a direct consequence of IPCC successful lobbying based around Figure 10, the Paris treaty now proudly "sets the world on an irreversible trajectory on which all investment, all regulation and all industrial strategy must start to align with a zero carbon global economy". Does anyone really believe that this is even feasible, let alone realistic? It simply is not going to happen because well before then their citizens will revolt and kick them out. The best we can hope for in the short term is a stabilisation in the annual global CO2 emissions.

I argue that by simply stabilising emissions, we can halt global warming. Clearly the lower total 'stable' emissions are then the cooler the planet will be, but even if we only managed to stabilise emissions at current values the net warming will still be <2C and CO2 levels will stop rising and stabilise at <410 ppm.

Atmospheric CO2 levels must always reach an equilibrium as the natural carbon sinks will catch up to balance emissions. For the last 40 years about half of man-made emissions have been absorbed mainly into the oceans, but also into soils and biota. The reason why CO2 levels have been continuously increasing since 1970 is that  we have been increasing emissions each year, so the sinks have never been able to catch up. Sinks will quickly balance emissions and CO2 levels will stop rising once emissions stop increasing. This fact is obvious because run-away CO2 levels have never happened in the earth's long history. Such a balancing mechanism has always stabilised atmospheric CO2 over billions of years during intense periods of extreme volcanic activity, ocean spreading and periodic tectonic mountain building. Fossil fuels are an insignificant fraction when compared to  the buried carbon contained in sedimentary rocks.

To see how this works let's assume that the world can stabilise annual emissions at current rates of 34 Gtons CO2/year  indefinitely. We know that CO2 sinks currently absorb half of that figure – 17 Gtons and have been increasing proportional to the increase in partial pressure of CO2 in the atmosphere – currently 400ppm. Stabilising emissions would result in the increasing fractional uptake by carbon sinks of the now fixed emissions. The remaining fraction of annual emissions that would remain in the atmosphere is therefore as follows.

Year 1: 50%  Year 2: 25% Year 3: 12.5% etc. This is simply equal to the infinite sum

So CO2 levels in the atmosphere will  taper off after just ~10 years to reach a new long term value equivalent to adding an additional 34 Gtons of CO2 to the atmosphere. The atmosphere currently contains 3.13 x 10^12 tons of CO2 so the net increase at equilibrium would be only an extra  1%. Therefore for the years following 2016 the resultant CO2 curve looks like this.

There is also a very good chance that we can achieve such a fixed limit, rather than pretend to meet an impossible target of zero emissions. However this  does mean that CO2 levels will remain at 404 ppm indefinitely, which is far higher than a planet without human beings, but still leaves us plenty of time to replace fossil fuels,  with new nuclear energy.

Controlling CO2 levels by stabilising emissions also has one huge advantage. It means that we can  eventually control the level of 'enhanced global warming' so  avoiding another devastating ice age, otherwise due to begin within 5000 years time.

   

   

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  • 좋은 자료를 공유하고 있는 블로그에서 퍼옴
    .. 정말로 CO2 농도가 평형 상태에 도달하고 유지 할 수 있을지는 ...의심 ..
    ..

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Is the Supermoon responsible for record low Polar ice formation?

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Clive Best

보낸 날짜

2016 11 22일 오전 6:09

   

The  "Supermoon"  on November 14th coincided with the closest (perigean) approach to the earth of the moon since 1948. Tidal forces are inversely proportional to the cube of distance. Full moon occurs  when the sun lines up with the moon and November 14th is close to the perigee of the earth's orbit round the sun. This combined to produce strong tides. At full moon in November the moon lies in the southern hemisphere . So for the Arctic it is the opposite facing tides that is strongest while for the Antarctic it is the direct lunar facing tide that dominates. They are symmetric. Here are my calculations of the tractional acceleration at different latitude covering November, based on the JPL ephemeris.

The tractional tidal force acting at 45N (green) and 75N (blue). Polar regions experience far greater tidal ranges during the lunar month than temperature regions. The Supermoon amplified this effect by about 20%. This enhanced tidal mixing and has probably inhibited ice formation since early October.

It is the tidal range that is maximised during a perigean spring tide. That is the difference between low and high tides. At high latitudes this effect is magnified  as just one tide dominates and neap tides effectively disappear completely. This gives an extreme varying monthly tidal range. Tides act throughout the ocean,  dragging both deep  and shallow water alike. This increasing churning tidal flow since October has had two effects. First it has  inhibited natural sea ice formation, and secondly mixed in more warmer water from lower latitudes than normal.  These large tidal ranges look likely to continue till the end of 2016 before returning to normal.

The Arctic ocean also has relatively shallow basins with narrow channels at the Bering Sea and to the North Atlantic between Iceland-Scandinavia. This accentuates tidal flow.

Thanks to @Kata_basis for prompting me to look into this !

see also:

  1. Does the moon trigger interglacials
  2. Evidence of  tidal effect on the polar jet stream
  3. Tidal effects in Polar regions
  4. The straw that broke the camels back

   

   

   

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Lowest amount of sea ice ever seen by humans during...

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The Earth Story

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2016 11 22일 오전 12:00

   

   

Lowest amount of sea ice ever seen by humans during October/November

This week, this remarkable plot began blowing up on social media. The plot tracks global sea ice abundance – a combined measurement of the area covered by ice in both the Arctic and Antarctic. The red line, 2016, shows that Sea Ice extents globally are by far the lowest humans have ever recorded.

Normally at this time of year, Arctic Sea ice is beginning to recover from low volumes reached during the summer, while Antarctic Sea ice is beginning to contract as sunlight falls on that continent. On top of this yearly variation there have been several long-term trends imposed. Most notably, sea ice extents have been decreasing in the Arctic quite regularly for the last 30+ years – the time humans have been actively monitoring sea ice.

The lowest ever extent of sea ice was reached at the end of summer 2012, but that doesn't mean the sea ice has been recovering – instead, years since then have seen record low sea ice values "for specific months". In other words, the long-term trend is gradually decreasing sea ice due to climate change, and records at any time of the year are being broken when a perfect weather pattern hits. One of those weather patterns is hitting in the Arctic right now.

The North Pole right now is already shadowed for the winter. Usually this darkness is associated with plummeting temperatures since no heat from the sun can warm it, but for the past month there have been several times when North Pole temperatures have spiked above the freezing point of water; as much as 15°C above normal for this time of year. These temperatures are being driven by surges of warm air traveling up to the poles from lower latitudes.

Although this effect isn't fully understood yet, warm winter arctic weather combined with surges of colder air traveling south has been a feature of the last several northern hemisphere winters. It has been proposed that these surges are associated with weakening of the jet streams as climate warms – weaken the jet streams, the boundaries between different convection cells in the atmosphere, and it becomes easier for warm air to be pushed all the way up to the poles. So far this fall Siberia has been anomalously cold while the North Pole has been anomalously warm, consistent with this mechanism.

This warm air preventing ice growth also is combining with the low summer sea ice extent. Sea ice is bright and open water is dark, so when sea ice melts the water beneath will store more heat during the summer. 2016 had the 2nd lowest summer sea ice extent observed in the Arctic, so the Arctic Ocean waters are also warmer now than was typical before humans increased greenhouse gas concentrations in the atmosphere.

