0. 목차
- '엘니뇨 현상'과 '라니냐 현상'
- 엘니뇨 현상은 어느 정도의 빈도로 일어나는가?
- 엘니뇨 현상의 영향
- 엘니뇨 현상에 대한 연구
- 엘니뇨의 사례
1. '엘니뇨 현상'과 '라니냐 현상'
1-1. 일반적인 상태
일반적인 상태에서는 적도 부근에서 동쪽에서 서쪽으로 부는 '무역풍(Trade Wind)'이 불고 있다. 이 바람은 바다의 표면에 있는 따뜻한 바닷물을 서쪽으로 운반한다. 따뜻한 바닷물이 운반된 후의 동태평양에는 아래에서부터 차가운 바닷물이 솟아오른다. 따뜻한 바닷물이 모여 있는 서태평양의 인도네시아 부근에서는 바닷물의 증발이 활발해지고 '상승 기류'가 발생해 비를 가져온다.
1-2. 엘니뇨 현상
'엘니뇨 현상(El Nino phenomenon)'은 남아메리카 '페루(Peru)'의 '난바다(육지에서 멀리 떨어진 바다)'인 동태평양 적도 부근에서 해수면의 고온 상태가 지속되는 현상을 말하는 것이다. '무역풍'이 약해져 동태평양 표층에 있는 따뜻해진 바닷물이 운반되기 어려워지면, 밑에서 차가운 바닷물이 올라오기 어렵기 때문에, 동태평양의 해수면 수온은 보통 때보다 높아진다.따뜻한 바닷물이 모여 있는 장소는 보통 때보다 동쪽에 있기 때문에, '상승 기류'에 의해 만들어지는 '적란운'의 위치도 동쪽으로 치우친다.
'엘니뇨 현상'은 전 태평양 부근뿐만 아니라 전 세계에 기상 이변을 가져오는 것으로 알려져 있다. 페루의 적도 부근의 바다에서 생기는 이 '엘니뇨' 현상은 지구 반대쪽까지 기상 이변을 가져온다. 예컨대, 엘니뇨 현상이 발생했을 때의 겨울은 남아메리카의 북부나 동남아시아, 아프리카 남부, 캐나다 서부, 한국과 일본 부근 등이 평균보다 고온이 되는 경향이 있다.
1-3. 라니냐 현상
반대로 무역풍이 평년보다 강해지는 것이 원인이 되어, 동태평양 적도 부근의 해수면 수온이 평년보다 낮아지는 상태가 계속되는 것을 '라니냐 현상(La Nina phenomenon)'이라고 한다. 무역풍이 보통 때보다 훨씬 강해지고 따뜻한 바닷물도 극단적으로 서쪽에 모이게 된다. 그러면 동태평양에서는 밑에서부터 차가운 바닷물이 활발히 올라오기 때문에, 동태평양의 해수면 수온은 보통 때보다 낮아진다.
'라니냐 현상'도 전 세계에 기상 기상 이변을 일으키는 것으로 생각된다. 라니냐 현상이 일어나면 일반적으로 한국과 일본에서는 겨울에 추위가 심해지고, 여럼에는 무더위가 심해지는 경향을 보인다.
2. 엘니뇨 현상은 어느 정도의 빈도로 일어나는가?
아래의 그래프는 1950년부터 2021년까지 일어난 '엘니뇨 현상'과 '라니냐 현상'의 발생 빈도를 나타낸 것이다. 위로 올라온 부분은 '엘니뇨 현상'이 발생한 기간이고, 아래로 내려간 부분은 '라니냐 현상'이 발생한 기간을 나타낸다. 엘니뇨 현상 또는 라니냐 현상'이 발생했는지는 'ONI(Oceanic Niño Index)' 지수로 판단된다.
3. 엘니뇨 현상의 영향
'엘니뇨 현상'은 전 세계에 영향을 미친다. 엘니뇨 현상이 발생하면 예컨대, 일반적으로 한국과 일본 부근에서는 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻해진다고 한다. 태평양 적도 영역의 해수면 수온의 상승이 멀리 떨어진 지역에 영향을 미치는 메커니즘은 다음과 같다.
따뜻한 바닷물이 있는 곳에서는 바닷물이 활발히 증발해 '적란운'이 만들어지고, 대기의 대류가 활발해진다. 수증기는 미세한 물방울이 되어 구름이 될 때 주위에 열을 방출하는데, 이것이 '로스비파(Rossby Waves)'라고 하는 파장 수천 km를 넘는 대규모 대기의 파동을 만들어낸다. '로스비파'에 따라 저기압과 고기압이 교대로 발생해, 먼 곳의 날씨에도 영향을 미치게 된다. 이것을 '텔레커넥션(Teleconnection: 원격 영향)'이라고 한다. '텔레커넥션'에는 엘니뇨 현상의 최성기에 나타나기 쉬운 'PNA 패턴(Pacific-North American Pattern)'과 엘니뇨가 쇠퇴한 다음의 여름에 발생하는 'PJ 패턴'이 있다.
