기후변화 되먹임

기후변화 되먹임(climate change feedbacks)은 주어진 양의 온실 기체 배출에 대해 지구 온도가 얼마나 상승할지에 영향을 미치는 자연적 과정이다. 양성 되먹임은 지구 온난화를 증폭시키는 반면, 음성 되먹임은 이를 감소시킨다.IPCC, 2021: Annex VII: Glossary [Matthews, J.B.R., V. Möller, R. van Diemen, J.S. Fuglestvedt, V. Masson-Delmotte, C.  Méndez, S. Semenov, A. Reisinger (eds.)]. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 2215–2256, doi:10.1017/9781009157896.022. 되먹임은 대기 중 온실 기체의 양과 그에 반응하여 발생하는 온도 변화의 양 모두에 영향을 미친다. 배출은 기후변화를 일으키는 복사강제력이지만, 되먹임들은 결합하여 그 강제력에 대한 기후 민감도를 조절한다.

되먹임의 전체 합계는 음성이지만, 온실 기체 배출이 계속됨에 따라 그 음성 수치가 줄어들고 있다. 이는 되먹임이 없을 때보다 온난화가 더 느리게 진행된다는 것을 의미하지만, 현재 수준으로 배출이 계속된다면 온난화가 가속화될 것임을 뜻한다. 순 되먹임이 음성으로 유지되는 주된 이유는 행성이 따뜻해짐에 따라 증가하는 열복사 때문인데, 이 효과는 다른 어떤 단일 되먹임보다 몇 배 더 크다. 따라서 인위적인 기후변화만으로는 폭주 온실 효과를 일으킬 수 없다.

되먹임은 물리적 되먹임과 부분적인 생물학적 되먹임으로 나눌 수 있다. 물리적 되먹임에는 (눈과 얼음 덮개의 감소로 인한) 지표면 반사율 감소와 대기 중 수증기 증가가 포함된다. 수증기는 강력한 온실 기체일 뿐만 아니라, 구름 분포와 대기 온도 분포의 되먹임에도 영향을 미친다. 생물학적 되먹임은 주로 탄소 순환의 일부로 식물체가 를 축적하는 속도의 변화와 관련이 있다. 탄소 순환은 매년 이산화 탄소 배출량의 절반 이상을 식물과 대양으로 흡수한다. 장기적으로는 탄소흡수원이 포화되고 기온 상승으로 인해 가뭄과 산불 같은 영향이 나타나면서 이 흡수 비율은 감소할 것이다.

되먹임의 강도와 관계는 전 지구 기후 모형을 통해 추정되며, 가능한 경우 관측 데이터와 대조하여 교정한다. 어떤 되먹임은 기후 민감도에 빠르게 영향을 주지만, 빙상으로부터의 되먹임 반응은 수세기에 걸쳐 서서히 나타난다. 또한 되먹임은 눈과 얼음 덮개 감소를 포함하는 되먹임으로 인한 극 증폭과 같은 지역적 차이를 유발할 수 있다. 기본적인 관계는 잘 이해되어 있으나, 특정 분야, 특히 구름 되먹임과 관련해서는 되먹임의 불확실성이 존재한다. 탄소 순환의 불확실성은 식물에 흡수되는 의 양과 바이오매스가 타거나 부패할 때 방출되는 막대한 양에 의해 발생한다. 예를 들어, 영구동토가 녹으면서 발생하는 와 메테인 배출은 모형화하기 어려운 방식으로 나타난다. 기후변화 시나리오는 시간이 지남에 따라 지구가 온실 기체 배출에 어떻게 반응할지, 그리고 지구가 따뜻해짐에 따라 되먹임이 어떻게 변할지를 추정하기 위해 모형을 사용한다.

 정의 및 용어 

플랑크 반응(Planck response)은 물체가 따뜻해짐에 따라 방출하는 추가적인 열복사이다. 플랑크 반응을 기후변화 되먹임으로 볼지 여부는 맥락에 따라 다르다. 기후학에서 플랑크 반응은 열복사 되먹임 및 탄소 순환 되먹임과는 별개인 온난화의 고유한 부분으로 취급될 수 있다. 그러나 기후 민감도를 계산할 때는 플랑크 반응이 포함된다.

초기 변화를 증폭시키는 되먹임을 양성 되먹임이라 하고, 초기 변화를 줄이는 되먹임을 음성 되먹임이라 한다. 기후변화 되먹임은 지구 온난화의 맥락에 있으므로, 양성 되먹임은 온난화를 강화하고 음성 되먹임은 이를 완화한다. 되먹임을 양성 또는 음성으로 명명하는 것이 그 되먹임이 좋거나 나쁘다는 것을 의미하지는 않는다.

되먹임을 유발하는 초기 변화는 외부에서 강제(외부 강제)될 수도 있고, 기후계의 내부 변동성을 통해 발생할 수도 있다. 외부 강제는 "기후계 외부의 강제 요인이 기후계의 변화를 일으키는 것"을 의미하며, 이는 기후계를 온난화 또는 냉각 방향으로 밀어낼 수 있다., p.9. Also available as PDF  외부 강제는 인간에 의해 발생할 수도 있고(예: 온실 기체 배출 또는 토지 이용 변화), 자연적일 수도 있다(예: 화산 분화).