Meanwhile, the real puzzle this year is the Antarctic. Sea ice in Antarctic has actually been increasing the last few years – a reminder that the Antarctic is a fundamentally different area than the Arctic. In the Antarctic, the presence of the ozone hole has driven more intense winds that have cooled surface waters and helped the formation of Antarctic sea ice. Furthermore, melting on the Antarctic continent has created a supply of fresh water heading into the oceans and fresh water freezes at higher temperature than salty water. Recent work has suggested this could only be a temporary situation – healing of the ozone hole (actually good!) could remove one of the factors protecting Antarctic Sea Ice, and another major factor could be extra warm water at depth. Several recent studies have suggested that Antarctic Sea Ice could be particularly vulnerable to extra warmth in the subsurface – add a bit of extra heat and that ice retreats rapidly.

Right now, there is likely less sea ice on Earth at this time of year than there has been in about a hundred thousand years – going back to before the last cycle of glacial advance. The downward trend, particularly in the Arctic, is extremely likely to continue in future years. It won't always produce an all-time low in September - that takes the perfect weather conditions at the perfect time of year – but when the right weather conditions do show up we'll get record lows for that time of year. Whether this year's rapid sea ice melting in Antarctica will be a one-time event is, as of now, an extremely important question with no good answer.

Sea ice in these areas represents a habitat for many organisms – a stable place where they can rest before heading out into the ocean. As sea ice extents fluctuate, these species are put under increasing threat. Furthermore, the more open ocean there is, the more heat the oceans can take up – so these drops in sea ice can contribute to warming the surrounding oceans and thus put continental ice sheets under even greater stress. Some scientists have been debating whether it is good communication to place all the Earth's sea ice on one chart when both poles are two distinct systems, but the threat to wildlife globally and the effect of warming oceans may represent reasonable worries based on this plot alone.

-JBB

Data credit: NSIDC http://bit.ly/2frYJyk http://bit.ly/1jOd0VZ Read more: http://n.pr/2eBPFLv http://scienceblogs.com/stoat/2016/11/18/sea-ice-wossup/ http://cnn.it/2eRzeKH http://bit.ly/2gnschY

   

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여름 기록적 폭염 힘들게 견뎠는데…과학의 예보는 `올겨울 강추위`

기사입력 2016-11-18 16:04

"동짓날부터 3일 동안 남동풍이 불 것입니다. 화공(火攻)을 이용하면 적을 퇴치할 수 있습니다."

   

서기 208년, 조조의 80만 대군과 결전을 앞둔 유비에게 제갈공명은 신께 빌어 북서풍을 남동풍으로 바꾸겠다고 말했다. 유비의 부대는 불과 10만명. 남동쪽에 자리 잡은 유비는 북서풍이 부는 상황에서 불을 쓸 수 없었다. 불을 사용했다가 맞바람을 맞아 아군이 피해를 입을 수 있기 때문이다. 하지만 제갈공명의 예언은 적중했다. 음력 11월 20일부터 3일 동안 북서풍이 남동풍으로 바뀌었고, 조조의 대군은 쏟아지는 불화살에 궤멸당했다. 제갈공명의 기도에 온 우주가 나서서 도와준 것일까. 기상학자들은 제갈공명이 과거 바람의 기록을 토대로 남동풍이 불 것을 예측한 것으로 보고 있다.

   

겨울이 머지않았다. 매해 겨울 예상치 못한 추위가 찾아와 기상청의 예보를 무색하게 했다. 올겨울은 어떨까. 동아시아 지역의 겨울 날씨에 영향을 주는 요인을 토대로 겨울 날씨를 예측해봤다. 제갈공명처럼 정확한 예측은 어렵지만 어느 정도 예상은 할 수 있다. 결론부터 말하면 올겨울 날씨, 심상치 않다.

   

2012년 2월 한반도가 꽁꽁 얼었다. 2월 2일 서울 영하 17도, 철원 영하 24도 등 갑작스러운 혹한이 찾아왔다. 이는 2013년도에 이어 2014년, 2015년에도 이어졌다. 전문가들은 갑작스레 찾아온 한파의 원인을 '북극진동지수'에서 찾는다. 북극진동지수란 1998년 존 월리스 미국 워싱턴대 교수가 개발한 값으로 북반구 북위 60도 이상의 고위도와 중위도의 해면기압(기압은 관측하는 장소의 높이에 따라 달라지므로 관측 지점에서 얻은 기압을 해수면상에서의 기압 값으로 바꿔 계산한 것으로 통상 약 9m 하강할 때마다 1hPa을 올린다) 차이를 의미한다.

   

북극진동지수는 '0'을 기준으로 -5~+5 사이의 값으로 표현된다. 만약 북극 기온이 올라가면 기압도 올라가지만 중위도 지방의 기압은 낮아진다. 북극진동지수는 이 상태를 '음(-)'으로 표기한다. 북극진동지수가 음의 값을 띠며 약해지면 북극에 존재하는 영하 60~70도의 찬 공기를 막고 있는 제트기류도 덩달아 약해지면서 한반도 지역으로 찬 공기가 이동해 예상치 못한 한파가 들이닥친다.

   

미국 국립해양대기국(NOAA) 기후예측센터에 따르면 북극진동지수는 10월 들어서면서 떨어졌다가 11월 16일 현재 양의 값을 기록했다. 하지만 안심할 수 없다. 김백민 극지연구소 선임연구원은 "북극진동지수 값은 굉장히 민감하기 때문에 일시적인 상태 값만으로 겨울 날씨를 예측하는 것은 한계가 있다"며 "올해 유독 북극진동지수는 음의 값을 계속해서 유지하고 있었던 만큼 일시적으로 양의 값을 회복한 것인지 지켜볼 필요가 있다"고 말했다. 현재 북극진동지수 값을 갖고 올겨울 날씨를 성급하게 예측할 수 없지만 전반적으로 음의 값을 유지할 가능성이 큰 만큼 초겨울 예상치 못한 한파가 올 수 있다.

   

북극 빙하 면적도 한반도 겨울에 영향을 미친다. 빙하가 녹으면 북쪽 공기의 상층부와 하층부 간 기온차가 작아진다. 결국 앞서 이야기한 북극진동을 약화시키는 결과를 낳는다. 북극에 있는 차가운 공기가 동아시아 지역으로 밀려 들어와 한파는 물론 폭설까지 일으킬 수 있다. 미국 국립빙설자료센터 자료에 따르면 2016년 10~11월 북극 빙하 면적은 빙하 면적이 가장 줄었던 2012년보다 더 줄어든 것으로 나타났다. 올여름 지구가 가장 뜨거웠던 만큼 빙하 면적도 많이 줄어든 것이다. 김백민 선임연구원은 "빙하 면적의 감소는 초겨울 예상치 못한 추위를 일으킬 수 있다"고 말했다.