3-1. 북아메리카에 미치는 영향
엘니뇨 현상은 보통 봄의 끝 무렵에 발생하여, 겨울을 지나 다음 해 여름 전에 끝난다. 엘니뇨 현상의 발생기와 '최성기(가장 왕성하고 한창인 때)'에는 'PNA 패턴'이 나타나기 쉽다. 'PNA 패턴(Pacific-North American Pattern)'은 태평양의 적도 중앙 부근에서 북동 방향으로 저기압과 고기압이 교대로 늘어서는 패턴의 '텔레커넥션(Teleconnection)'으로, 북아메리카에 영향을 미친다. 그 결과, 아메리카 대륙에서 호우가 자주 발생할 수 있다.
또 북태평양에서 흔히 나타나는 '얄류산 저기압'이 평년보다 동쪽으로 치우쳐, 한국과 일본 부근에서 전형적인 '서고동저'의 겨울형 기압 배치가 무너지기 쉬워진다. 그러면 대륙의 차가운 계절풍이 한국과 일본 방향으로 불기 어려워져 겨울이 따뜻해지는 것이다.
3-2. 인도양에 미치는 영향
엘니뇨 현상은 인도양의 해수면 수온에도 영향을 미친다. 평년에는 태평양 적도 영역의 서쪽인 필리핀이나 인도네시아 부근에서 '상승 기류'가 발생하기 쉽지만, 엘니뇨 현상이 일어나면 평년보다 동쪽 위치에서 '상승 기류'가 활발해진다.
그러면 태평양 서쪽의 필리핀·인도네시아 부근에 하강 기류가 생기게 된다. 하강하는 대기는 다시 서쪽의 인도양의 적도 부근에서는 동풍이 되어 해수면 부근의 따뜻한 바닷물을 서쪽으로 운반한다. 그러면 인도네시아 수마트라섬 부근의 인도양 동쪽 해안에서는 서쪽으로 밀려난 바닷물을 보충하기 위해 밑에서부터 차가운 바닷물이 솟아올라 해수면 수온이 낮아진다.
그 결과, 인도양의 서쪽 수온은 높아지고 동쪽 수온은 낮아진다. 그리고 해수면 수온이 높은 동아프리카 부근은 저기압이 발생해 비가 많이 내리고, 해수면 수온이 낮은 고기압이 발생해 비가 적어진다. 이 현상을 '플러스 인도양 다이폴 현상(Plus Indian Ocean Dipole)'이라고 한다. 반대로 '라니냐 현상'이 발생했을 때는 반대로 인도양의 동쪽 수온이 높아지고 서쪽 수온이 높아지는 '마이너스 인도양 다이폴 현상(minus Indian Ocean Dipole)'이 잘 일어난다. 바람에 의해 해수면 수온이 따뜻한 곳이 평년과 다른 장소로 이동하고, 그에 따라 상승 기류가 활발한 장소도 바뀌어, 각지에 기상 이변을 초래하는 것이다.
'플러스 인도양 다이폴 현상(Plus Indian Ocean Dipole)'은 엘니뇨 현상과 관계없이 발생할 수도 있다. 하지만 엘니뇨 현상이 일어나면, 위에서 설명한 메커니즘으로 여름에서 가을에 '플러스 인도양 다이폴 현상(Plus Indian Ocean Dipole)'이 발생하기 쉬워진다.
3-3. 동북아시아에 미치는 영향
엘니뇨 현상을 일반적으로 다음 해 여름을 맞기 전에 쇠퇴하지만, 동북아시아에는 엘니뇨 현상이 쇠퇴한 여름에도 비가 많고 시원한 기상 변이가 일어나기 쉽다. 이 현상도 텔레커넥션에 의한 것이지만, 위에서 말한 엘니뇨 현상 발달기의 텔레커넥션과는 다른 메커니즘으로 일어난다.
