중위도 폭풍(Baroclinic Eddies)이 해들리 순환(HC)에 미치는 열적 효과를 나타낸 개략도.(사진=국립부경대 제공)

지구 기후 시스템의 핵심 순환 구조인 ‘해들리 순환(Hadley cell)’이 왜 점차 극 방향으로 확장되는지에 대한 새로운 설명이 제시됐다.

국립부경대학교 문우석 교수(환경대기과학전공) 연구팀은 기후 과학의 오랜 난제로 불리는 해들리 순환의 원인이 중위도 폭풍(Baroclinic Eddies)에 있다고 밝혔다.

해들리 순환은 열대 상승 기류와 아열대 하강 기류로 이뤄진 거대 대기 순환으로, 전 지구의 강수 분포, 사막 형성, 제트기류 위치 등 다양한 기후 요소를 결정한다.

지난 수십 년 동안 관측과 모델에 따르면 해들리 순환의 경계는 꾸준히 극 쪽으로 이동하고 있지만, 그 원인은 명확히 밝혀지지 않았다. 기존의 대표적 이론은 1980년 Held & Hou 모델이었지만, 이는 실제 대기에서 중요한 중위도 폭풍의 역할을 포함하지 못했다.

문 교수는 이 고전적 이론을 확장해 중위도 폭풍의 열·운동량 수송을 포함하며, 해들리 순환의 확장과 수축을 결정하는 에너지 기반 메커니즘을 처음으로 제시했다.

연구에 따르면 중위도 폭풍이 중위도에 더 많은 에너지를 수송하면 해들리 순환은 수축되면서 세기는 강화되고, 에너지 수송량이 줄어들면 극 방향으로 확장하면서 세기는 약화된다. 지구 온난화가 진행되면서 중위도 폭풍의 빈도수와 세기가 약화되면서 적도에서 중위도로 에너지 수송이 약화되고 있는데, 이는 해들리 순환의 확장을 불러일으키는 것으로 추측된다. 이 발견은 해들리 순환 변화가 단순한 열대 문제를 넘어 중위도 날씨 시스템과 긴밀히 연결된 현상임을 분명히 보여준다.

문우석 교수의 연구는 중위도 폭풍의 변화가 향후 열대 확장의 핵심 동력이 될 수 있음을 명확하게 보여준다. 해들리 순환의 변동은 전 지구 강수 패턴, 가뭄 지역 확대, 제트기류 이동 등 주요 기후 요소에 직접적 영향을 미치기 때문에, 이러한 새 메커니즘은 기후변화 시대의 미래 예측에 큰 의미를 갖는다.

문우석 교수는 이 같은 연구 결과를 담은 논문 ‘Influence of Baroclinic Eddies on the Hadley Cell Edge’와 ‘Midlatitude Interactions Expand the Hadley Circulation’을 최근 지구과학 분야 저명 국제 학술지인 와 에 각각 출간했다. 두 논문 모두 해들리 순환의 경계 형성에 있어 중위도 폭풍이 갖는 역할을 정량적으로 규명한 최초의 연구라는 점에서 큰 주목을 받는다.

이번 연구는 교육부가 지원하고 한국연구재단이 주관하는 글로벌-러닝 석·박사 및 포닥 학문연구기관(LAMP) 프로그램(No. RS-2023-00301702)의 지원을 받아 수행된 것으로, 기후 과학의 오랜 난제를 해결하는 중요한 전환점을 마련했다는 평가를 받는다.