   

지구에서 가장 추운 지역으로 꼽히는 시베리아. 시베리아에 쌓인 눈의 양은 동아시아는 물론 미국과 유럽 등 전 세계에 영향을 미치는 것으로 나타나고 있다. 하얀 눈은 햇빛의 70~80%를 반사해 우주로 되돌려보낸다. 반대로 눈이 덮이지 않은 땅은 20% 정도만을 반사한다. 눈이 많이 쌓일수록 햇빛이 반사되면서 땅의 온도는 점점 떨어지고 공기는 차가워진다. 차가워진 공기 덩어리가 이동하면서 한파가 찾아온다.

   

올해 시베리아 지역은 겨울이 빨리 시작됐다. 상당히 많은 눈이 내렸기 때문이다. 10월 눈이 덮인 시베리아 면적은 약 1500만㎢. 1968년 관측 이후 세 번째로 많은 눈이 쏟아졌다. 알래스카를 포함한 미국 전체 대륙보다도 넓다. 시베리아 지역에서 만들어진 찬 공기는 미국뿐 아니라 동아시아 지역까지 이동하며 예상치 못한 한파를 일으킨다. 북쪽에서 만들어진 차가운 공기는 남쪽에서 올라오는 따듯한 공기와 만나면서 폭설을 일으킬 가능성도 있다.

   

주다 코언 미국 매사추세츠공대(MIT) 교수는 "시베리아 지역에 쌓인 눈은 초겨울은 물론 겨울 중반부까지도 영향을 미치는 것으로 나타났다"고 말했다. 지난해 겨울 미국과 유럽 등에서 발생한 이례적인 폭설도 시베리아 지역에 많이 쌓인 눈이 원인이라는 분석이 나오고 있다.

   

올겨울은 '라니냐'까지 한반도에 영향을 미칠 가능성도 있다. 일반적으로 라니냐가 나타나면 한반도의 겨울 기온은 떨어진다. 라니냐는 동태평양의 적도 지역에서 해수면 온도가 평년보다 0.5도 이상 낮은 저수온 현상이 5개월 이상 일어나 생기는 이상 현상을 말한다. 라니냐로 인해 북서태평양 지역에 저기압이 형성되면 상승기류가 형성되면서 반대로 남북 방향으로 하강기류가 만들어진다.

   

김선태 APEC기후센터 기후연구팀장은 "라니냐가 발생하면 남북 방향에 있는 시베리아 쪽에 하강기류가 발달한다"며 "시베리아 고기압이 강화돼 찬바람이 한반도로 불어온다"고 설명했다. 현재 기상청은 물론 전 세계 여러 기상 관련 기관들은 올겨울 라니냐가 지속될 확률을 50%로 보고 있다. 김선태 팀장은 "지난여름 유독 더웠던 날씨 등 계속되는 기상이변이 한반도 기후에 어떤 영향을 미치는지에 대한 추가 분석이 필요하다"고 말했다.

   

[원호섭 기자]

   

출처: <http://news.naver.com/main/read.nhn?oid=009&sid1=105&aid=0003839586&mid=shm&mode=LSD&nh=20161118162712>

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2050년 지구 '2도 상승'…디스토피아 문 열리나

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기사입력 2016-11-07 11:35 | 최종수정 2016-11-07 14:55

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[한겨레] 산업화 이전 대비 상승폭 2도 억제선

"현재 추세면 35년 뒤 무너질 수도"

"세기말까지 3~3.5도 오른다" 전망도

   

1도 증가로도 이미 몸살앓는 지구

짧은 시간에 1도 더 상승하면

컴퓨터도 예측 못한 상황 부를 수도

   

"진짜 위험한 건 온도 상승의 속도"

폭염·열파는 '비선형적' 증가

어느 순간 점프하듯 급증 우려

   

   

   

   

기후변화 '비상' 걸린 지구

   

environment_기후변화 대응의 당위성을 이야기하는 글에 빠지지 않는 것이 '미래세대에 대한 책임'이라는 식의 표현이다. 사람들이 '기후변화는 인류 최대 위협'이라는 말에 고개를 끄덕이면서 우선 떠올리는 '인류'는 자신과는 먼 미래 사람들이다. 과학자들의 연구 결과는 이런 생각이 틀렸을 수 있다고 말한다. 기후변화 시계가 예상보다 빨리 돌아가면서 미래가 현재로 더 빨리 끌어당겨지고 있기 때문이다.

   

   

   

마라케시 기후회의 오늘 개막

   

북아프리카 모로코의 마라케시에서는 7일 세계 190여개 나라가 참여하는 유엔 기후회의가 개막된다. 1995년부터 해마다 지구촌 공동의 과제인 기후변화 대처 방안을 논의해온 중요한 회의다. 18일까지 이어지는 올해 회의에서는 1992년 채택된 유엔기후변화협약의 당사국회의(COP22), 1997년 채택된 교토의정서 당사국회의(CMP12)와 함께 4일 발효된 파리협정의 당사국회의(CMA1)도 열린다.

   

기후변화협약과 교토의정서는 주요 당사국들이 비준을 미루는 바람에 채택하고 3년, 8년이 흐른 뒤에야 첫 당사국회의를 할 수 있었다. 반면 파리협정은 미국, 중국, 인도 등 온실가스 배출량이 많은 나라가 적극 비준에 나서면서 지난해 12월 채택되고 만 1년도 안 돼 첫 당사국회의를 열 수 있게 됐다. 2020년 만료되는 교토의정서 체제 후속 기후체제를 열어줄 파리협정이 예상보다 일찍 국제법적 효력을 갖게 되자 유엔기후변화협약 사무국에서는 고무된 분위기의 보도자료를 내놨다.

   

지난해 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 기후변화협약당사국회의를 이끈 고위급 인사들이 총회 마지막 날 새 기후체제에 합의한 파리협정이 채택된 뒤 서로 손을 맞잡고 기뻐하고 있다. 오른쪽부터 프랑시스 올랑드 프랑스 대통령, 총회 의장인 로랑 파비우스 프랑스 외무장관, 반기문 유엔 사무총장, 크리스티아나 피게레스 유엔기후변화협약 사무총장. 유엔기후변화협약사무국 제공

   

   

파리협정은 "지구 평균온도를 산업화 이전 온도에서 2도 훨씬 못 미치게 증가하는 정도로 억제하면서, 증가 폭을 1.5도까지 낮추기 위해 노력한다"고 천명했다. 24년 전 기후변화협약에서 "기후 시스템에 대한 인간의 위험한 개입을 예방하는 수준에서 온실가스 농도를 안정화한다"고 추상적으로 제시한 목표를 온도 상승폭으로 구체화한 것이다. 2도 억제 목표에 덧붙여 1.5도를 추구해야 할 억제선으로 추가한 것은 2도 상승한 세계가 생각보다 더 위험할 수 있다는 데 국제사회가 합의했기 때문이다.