엘니뇨 현상이 쇠퇴한 다음에 인도양에 머물던 열은 동북아시아 부근에 기상 이변을 가져온다. '엘니뇨 현상'에 따른 '플러스 인도양 다이폴 현상'이 일어난 다음, 겨울이 되면 인도양 전체가 따뜻해진다. 이러한 열을 머금은 인도양은 엘니뇨 현상이 쇠퇴한 후의 여름에 'PJ 패턴(Pacific-Japan Pattern)'이라는 텔레커넥션을 잘 일으킨다. 'PJ 패턴'은 필리핀·인도네시아 부근에서부터 북동 방향으로 고기압과 저기압이 교대로 늘어서는 것이다. 이 영향으로, 엘니뇨의 쇠퇴 후의 여름은 동남아시아와 그 위에 있는 해상 지역은 평년보다 더워진다. 반면, 한국과 일본의 남쪽 부근은 평년보다 비가 많고 시원한 여름이 경향이 있어, 태풍도 잘 발생하지 않는다.
이러한 메커니즘으로 엘니뇨 쇠퇴 이후, 한국과 일본 남쪽 부근은 시원한 여름이 되기 쉽지만, 그렇지 않은 경우도 있다. 즉, 엘니뇨 쇠퇴 이후 한국과 일본 남쪽의 여름이 반드시 시원한 것은 아니다. 예컨대, 2010년은 엘니뇨 현상이 쇠퇴한 해였지만 '한국'과 '일본 남쪽 부근'의 여름은 무더웠다. 엘니뇨 현상은 기상 이변을 발생시키지만 모든 기상 이변의 원인이 엘니뇨 현상이라고는 할 수 없다. 세계의 기상 현상은 다양한 요인이 겹쳐 일어나기 때문이다.
3-4. ENSO
영국의 수학자이자 인도 기상국 장관을 지낸 '길버트 워커(1868~1958)'는 계절풍의 우량 예측을 연구하다가, 1924년에 태평양의 동서에서 기압이 높낮이가 시소처럼 움직이는 현상을 발견하였다. 이 현상을 '남방 진동(Southern Oscilation)'이라고 명명하였는데, 당시에는 단순히 기압의 변동 현상이라고만 이해하였다.
1969년 노르웨이 출신의 미국 기상학자 '야코브 비에르크네스(Jacob Aall Bonnevie Bjerknes)'는 '남방 진동'과 엘니뇨 현상이 밀접하게 연관되어 있다는 사실을 밝혀냈다. 현재에는 엘니뇨와 '남방 진동'을 하나의 현상으로 간주하고, 각 낱말의 머리글자를 따서 'ENSO'라고 부르는 일이 있다. 이처럼 바다와 대기는 하나가 되어 세계 기상에 영향을 미치고 있다.
4. 엘니뇨 현상에 대한 연구
4-1. 엘니뇨의 관측이 시작되었다.
사실 메커니즘의 규명과 예측을 위해 '엘니뇨의 관측'이 시작된 시기는 1980년대로, 생각보다 오래되지 않았다. 엘니뇨 현상의 존재가 확인되기 시작한 것도 20세기 초에 들어서다. 그 후 1950년대에 '엘니뇨 현상'에 의해 지구적 규모로 대기의 흐름에 변화가 일어난다는 사실이 알려졌고, 1970년대에는 '엘니뇨 현상'의 메커니즘이 어느 정도 밝혀졌다. 하지만 당시에는 관측망과 메커니즘의 규명도 불충했기 대문에, 1982~1983년에 발생한 '엘니뇨 현상'도 예측할 수 없었다.
1985년에는 이것을 계기로 국제적인 관측 시스템을 구축하는 '토가(TOGA: Tropical Ocean Global Atmosphere)'가 개시되었다. 이 계획에서는 표류 부표와 자원 선박에 의한 바다 표층의 수온 관측이 이루어졌다.
4-2. TAO/TRITON Array
1994년에는 태평양 적도 부근에서 '계류 부표(밧줄로 해저에 연결되어 표류하지 않게 한 부표)'의 관측망도 완성되었다. 이 계류 부표의 관측망은 '타오 어레이(TAO Array: Tropical Atmosphere Ocean Array)'라고 불린다.
2000년에는 'TAO Array'의 서쪽에 '트라이톤 어레이(TRITON Array: Triangle Trans-Ocean buoy Network)'가 설치되었고, 이를 '잠스텍(JAMSTEC: 일본 해양 연구개발 기구)'이 운용하고 있다. 이후에는 태평양 적도 영역의 계류 부표 관측망을 'TAO/TRITON Array'라고 부르고 있다. 이 계류 부표에서는 수온, 염분 농도 등의 해양 관측뿐만 아니라, 기온, 기압, 풍향, 풍속, 강수량 등의 기상 관측도 할 수 있게 되었다. 데이터는 가까운 인공위성을 거쳐 실시간으로 송신되어 전 세계의 연구자에게 공급된다.
