극 증폭

극 증폭()은 순복사 균형의 변화(예: 온실 효과 강화)가 행성 평균보다 극 지역 근처에서 더 큰 온도 변화를 일으키는 현상이다. 이는 일반적으로 극 지역의 온난화와 열대 지역의 온난화 비율로 언급된다. 장파 복사의 우주 방출을 제한할 수 있는 대기(즉, 온실 효과)를 가진 행성의 표면 온도는 단순한 행성 평형 온도 계산이 예측하는 것보다 더 따뜻할 것이다. 대기나 광대한 해양이 극 지역으로 열을 운반할 수 있는 경우, 극 지역은 더 따뜻하고 적도 지역은 국지적인 순복사 균형이 예측하는 것보다 더 시원할 것이다. 극 지역은 지구 평균 온도가 기준 기후에 비해 낮을 때 가장 큰 냉각을 겪을 것이며, 반대로 지구 평균 온도가 높을 때 가장 큰 온난화를 겪을 것이다.

극단적으로, 금성은 수명 기간 동안 매우 큰 온실 효과 증가를 겪었을 것으로 생각되며, 그 결과 금성의 극 지역은 표면 온도를 사실상 등온 상태(극과 적도 사이에 차이 없음)로 만들기에 충분히 따뜻해졌다. 지구에서는 수증기와 미량 가스가 더 약한 온실 효과를 제공하며, 대기와 광대한 해양은 효율적인 극 방향 열 수송을 제공한다. 아래 설명된 바와 같이 고기후 변화와 최근의 지구 온난화 변화 모두 강력한 극 증폭을 보였다.

북극 증폭은 지구 북극에서만 발생하는 극 증폭이며, 남극 증폭은 남극점에서 발생하는 극 증폭이다.

 역사 
북극 증폭과 관련된 관측 기반 연구는 1969년 미하일 부디코에 의해 발표되었으며, 연구 결론은 "해빙 손실은 지표 반사율 피드백을 통해 북극 온도에 영향을 미친다"고 요약되었다. 같은 해 윌리엄 D. 셀러스도 유사한 모델을 발표했다. 두 연구 모두 지구 기후계 내에서 폭주하는 양의 피드백 가능성을 시사했기 때문에 상당한 관심을 끌었다. 1975년 마나베와 웨더랄드는 온실 기체 증가의 영향을 살펴본 최초의 그럴듯한 일반 순환 모델을 발표했다. 지구의 3분의 1 미만으로 제한되었고, "늪" 해양과 고위도에만 육지 표면이 있었지만, 이 모델은 북극이 열대 지역보다 빠르게 온난화되고 있음을 보여주었다(이후의 모든 모델도 마찬가지였다).

 증폭 
 증폭 메커니즘 
해빙과 눈 덮개와 관련된 피드백은 육상 극 증폭의 주요 원인 중 하나로 널리 인용된다. 이러한 피드백은 특히 국지적 극 증폭에서 두드러지지만, 최근 연구에서는 감률 피드백이 북극 증폭에 있어 얼음-알베도 피드백만큼 중요할 가능성이 있음을 보여주었다. 이 아이디어를 뒷받침하듯, 얼음이나 눈이 없는 모델 세계에서도 대규모 증폭이 관찰된다. 이는 극 방향 열 수송의 (일시적일 수 있는) 강화와 국지적인 순복사 균형 변화에서 직접적으로 발생하는 것으로 보인다. 국지적인 복사 균형은 중요하다. 왜냐하면 외향 장파 복사의 전반적인 감소는 적도 근처보다 극 근처에서 순복사의 상대적인 증가를 더 크게 일으키기 때문이다. 따라서 감률 피드백과 국지적인 복사 균형 변화 사이에서 극 증폭의 상당 부분은 외향 장파 복사 변화에 기인할 수 있다. 이는 특히 북극의 경우에 해당하며, 남극의 높은 지형은 감률 피드백의 영향을 제한한다.

최근 극 증폭에 기여하는 것으로 생각되는 기후계 피드백의 몇 가지 예로는 눈 덮개와 해빙 감소, 대기 및 해양 순환의 변화, 북극 환경에 있는 인위적인 그을음의 존재, 그리고 구름 덮개와 수증기 증가가 있다. CO2 강제력 또한 극 증폭에 기여하는 것으로 알려져 있다. 대부분의 연구는 해빙 변화를 극 증폭과 연결시킨다. 해빙 범위와 두께 모두 극 증폭에 영향을 미친다. 기준 해빙 범위가 작고 해빙 덮개가 얇은 기후 모델은 더 강한 극 증폭을 보인다. 현대 기후의 일부 모델은 눈과 얼음 덮개 변화 없이 북극 증폭을 나타낸다.

극 온난화에 기여하는 개별 과정은 기후 민감도를 이해하는 데 중요하다. 극 온난화는 또한 해양 및 육상 생태계, 기후 시스템, 인구를 포함한 많은 생태계에 영향을 미친다. 극 증폭은 주로 국지적 극 과정에 의해 거의 원격 강제력 없이 주도되는 반면, 극 온난화는 열대 및 중위도 강제력에 의해 조절된다. 극 증폭의 이러한 영향은 지구 온난화에 직면하여 지속적인 연구로 이어졌다.

 해양 순환 
전 세계 풍력 에너지의 70%가 해양으로 전달되며 남극순환류 (ACC) 내에서 발생한다고 추정된다. 결국, 풍력 응력으로 인한 용승은 차가운 남극 해수를 대서양 표층류를 통해 운반하고, 적도 위에서 따뜻하게 만들고, 북극 환경으로 유입시킨다. 이는 고위도에서 특히 두드러진다. 따라서 북극의 온난화는 전 지구 해양 수송의 효율성에 달려 있으며 극 시소 효과에 영향을 미친다.