   

파리협정 목표치 무리였나

   

파리협정이 내건 온난화 억제 목표는 그러나 이미 진행된 온난화 수준과 지구 전체 온실가스 감축 계획으로 미뤄볼 때 달성되기 극히 어려울 것이란 진단이 지배적이다. 대기화학자인 영국의 로버트 왓슨을 비롯한 6개국의 대표적인 기후변화 전문가 7명이 9월말 내놓은 <기후변화에 대한 진실>이라는 보고서의 결론도 마찬가지다. 이런 부류의 글은 그동안 없지 않았다. 하지만 이 보고서는 주저자인 왓슨이 국제사회에 기후변화 논의의 기초 자료를 제공하는 기후변화정부간협의체(IPCC) 의장까지 지낸 저명한 과학자라는 점에서 주목할 만하다.

   

이들은 보고서에서 "산업화 이전 대비 지구 온도 상승 폭을 1.5도에서 억제하는 목표는 이미 거의 확실히 빗나갔고, 2도 억제선도 2050년이면 도달할 수 있다"고 밝혔다. 지구 온도는 지난해까지 이미 산업화 이전 대비 1도 상승했다. 이런 상태에서 이미 배출된 온실가스에 의해서만 0.4~0.5도의 추가 상승이 예상되는 반면, 각 나라의 온실가스 감축 속도는 충분히 빠르지 않다는 게 그런 판단의 근거다. 보고서는 또 모든 나라가 국제사회에 약속한 온실가스 감축 계획(INDC)을 100% 이행해도, 2030년에 대기 중에 배출될 온실가스는 2도 억제선을 넘기지 않으면서 최대한 배출할 수 있는 양보다 33% 많을 것으로 분석했다. 게다가 80%가 넘는 나라가 감축 계획 실행을 선진국들이 연간 1000억달러 규모의 지원금을 내놓는 것과 조건부로 묶어 놓았다. 부족한 온실가스 감축 계획마저 이행되기까지 넘어야 할 산이 높은 셈이다.

   

※ 클릭하면 확대됩니다

   

   

2도 억제선 방어가 어렵다는 진단에는 유엔기구도 동의한다. 유엔환경계획(UNEP)은 <2015 배출량 격차 보고서>에서 지금까지 제시된 각 나라의 감축 계획대로면 세기말까지 지구 기온은 2도 억제선을 훨씬 뛰어넘어 3~3.5도까지 올라갈 수 있다고 지적했다. 기후변화정부간협의체의 온실가스 배출량 시나리오에서 2도선 억제 가능성이 큰 경로를 따르려면 2010년 475억tCO₂-eq(이산화탄소 환산 톤)인 세계 온실가스 배출량이 2020년 520억tCO₂-eq에서 정점을 찍고 이후 빠르게 줄어들어야 한다. 하지만 각 나라가 약속한 2030년까지의 감축 계획을 모두 이행해도 온실가스 배출량은 계속 늘어나, 2030년의 지구 온실가스 배출량은 2도 억제선을 지킬 수 있는 양보다 140억tCO₂-eq 많은 수준이 될 것이기 때문이다.

   

실제 관측 결과와 기후변화정부간협의체에서 제시한 시나리오를 비교해 보면 복잡한 분석을 하지 않고도 파리협정이 설정한 기후변화 억제 목표가 얼마나 무리한 것인지 쉽게 알 수 있다. 지난해 대기 중 온실가스 농도는 이산화탄소로 환산해 485ppm·CO₂-eq을 기록했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)이 이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O) 등 기후변화협약에 규정된 6가지 온실가스를 모두 측정해 분석한 결과다. 온실가스 농도 485ppm은 어느 수준일까?

   

기후변화정부간협의체는 <제5차 기후변화평가보고서>에서 미래 기후변화를 전망하는 데 4가지 온실가스 배출 대표농도경로(RCP) 시나리오를 사용했다. 이 가운데 지구 온도 상승을 산업화 이전 대비 2도 이내에서 억제할 '가능성이 높다'고 제시한 RCP2.6 시나리오의 2100년 대기 중 온실가스 농도는 평균 450ppm·CO₂-eq이다. 지구 온도가 이번 세기 이후에도 1850~1900년 대비 2도 이상 오르지 않을 '가능성이 있다'고 제시한 2100년의 대기 중 온실가스 농도는 평균 500ppm·CO₂-eq이다. 지구 온실가스 농도가 2도 상승 억제선을 넘지 않을 '가능성이 큰' 농도를 이미 넘어, 억제할 '가능성이 있는' 농도의 턱밑까지 다가간 셈이다. 기후변화정부간협의체가 결국 대기 중에 누적된 이산화탄소를 제거해 온실가스 농도를 다시 떨어뜨리는 이른바 '바이오에너지 탄소포집저장'(BECCS)과 같은 '지구공학' 방안을 2도 억제선 방어 수단으로 제안할 수밖에 없었던 이유다. 기후변화정부간협의체가 제안한 지구공학 기술은 언제 완성될지 기약이 없다. 또 가능해진다 해도 천문학적인 비용과 또 다른 환경 훼손 논란을 넘어야 한다.

   

주요 온실가스 대기 중 농도 추이 (자료:미국립해양대기청(NOAA)) ※ 클릭하면 확대됩니다

   

   

HFC 추가감축효과 크지 않을 듯

   

지난달 르완다 몬트리올의정서 당사국회의에서 강력 온실가스인 수소불화탄소(HFCs)의 단계적 퇴출에 합의한 것도 그 효과가 알려졌던 만큼 크지는 않을 것이라는 분석에 무게가 실린다. 안병옥 기후변화행동연구소장은 "수소불화탄소 감축으로 온실가스 배출량이 전체 온실가스 연간 배출량의 2배에 이를 수 있다는 계산까지 제시된 것으로 보아 그 자체로 작은 효과는 아니겠지만, 그것은 현재 추세로 계속 배출할 경우와 대비해 그렇다는 것이고, 그에 따른 감축도 대부분의 나라가 이미 약속한 온실가스 감축계획(INDC)에 포함돼 있다고 봐야 한다"고 말했다. 수소불화탄소가 이미 각 나라들이 감축 실적에 포함해온 온실가스의 하나여서 추가 감축될 가능성이 크지 않다는 얘기다. 유엔기후변화협약사무국에 제출된 각 나라의 감축 계획을 보면, 주요 온실가스 배출국 가운데 수소불화탄소를 제외하고 이산화탄소만 감축 기준으로 삼은 나라는 중국뿐이다.

   

지구는 평균기온이 산업화 이전 대비 1도 상승한 상태에서 이미 다양한 기후변화 피해를 경험하고 있다. 지구촌 곳곳이 돌아가며 폭염과 열파와 같은 극한 현상에 시달리고, 관측 기록을 깨는 집중 호우에 따른 홍수와 가뭄으로 농작물 생산과 경제활동에 큰 피해를 보고 있다. 변화에 적응하지 못하는 생물종들은 점점 멸종 위기를 향해 가고, 병원체나 모기와 같은 질병을 매개하는 해충의 서식지와 활동 기간이 늘어나면서 전염병 위험 지역이 확대되고 있다. 극지의 얼음이 녹아 해수면이 올라가면서 작은 섬나라와 해안 저지대에는 상습적인 침수와 폭풍 해일 등의 위험에 노출돼, 기후난민까지 나타나고 있다.