4-3. 아르고 계획
하지만 'TAO/TRITON Array'를 통해 파악 가능한 지역은 어디까지나 '열대 태평양'뿐이다. 근년에는 인도양에도 같은 종류의 계류 부표의 관측망이 설치도었지만, 그것도 적도 부근뿐이다. 그래서 지구 전체 바다를 항상 관측하기 위한 '아르고 계획(Argo Project)'이 2000년부터 시작되었다.
'아르고 계획'에서는 '아르고 플로트(Argo Foat)'라고 불리는 높이 약 1.5m, 지름 약 15cm, 무게 약 25kg의 소형 관측 로봇을 배에서 바다에 배치해, 전 세계 바다의 구석구석까지 관측한다. 'Argo float'는 자동적으로 떠오르거나 가라앉으면서, 해수면에서 수심 200m까지의 수온과 염분의 관측 데이터를 인공위성을 통해 지상으로 실시간 송신할 수 있다.
2018년 10월에는 아르고 계획을 시작한 이후의 누계 데이터의 수가 200만 건을 초과하였다. 이는 지금까지의 선박 관측 데이터 수를 훨씬 넘는 수치다. 'Argo float'의 관측을 통해, 엘니뇨 현상은 중위도 해양 내부의 수온 변화와도 연관되어 있다는 사실도 밝혀졌다. 그리고 'Argo float'로 지구 바다 전체를 관측할 수 있게 되어, 바다의 어디에 열이 얼마나 고여 있는지에 대해서도 자세히 파악할 수 있게 되었다.
4-4. 생물지화학적 아르고 계획
근년에는 '생물지화학적 아르고 계획(Biogeochemical Argo Project)'도 진행되고 있다. 이는 신형 센서를 탑재한 'Argo float'를 세계의 바다에 전개하려는 계획이다. 'Argo float'로는 '수온'과 '염분'밖에 측정할 수 없지만, 'Biogeochemical Argo float'로는 '용존 산소량(물속에 녹아 있는 산소의 양)', 플랑크톤 등의 영양분이 되는 '영양염(nutrient)', '바닷물의 pH', 등도 알 수 있다. 또 '바닷속에 녹아 있는 이산화탄소의 양' 등도 추정할 수 있다.
5. 엘니뇨의 예측
세계 각지에서 기상 이변을 일으키는 '엘니뇨 현상'이나 '인도양 다이폴 모드 현상(IOD: Indian Ocean Dipole)'을 예측할 수 있다면, 그 효과는 엄청나다. 예컨대, 내년 여름부터 가을에 걸쳐 엘니뇨 현상이 발생하고, 어느 지역에서는 그 영향으로 비가 적게 온다는 것이 예측되었다고 하자. 그러면, 내년에 건조함에 강한 작물을 심어 농업 피해를 줄일 수 있다. 2021년 현재 기술 수준에서는, 엘니뇨 현상은 1년 이상 전에, '인도양 다이폴 모드 현상(IOD)'은 반년 정도 전에 높은 확률로 발생을 예측할 수 있다. 예측은 슈퍼컴퓨터에서 재현한 '가상 지구'를 써서 실시된다.
6. 엘니뇨의 사례
6-1. 2014~2016년 엘니뇨
2014년 여름부터 2016년 봄까지 2년 가까이 계속된 엘니뇨 현상은 1949년 이래 가장 길게 이어졌다. 이 기간 동안 해수면의 수온은 전년까지 30년간의 해수면 온도를 평균한 '기준값'보다 최대 3℃ 상승하였는데, 이는 1949년 이래 셋째로 높은 온도 상승 폭이었다.
2014년 여름부터 2016년 봄까지 이르는 기간에 발생한 엘니뇨 현상'에서는 2015년 봄 이래 동남아시아에서 1년 동안의 강수량이 장소에 따라서는 평균의 60%를 밑돌았다. 특히 '보르네오 섬(Borneo Island)' 동부와 필리핀 남부에서는 2015년 12월부터 2016년 3월까지의 강수량이 평년의 40% 정도였다.
또 인도차이나 반도를 흐르는 '메콩강(Mekong River)'의 수위는 1926년 이래 최저 수준까지 떨어져 심각한 가뭄과 염해가 발생했다. 베트남에서는 서울 면적의 약 2.6배에 해당하는 1590km2의 논이 황폐해지고 100만 명이 물 부족을 겪었다. '염해(salt damage)'란 해수의 침입 또는 간척지 등에서 염분의 추출에 의하여 받은 재해를 말하는 것으로, 가뭄에 의하여 하천 유량이 감소되었을 경우 '염해'가 발생할 수 있다.