라니냐 기간 동안의 산소 감소와 낮은 pH는 일차생산량 감소 및 해양 순환의 더 뚜렷한 극 방향 흐름과 상관관계가 있는 과정이다. 엘니뇨 남방진동의 라니냐 기간 동안 북극 표층 기온 이상 현상 증가의 메커니즘은 열대 지역이 북극 온난화 메커니즘(TEAM)을 유발하여 로스비 파동이 더 극 방향으로 전파되고, 이는 파동 역학 및 하향 적외선 복사 증가로 이어진다는 주장도 제기되었다.

 증폭 계수 
극 증폭은 일반적으로 극 온도 변화와 더 넓은 평균 온도 변화의 비율로 정의되는 극 증폭 계수로 정량화된다.
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여기서 는 극 온도 변화이고 는 예를 들어 전 지구 평균 온도의 해당 변화이다.

일반적인 구현는 온도 변화를 최근 기준 기간(일반적으로 30년) 대비 표층 기온의 이상치로 직접 정의한다. 다른 연구에서는 확장된 기간 동안 표층 기온 분산의 비율을 사용하기도 했다.

 증폭 단계 
섬네일|서남극의 온도 경향(왼쪽)은 전 지구 평균을 크게 초과했지만, 동남극은 그 정도가 덜하다.
북극과 남극의 온난화는 궤도 강제력 때문에 일반적으로 위상이 맞지 않게 진행되어, 소위 극 시소 효과를 초래하는 것으로 관찰된다.

 고기후 극 증폭 
플라이스토세의 빙하 / 간빙기 주기는 북극과 남극 모두에서 극 증폭에 대한 광범위한 고기후 증거를 제공한다. 특히 년 전 최종 빙기 극대기 이후의 온도 상승은 명확한 그림을 제공한다. 북극(그린란드)과 남극의 대리 온도 기록은 약 2.0의 극 증폭 계수를 나타낸다.

 최근 북극 증폭 

섬네일|어두운 해양 표면은 유입되는 태양 복사의 6%만을 반사하는 반면, 해빙은 50~70%를 반사한다.
관찰된 북극 증폭으로 이어지는 제안된 메커니즘으로는 북극해 해빙 감소 (개방 수역은 해빙보다 적은 햇빛을 반사), 적도에서 북극으로의 대기 열 수송, 그리고 감률 피드백이 포함된다.

북극은 역사적으로 전 지구 평균보다 두 배 빠르게 온난화되는 것으로 묘사되었지만, 이 추정치는 최근의 가속화를 놓친 오래된 관측에 기반한 것이었다. 2021년에는 북극이 지구보다 세 배 빠르게 온난화되었음(1971년과 2019년 사이에 3.1°C 상승, 같은 기간 동안 지구 온난화는 1°C)을 보여주는 충분한 데이터가 확보되었다. 더욱이 이 추정치는 북위 60도 이상, 즉 북반구 전체의 3분의 1을 북극으로 정의한다. 2021-2022년에는 1979년 이후 북극권 자체(북위 66도 이상) 내의 온난화가 전 지구 평균보다 거의 네 배 빨랐음이 밝혀졌다. 북극권 내에서도 바렌츠해 지역에서 훨씬 더 큰 북극 증폭이 발생하며, 서 스피츠베르겐 해류 주변에 핫스팟이 있다. 이 경로에 위치한 기상 관측소는 전 지구 평균보다 최대 7배 빠른 10년 단위 온난화를 기록하고 있다. 이는 바렌츠해의 얼음 덮개가 북극해의 나머지 해빙과 달리 지구 온난화 1.5도에서도 영구적으로 사라질 수 있다는 우려를 증폭시켰다.

북극 증폭의 가속화는 선형적이지 않았다. 2022년 분석에 따르면 두 번의 급격한 단계가 있었는데, 첫 번째는 1986년경, 두 번째는 2000년 이후였다. 첫 번째 가속화는 이 지역의 인위적인 복사 강제력 증가에 기인하며, 이는 1980년대 유럽에서 산성비를 퇴치하기 위한 성층권 황산염 에어로졸 오염 감소와 관련이 있을 가능성이 높다. 황산염 에어로졸은 냉각 효과가 있기 때문에 그들의 부재는 북극 온도를 최대 0.5도 상승시켰을 가능성이 있다. 두 번째 가속화는 알려진 원인이 없으며, 그래서 어떤 기후 모형에도 나타나지 않았다. 이는 북극 온도와 대서양 다십년 주기 변동 (AMO) 사이의 제안된 연관성처럼 수십 년간의 자연 변동성의 예일 가능성이 높으며, 이 경우 미래에 역전될 것으로 예상할 수 있다. 그러나 북극 증폭의 첫 번째 증가조차도 현재 CMIP6 모델 중 일부만이 정확하게 시뮬레이션했다. 최근 연구에 따르면 북극은 1979년 이후 전 지구 평균보다 거의 4배 빠르게 온난화되었으며, 바렌츠해와 같은 지역은 최대 7배 빠른 속도를 경험하여 극 기후 변화를 해결해야 할 긴급한 필요성을 강조한다.

 중위도 날씨에 대한 가능한 영향 

 같이 보기 
 북극 쌍극자 이상 현상
 북극진동
 북극의 기후
 극소용돌이
 갑작스러운 성층권 온난화

 각주 

 외부 링크 


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분류:북극해
분류:남극의 환경
분류:북극의 환경