   

여기에서 다시 1도가 더 올라가 산업화 이전 대비 2도 상승한 세계는 인류가 한 번도 경험해보지 못한 미지의 세상이다. 게다가 그것이 지금 살아 있는 사람 대부분이 떠난 뒤일 세기말이 아니라 불과 35년 뒤인 2050년으로 확 앞당겨 도착한다면 어떤 모습일까? 기후변화 전문가들은 그 세상이 산업화 이후 지금까지 1도 상승하는 동안 나타났던 기후변화 정도가 딱 1도만큼만 더 심해지고 마는 세상은 아닐 것이라고 설명한다. 산업화 이전 대비 지구 평균기온이 0.5도 올라간 상태에서 0.5도 더 증가하는 것과 1도나 1.5도에 도달한 상태에서 다시 0.5도 올라가는 것은 모두 같은 0.5도의 온도 변화지만, 그 영향은 뒤로 갈수록 더 강하게 나타날 수 있다는 이야기다.

   

민승기 포스텍 환경공학과 교수는 "온난화 영향 가운데서도 폭염이나 열파 같은 이상 기상현상은 특히 더 선형이 아니라 비선형으로 증가하는 경향이 있다. 온도가 증가하는 데 따라 직선으로 증가하는 것이 아니라 지수함수적으로 급격하게 증가하는 것이다. 극지에 있는 얼음도 온도 증가와 같은 속도로 천천히 녹는 것이 아니라 갑자기 빠르게 녹는 순간이 올 수 있는데 최근 그렇게 갑자기 점프하듯 비선형으로 속도가 빨라지는 구간이 산업화 이전 대비 상승 폭 1.5도와 2도 사이에 있다는 보고들이 나오고 있다"고 말했다.

   

더욱 우려스런 것은 전례 없이 빠른 온도 증가 속도다. 민 교수는 "산업화 이전 대비 2도라는 온도의 크기도 중요하지만, 그 온도가 얼마나 짧은 시간에 변하는가가 영향 측면에서는 훨씬 중요한 질문이다. 빙하기와 간빙기의 지구 평균온도 차이가 5도밖에 안 되고, 그것도 10만년이란 기한을 두고 천천히 왔다갔다해 생태계가 적응할 시간이 충분했다. 그러나 100년에 1도가 증가하게 되면 이 속도가 100배 빨라지는 것인데, 그렇게 되면 생태계가 적응하기 어려울 수 있다"고 말했다. 로버트 왓슨 교수 등의 보고서대로 35년 만에 1도 증가하는 속도가 현실화될 경우 지금까지의 기후변화 속도에 힘들게 적응해온 생물종들이 어떤 처지에 놓일지 짐작하기 어렵지 않다.

   

1988년 미국 의회 청문회에서 처음 온실가스에 의한 기후변화의 위험성을 증언한 것으로 유명한 제임스 핸슨 박사가 이끄는 19명의 국제 연구팀이 지난 5월 과학저널 <대기화학과 물리학>에 발표한 연구 결과는 기후변화의 영향이 지수함수적으로 급격히 증폭되는 것을 잡아낸 사례다. 연구자들은 실제 관측 자료와 수치 기후 모델, 고기후 자료 등을 이용해 그린란드와 남극에서 점점 바다로 많이 녹아들고 있는 얼음물이 바닷물 순환을 억제해 해수 표면 온도를 증가시키고, 이것이 다시 해빙을 증가시키는 되먹임(피드백) 과정이 증폭되기 시작했다는 놀라운 결론을 얻었다. 이들은 그 되먹임 과정이 지금보다 평균온도가 불과 1도 높은 조건에서 해수면이 6.9m 높았던 앞선 간빙기의 되먹임 과정과 흡사해 산업화 이전 대비 2도 상승도 알려졌던 것보다 위험할 수 있다는 경보음을 울렸다.

   

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2도 상승한 세상에 대한 두려움

   

과학자들은 다양한 컴퓨터 기후모델을 통해 미래의 기후변화를 예측해 알려주고 있다. 이런 모델링 결과를 종합해 기후변화정부간협의체는 이번 세기말인 2080~2100년에 지구 평균온도가 산업화 이전 대비 2도 증가하는 경우, 북극 생태계와 아마존에서 환경변화가 갑작스레 돌이킬 수 없는 상황으로 진행되는 이른바 '티핑 포인트' 도달, 육지의 탄소 흡수량 감소, 생물종 멸종 위험 증가, 해양 산성화와 높은 기후변화 속도에 따른 해양 생물 다양성 손실, 기후변화에 의한 작물 생산 변동성 증가, 질병률 증가 등의 위험이 중간 수준일 것으로 분류했다. 지구적 주요 위험 항목 15가지 가운데 매우 높은 수준의 위험으로 분류한 것은 '빈곤계층의 수자원 접근성 감소' 한 가지다.

   

하지만 모델링을 통한 미래 예측의 정확성에는 한계가 있다. 최근 북극의 바다 얼음 녹는 속도가 과거 어떤 모델링을 통해 예상했던 것보다도 빠르게 진행되고 있는 것이 그런 예다. 조금씩 가까워지는 2도 상승한 세상에 두려움을 가질 수밖에 없는 이유다.

   

환경정책평가연구원 기후융합연구실 강상인 연구위원은 "기후변화 피해가 산업화 이전 대비 상승 폭이 2도 미만으로 유지되면 다시 회복이 가능하지만, 2도를 넘어 점점 올라가면 다시 원래대로 되돌리기 어려운 불가역적 상황이 펼쳐진다는 우려가 있다"고 말했다.

   

김정수 선임기자 jsk21@hani.co.kr

   

출처: <http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=shm&sid1=102&oid=028&aid=0002340669&cid=1011500&iid=1865916>

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Jet stream

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For other uses, see Jet stream (disambiguation).

   

The polar jet stream can travel at speeds greater than 100 miles per hour (160 km/h). Here, the fastest winds are colored red; slower winds are blue.

   

Clouds along a jet stream over Canada.

   

Jet streams flow from west to east in the upper portion of the troposphere.

Jet streams are fast flowing, narrow air currents found in the atmospheres of some planets, including Earth.[1] The main jet streams are located near the tropopause, the transition between the troposphere (where temperature decreases with altitude) and the stratosphere (where temperature increases with altitude).[2] The major jet streams on Earth are westerly winds (flowing west to east). Their paths typically have a meandering shape; jet streams may start, stop, split into two or more parts, combine into one stream, or flow in various directions including the opposite direction of most of the jet. The strongest jet streams are the polar jets, at around 7–12 km (23,000–39,000 ft) above sea level, and the higher and somewhat weaker subtropical jets at around 10–16 km (33,000–52,000 ft). The Northern Hemisphere and the Southern Hemisphere each have both a polar jet and a subtropical jet. The northern hemisphere polar jet flows over the middle to northern latitudes of North America, Europe, and Asia and their intervening oceans, while the southern hemisphere polar jet mostly circles Antarctica all year round.

Jet streams are caused by a combination of a planet's rotation on its axis and atmospheric heating (by solar radiation and, on some planets other than Earth, internal heat). Jet streams form near boundaries of adjacent air masses with significant differences in temperature, such as the polar region and the warmer air towards the equator.[3]

Other jet streams also exist. During the Northern Hemisphere summer, easterly jets can form in tropical regions, typically in a region where dry air encounters more humid air at high altitudes. Low-level jets also are typical of various regions such as the central United States.

Meteorologists use the location of some of the jet streams as an aid in weather forecasting. The main commercial relevance of the jet streams is in air travel, as flight time can be dramatically affected by either flying with the flow or against the flow of a jet stream. Clear-air turbulence, a potential hazard to aircraft passenger safety, is often found in a jet stream's vicinity, but it does not create a substantial alteration on flight times.

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Discovery[edit]

After the 1883 eruption of the Krakatoa volcano, weather watchers tracked and mapped the effects on the sky over several years. They labelled the phenomenon the "equatorial smoke stream".[4][5] In the 1920s, a Japanese meteorologist, Wasaburo Oishi,[6] detected the jet stream from a site near Mount Fuji. He tracked pilot balloons, also known as pibals (balloons used to determine upper level winds),[7] as they rose into the atmosphere. Oishi's work largely went unnoticed outside Japan. American pilot Wiley Post, the first man to fly around the world solo in 1933, is often given some credit for discovery of jet streams. Post invented a pressurized suit that let him fly above 6,200 metres (20,300 ft). In the year before his death, Post made several attempts at a high-altitude transcontinental flight, and noticed that at times his ground speed greatly exceeded his air speed.[8] German meteorologist Heinrich Seilkopf is credited with coining a special term, Strahlströmung (literally "jet streaming"), for the phenomenon in 1939.[9][10] (Modern German usage is "Strahlstrom"[citation needed].) Many sources credit real understanding of the nature of jet streams to regular and repeated flight-path traversals during World War II. Flyers consistently noticed westerly tailwinds in excess of 100 mph (160 km/h) in flights, for example, from the US to the UK.[11]

Description[edit]

   

General configuration of the polar and subtropical jet streams

   

Cross section of the subtropical and polar jet streams by latitude

Polar jet streams are typically located near the 250 hPa pressure level, or 7 to 12 kilometres (4.3 to 7.5 mi) above sea level, while the weaker subtropical jet streams are much higher, between 10 and 16 kilometres (6.2 and 9.9 mi) above sea level. In each hemisphere, both upper-level jet streams form near breaks in the tropopause, that is at a higher altitude near the equator than it is over the poles, with large changes in its height occurring near the location of the jet stream.[12][13] The northern hemisphere polar jet stream is most commonly found between latitudes 30°N and 60°N, while the northern subtropical jet stream is located close to latitude 30°N. The upper level jet stream is said to "follow the sun" as it moves northward during the warm season, or late spring and summer, and southward during the cold season, or autumn and winter.[14][15]

The width of a jet stream is typically a few hundred kilometres or miles and its vertical thickness often less than five kilometres (3 mi).[16]

   

Meanders of the Northern Hemisphere's polar jet stream developing (a), (b); then finally detaching a "drop" of cold air (c). Orange: warmer masses of air; pink: jet stream.

Jet streams are typically continuous over long distances, but discontinuities are common.[17] The path of the jet typically has a meandering shape, and these meanders themselves propagate east, at lower speeds than that of the actual wind within the flow. Each large meander, or wave, within the jet stream is known as a Rossby wave. Rossby waves are caused by changes in the Coriolis effect with latitude. Shortwave troughs are smaller packets of upper level energy, on the scale of 1,000 to 4,000 kilometres (620–2,500 mi) long,[18] that move through the flow pattern around large scale, or longwave, ridges and troughs within Rossby waves.[19] Jet streams can split into two due to the formation of an upper-level closed low, that diverts a portion of the jet stream under its base, while the remainder of the jet moves by to its north.

The wind speeds vary according to the temperature gradient, exceeding 92 km/h (50 kn; 57 mph),[17] although speeds of over 398 km/h (215 kn; 247 mph) have been measured.[20] Meteorologists now understand that the path of jet streams steers cyclonic storm systems at lower levels in the atmosphere, and so knowledge of their course has become an important part of weather forecasting. For example, in 2007 and 2012, Britain experienced severe flooding as a result of the polar jet staying south for the summer.[21][22][23]

The polar and subtropical jets merge at some locations and times, while at other times they are well separated.

Cause[edit]

   

Highly idealised depiction of the global circulation. The upper-level jets tend to flow latitudinally along the cell boundaries.

See also: Extratropical cyclone and Thermal wind

In general, winds are strongest immediately under the tropopause (except during tornadoes, hurricanes or other anomalous situations). If two air masses of different temperatures or densities meet, the resulting pressure difference caused by the density difference (which causes wind) is highest within the transition zone. The wind does not flow directly from the hot to the cold area, but is deflected by the Coriolis effect and flows along the boundary of the two air masses.[24]

All these facts are consequences of the thermal wind relation. The balance of forces on an atmospheric parcel in the vertical direction is primarily between the pressure gradient and the force of gravity, a balance referred to as hydrostatic. In the horizontal, the dominant balance outside of the tropics is between the Coriolis effect and the pressure gradient, a balance referred to as geostrophic. Given both hydrostatic and geostrophic balance, one can derive the thermal wind relation: the vertical gradient of the horizontal wind is proportional to the horizontal temperature gradient. This means that temperatures decreasing polewards implies that winds develop a larger eastward component as one moves upwards. Therefore, the strong eastward moving jet streams are in part a simple consequence of the fact that the equator is warmer than the north and south poles.[24]

Polar jet[edit]

The thermal wind relation does not explain why the winds are organized in tight jets, rather than distributed more broadly over the hemisphere. One factor that contributes to the sharpness of the polar jet is the undercutting of sub-tropical airmasses by the more dense polar airmasses at the polar front. This causes surface low pressure and higher pressure at altitude. At high altitudes, lack of friction allows air to respond freely to the steep pressure gradient with low pressure at high altitude over the pole. This results in the formation of planetary wind circulations that experience a strong Coriolis deflection and thus can be considered 'quasi-geostrophic'. The polar front jet stream is closely linked to the frontogenesis process in midlatitudes, as the acceleration/deceleration of the air flow induces areas of low/high pressure respectively, which link to the formation of cyclones and anticyclones along the polar front in a relatively narrow region.[17]

Subtropical jet[edit]

A second factor which contributes to jet sharpness is more appropriate for the subtropical jet, which forms at the poleward limit of the tropical Hadley cell and to first order this circulation is symmetric with respect to longitude. Tropical air rises to the tropopause, mainly because of thunderstorm systems in the Intertropical Convergence Zone, and moves poleward before sinking; this is the Hadley circulation. As it does so it tends to conserve angular momentum, since friction is slight above the ground. In the Northern Hemisphere motions are deflected to the right by the Coriolis force, which for poleward (northward) moving air implies an increased eastward component of the winds[25] (note that leftward deflection in the southern hemisphere also leads to eastward motion). Around 30 degrees from the equator the jet wind speeds have become strong enough that were the jet to extend further polewards the increased windspeed would be unstable; thus the jet is limited.

Other planets[edit]

Jupiter's atmosphere has multiple jet streams, caused by the convection cells that form the familiar banded color structure; on Jupiter, these convection cells are driven by internal heating.[20] The factors that control the number of jet streams in a planetary atmosphere is an active area of research in dynamical meteorology. In models, as one increases the planetary radius, holding all other parameters fixed, the number of jet streams increases.

Some effects[edit]

Precipitation[edit]

   

Influence of Arctic sea ice on European summer precipitation

Hurricane protection[edit]

   

Note the large band of moisture that developed East of Hawaii Island that came from the hurricane.

The jet stream is thought to be one of the reasons most of the Hawaiian Islands have been resistant to the long list of Hawaii hurricanes that have approached. For example, when Hurricane Flossie approached and dissipated just before reaching landfall, NOAA cited vertical wind shear as evidenced in the photo.[26]

Uses[edit]

On Earth, the northern polar jet stream is the most important one for aviation and weather forecasting, as it is much stronger and at a much lower altitude than the subtropical jet streams and also covers many countries in the Northern Hemisphere, while the southern polar jet stream mostly circles Antarctica and sometimes the southern tip of South America. The term jet stream in these contexts thus usually implies the northern polar jet stream.

Aviation[edit]

   

Flights between Tokyo and Los Angeles using the jet stream eastbound and a great circle route westbound.

The location of the jet stream is extremely important for aviation. Commercial use of the jet stream began on 18 November 1952, when Pan Am flew from Tokyo to Honolulu at an altitude of 7,600 metres (24,900 ft). It cut the trip time by over one-third, from 18 to 11.5 hours.[27] Not only does it cut time off the flight, it also nets fuel savings for the airline industry.[28] Within North America, the time needed to fly east across the continent can be decreased by about 30 minutes if an airplane can fly with the jet stream, or increased by more than that amount if it must fly west against it.

Associated with jet streams is a phenomenon known as clear-air turbulence (CAT), caused by vertical and horizontal wind shear connected to the jet streams.[29] The CAT is strongest on the cold air side of the jet,[30] next to and just underneath the axis of the jet.[31] Clear-air turbulence can cause aircraft to plunge and so present a passenger safety hazard that has caused fatal accidents, such as the death of one passenger on United Airlines Flight 826 (1997).[32][33]

Future power generation[edit]

See also: High-altitude wind power

Scientists are investigating ways to harness the wind energy within the jet stream. According to one estimate, of the potential wind energy in the jet stream, only 1 percent would be needed to meet the world's current energy needs. The required technology would reportedly take 10–20 years to develop.[34] There are two major scientific articles about jet stream power. Archer & Caldeira[35] claim that the jet streams can generate the total power of 1700 TW, and that the climatic impact will be negligible. Miller, Gans, & Kleidon[36] claim that the jet streams can generate the total power of only 7.5 TW, and that the climatic impact will be catastrophic.

Unpowered aerial attack[edit]

Near the end of World War II the Japanese fire balloon was designed as a cheap weapon intended to make use of the jet stream over the Pacific Ocean to reach the west coast of Canada and the United States. They were relatively ineffective as weapons, but they were used in one of the few attacks on North America during World War II, causing six deaths and a small amount of damage.[37]

Changes due to climate cycles[edit]

Effects of ENSO[edit]

   

Impact of El Niño and La Niña on North America

Main article: Effects of the El Niño-Southern Oscillation in the United States

The El Niño-Southern Oscillation (ENSO) influences the average location of upper-level jet streams, and leads to cyclical variations in precipitation and temperature across North America, as well as affecting tropical cyclone development across the eastern Pacific and Atlantic basins. Combined with the Pacific Decadal Oscillation, ENSO can also impact cold season rainfall in Europe.[38] Changes in ENSO also change the location of the jet stream over South America, which partially affects precipitation distribution over the continent.[39]

El Niño[edit]

During El Niño events, increased precipitation is expected in California due to a more southerly, zonal, storm track.[40] During the El Niño portion of ENSO, increased precipitation falls along the Gulf coast and Southeast due to a stronger than normal, and more southerly, polar jet stream.[41] Snowfall is greater than average across the southern Rockies and Sierra Nevada mountain range, and is well below normal across the Upper Midwest and Great Lakes states.[42] The northern tier of the lower 48 exhibits above normal temperatures during the fall and winter, while the Gulf coast experiences below normal temperatures during the winter season.[43][44] The subtropical jet stream across the deep tropics of the Northern Hemisphere is enhanced due to increased convection in the equatorial Pacific, which decreases tropical cyclogenesis within the Atlantic tropics below what is normal, and increases tropical cyclone activity across the eastern Pacific.[45] In the Southern Hemisphere, the subtropical jet stream is displaced equatorward, or north, of its normal position, which diverts frontal systems and thunderstorm complexes from reaching central portions of the continent.[39]

La Niña[edit]

Across North America during La Niña, increased precipitation is diverted into the Pacific Northwest due to a more northerly storm track and jet stream.[46] The storm track shifts far enough northward to bring wetter than normal conditions (in the form of increased snowfall) to the Midwestern states, as well as hot and dry summers.[47][48] Snowfall is above normal across the Pacific Northwest and western Great Lakes.[42] Across the North Atlantic, the jet stream is stronger than normal, which directs stronger systems with increased precipitation towards Europe.[49]

Dust Bowl[edit]

Evidence suggests the jet stream was at least partially responsible for the widespread drought conditions during the 1930s Dust Bowl in the Midwest United States. Normally, the jet stream flows east over the Gulf of Mexico and turns northward pulling up moisture and dumping rain onto the Great Plains. During the Dust Bowl, the jet stream weakened and changed course traveling farther south than normal. This starved the Great Plains and other areas of the Midwest of rainfall, causing extraordinary drought conditions.[50]

Longer-term climatic changes[edit]

Since 2007, and particularly in 2012 and early 2013, the jet stream has been at an abnormally low latitude across the UK, lying closer to the English Channel, around 50°N rather than its more usual north of Scotland latitude of around 60°N. However, between 1979 and 2001, it has been found that the average position of the jet stream has been moving northward at a rate of 2.01 kilometres (1.25 mi) per year across the Northern Hemisphere. Across North America, this type of change could lead to drier conditions across the southern tier of the United States and more frequent and more intense tropical cyclones in the tropics. A similar slow poleward drift was found when studying the Southern Hemisphere jet stream over the same time frame.[51]

Other upper-level jets[edit]

Polar night jet[edit]

The polar-night jet stream forms only during the winter months, i.e., polar nights, of the year in their respective hemispheres at around 60° latitude, but at a greater height than the polar jet, of about 80,000 feet (24,000 m).[52] During these dark months the air high over the poles becomes much colder than the air over the equator. This difference in temperature gives rise to extreme air pressure differences in the stratosphere, which, when combined with the Coriolis effect, create the polar night jets, racing eastward at an altitude of about 30 miles (48 km).[53] Inside the polar night jet is the polar vortex. The warmer air can only move along the edge of the polar vortex, but not enter it. Within the vortex, the cold polar air becomes cooler and cooler with neither warmer air from lower latitudes nor energy from the sun during the polar night.[54]

Low level jets[edit]

There are wind maxima at lower levels of the atmosphere that are also referred to as jets.

Barrier jet[edit]

A barrier jet in the low levels forms just upstream of mountain chains, with the mountains forcing the jet to be oriented parallel to the mountains. The mountain barrier increases the strength of the low level wind by 45 percent.[55] In the North American Great Plains a southerly low-level jet helps fuel overnight thunderstorm activity during the warm season, normally in the form of mesoscale convective systems which form during the overnight hours.[56] A similar phenomenon develops across Australia, which pulls moisture poleward from the Coral Sea towards cut-off lows which form mainly across southwestern portions of the continent.[57]

Valley exit jet[edit]

A valley exit jet is a strong, down-valley, elevated air current that emerges above the intersection of the valley and its adjacent plain. These winds frequently reach a maximum of 20 m/s (45 mph) at a height of 40-200 m above the ground. Surface winds below the jet may sway vegetation but are significantly weaker.

They are likely to be found in valley regions that exhibit diurnal mountain wind systems, such as those of the dry mountain ranges of the US. Deep valleys that terminate abruptly at a plain are more impacted by these factors than are those that gradually become shallower as downvalley distance increases.[58]

Africa[edit]

See also: African easterly jet

The mid-level African easterly jet occurs during the Northern Hemisphere summer between 10°N and 20°N above West Africa, and the nocturnal poleward low-level jet occurs in the Great Plains of east and South Africa.[59] The low-level easterly African jet stream is considered to play a crucial role in the southwest monsoon of Africa,[60] and helps form the tropical waves which move across the tropical Atlantic and eastern Pacific oceans during the warm season.[61] The formation of the thermal low over northern Africa leads to a low-level westerly jet stream from June into October.[62]

See also[edit]

   

원본 위치 <http://en.wikipedia.org/wiki/Jet_stream>

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What Is the Greenhouse Effect?

By Marc Lallanila | April 12, 2016 03:05pm ET

While other planets in Earth's solar system are either scorching hot or bitterly cold, Earth's surface has relatively mild, stable temperatures. Earth enjoys these temperatures because of its atmosphere, which is the thin layer of gases that cloak and protect the planet. 

However, 97 percent of climate scientists agree that humans have changed Earth's atmosphere in dramatic ways over the past two centuries, resulting in global warming. To understand global warming, it's first necessary to become familiar with the greenhouse effect, though.

Energy in, energy out

There's a delicate balancing act occurring every day all across the Earth, involving the radiation the planet receives from space and the radiation that's reflected back out to space.

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Earth is constantly bombarded with enormous amounts of radiation, primarily from the sun. This solar radiation strikes the Earth's atmosphere in the form of visible light, plus ultraviolet (UV), infrared (IR) and other types of radiation that are invisible to the human eye.

UV radiation has a shorter wavelength and a higher energy level than visible light, while IR radiation has a longer wavelength and a weaker energy level. About 30 percent of the radiation striking Earth's atmosphere is immediately reflected back out to space by clouds, ice, snow, sand and other reflective surfaces, according to NASA. The remaining 70 percent of incoming solar radiation is absorbed by the oceans, the land and the atmosphere. As they heat up, the oceans, land and atmosphere release heat in the form of IR thermal radiation, which passes out of the atmosphere and into space.

It's this equilibrium of incoming and outgoing radiation that makes the Earth habitable, with an average temperature of about 59 degrees Fahrenheit (15 degrees Celsius), according to NASA. Without this atmospheric equilibrium, Earth would be as cold and lifeless as its moon, or as blazing hot as Venus. The moon, which has almost no atmosphere, is about minus 243 F (minus 153 C) on its dark side. Venus, on the other hand, has a very dense atmosphere that traps solar radiation; the average temperature on Venus is about 864 F (462 C).

The greenhouse effect

The exchange of incoming and outgoing radiation that warms the Earth is often referred to as the greenhouse effect because a greenhouse works in much the same way.

Incoming UV radiation easily passes through the glass walls of a greenhouse and is absorbed by the plants and hard surfaces inside. Weaker IR radiation, however, has difficulty passing through the glass walls and is trapped inside, thus warming the greenhouse. This effect lets tropical plants thrive inside a greenhouse, even during a cold winter.

A similar phenomenon takes place in a car parked outside on a cold, sunny day. Incoming solar radiation warms the car's interior, but outgoing thermal radiation is trapped inside the car's closed windows.

Greenhouse gases and global warming

"Gas molecules that absorb thermal infrared radiation, and are in significant enough quantity, can force the climate system. These type of gas molecules are called greenhouse gases," Michael Daley, an associate professor of Environmental Science at Lasell College told Live Science. Carbon dioxide (CO2) and other greenhouse gases act like a blanket, absorbing IR radiation and preventing it from escaping into outer space. The net effect is the gradual heating of Earth's atmosphere and surface, a process known as global warming

These greenhouse gases include water vapor, CO2, methane, nitrous oxide (N2O) and other gases, according to the Environmental Protection Agency (EPA). Since the dawn of the Industrial Revolution in the early 1800s, the burning of fossil fuels like coal, oil and gasoline have greatly increased the concentration of greenhouse gases in the atmosphere, especially CO2, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). "Deforestation is the second largest anthropogenic source of carbon dioxide to the atmosphere ranging between 6 percent and 17 percent," said Daley. 

Atmospheric CO2 levels have increased by more than 40 percent since the beginning of the Industrial Revolution, from about 280 parts per million (ppm) in the 1800s to 400 ppm today. The last time Earth's atmospheric levels of CO2 reached 400 ppm was during the Pliocene Epoch, between 5 million and 3 million years ago, according to the University of California, San Diego's Scripps Institution of Oceanography.

The greenhouse effect, combined with increasing levels of greenhouse gases and the resulting global warming, is expected to have profound implications, according to the near-universal consensus of scientists.

If global warming continues unchecked, it will cause significant climate change, a rise in sea levels, increasing ocean acidification, extreme weather events and other severe natural and societal impacts, according to NASA, the EPA and other scientific and governmental bodies.

Can the greenhouse effect be reversed?

Many scientists agree that the damage to the Earth's atmosphere and climate is past the point of no return or that the damage is near the point of no return. "I agree that we have passed the point of avoiding climate change," Josef Werne, an associate professor at the department of geology & planetary science at the University of Pittsburgh told Live Science. In Werne's opinion, there are three options from this point forward: 

  1. Do nothing and live with the consequences.
  2. Adapt to the changing climate (which includes things like rising sea level and related flooding).
  3. Mitigate the impact of climate change by aggressively enacting policies that actually reduce the concentration of CO2 in the atmosphere.

Keith Peterman, a professor of chemistry at York College of Pennsylvania, and Gregory Foy, an associate professor of chemistry at York College of Pennsylvania believes that the damage isn't to that point yet, and that international agreements and action can save the planet's atmosphere. 

Additional reporting by Alina Bradford, Live Science Contributor

For the latest information on the greenhouse effect, visit:

Additional resources

Editor's Recommendations

   

출처: <http://www.livescience.com/37743-greenhouse-effect.html>

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