 물리적 되먹임 
 플랑크 반응 (음성) 
섬네일|upright=1.35|기후변화는 현재 지구 환경의 여러 부분에서 흡수되는 열복사량이 우주로 방출되는 양을 초과하기 때문에 발생한다. 온난화가 심해짐에 따라 플랑크 반응으로 인해 우주로 나가는 복사가 빠르게 증가하며, 이는 결국 지구가 더 높은 어느 온도 수준에서 안정화되도록 돕는다.
플랑크 반응은 "기후계에서 가장 근본적인 되먹임"이다. 흑체의 온도가 상승하면 슈테판-볼츠만 법칙에 따라 적외선 복사의 방출은 절대 온도의 4제곱에 비례하여 증가한다. 이는 지구가 따뜻해짐에 따라 우주로 다시 나가는 복사 에너지를 증가시킨다. 이것은 강력한 안정화 반응이며, 온도의 순수한 함수로 간주될 때 열역학계의 세기 성질이므로 때때로 "되먹임이 없는 반응(no-feedback response)"이라고도 불린다. 지구는 유효 방사율이 1보다 작지만, 행성의 외부 복사 섭동을 조사할 때 이상적인 흑체 복사는 분리 가능한 양으로 나타난다.

플랑크 "되먹임" 또는 플랑크 반응은 실제 관측이나 전 지구 기후 모형(GCM)의 분석에서 얻은 비교 가능한 복사 반응이다. 그 예상 강도는 슈테판-볼츠만 방정식의 도함수인 −4σT3 = −3.8 W/m2·K(온난화 1도당 제곱미터당 와트)에서 가장 간단하게 추정된다. GCM 응용 프로그램의 계산에서는 성층권의 크기 성질 및 이후에 이러한 모형에 없는 것으로 확인된 유사한 잔차 인위적 요소로 인해 강도가 감소하는 경우가 있었다.

외부 복사에 영향을 미치는 지구의 대부분의 광범위한 "회색체" 특성은 다른 GCM 되먹임 구성 요소에 포함되며, 특정 강제-되먹임 프레임워크에 따라 분포되는 것으로 가정된다. 이상적으로는 분석 방법이 계속 성숙함에 따라 GCM, 간접 측정 및 흑체 추정치에서 얻은 플랑크 반응 강도가 더욱 수렴될 것이다.

 수증기 되먹임 (양성) 
섬네일|upright=1.5|대기 가스는 특정 파장의 에너지만 흡수하고 다른 파장에는 투명하다. 수증기(파란색 정점)와 이산화 탄소(분홍색 정점)의 흡수 패턴은 일부 파장에서 겹친다.
클라우지우스-클라페롱 방정식에 따르면 따뜻한 대기에서 포화 수증기압이 더 높으므로 대기가 따뜻해짐에 따라 수증기의 절대량이 증가한다. 해양에서는 상대 습도(RH)가 거의 일정하게 유지되지만 육지에서는 감소하기 때문에 이를 비습(specific humidity) 되먹임이라고도 한다. 이는 육지가 해양보다 더 빠르게 온난화를 겪기 때문이며, 2000년 이후 상대 습도의 감소가 관찰되었다.

수증기는 온실 기체이므로 수증기 함량의 증가는 대기를 더욱 따뜻하게 만들고, 이는 대기가 더 많은 수증기를 보유할 수 있게 한다. 이와 같이 양성 되먹임 고리가 형성되어 음성 되먹임이 계를 평형 상태로 가져올 때까지 계속된다. 대기 수증기의 증가는 인공위성을 통해 감지되었으며, 이러한 관측에 근거한 계산에 따르면 이 되먹임 강도는 1.85 ± 0.32 W/m2·K이다. 이는 1.77 ± 0.20 W/m2·K인 모형 추정치와 매우 유사하다. 두 값 모두 CO2 증가만으로 발생할 수 있는 온난화를 실질적으로 두 배로 늘린다. 다른 물리적 되먹임과 마찬가지로, 이는 기후변화 시나리오에 따른 온난화 전망에 이미 반영되어 있다.

 기온 감률 (음성) 

섬네일|upright=1.2|기온 감률(녹색)은 극지방 위도를 제외한 지구상의 모든 곳에서 음성 되먹임이다. 순 기후 되먹임(검은색)은 이것이 제외될 경우(주황색) 음성 수치가 줄어든다. 
기온 감률은 대기 변수, 일반적으로 지구의 대기에서 온도가 고도에 따라 낮아지는 비율이다. 따라서 이는 복사와 관련된 온도를 고도의 함수로 수량화한 것이며, 이 맥락에서 별개의 현상은 아니다. 기온 감률 되먹임은 일반적으로 음성 되먹임이다. 그러나 극지방에서는 기후변화의 가장 큰 결과 중 하나인 극 증폭 온난화에 강력하게 기여하는 양성 되먹임으로 작용한다. 이는 극지방과 같이 역전이 강한 지역에서 지표면이 높은 고도보다 더 빨리 따뜻해져서 비효율적인 장파 냉각이 발생하기 때문이다.

대기의 온도는 대류권에서 높이에 따라 감소한다. 적외선 복사 방출은 온도에 따라 달라지므로, 상대적으로 차가운 상층 대기에서 우주로 나가는 열복사는 하층 대기에서 지면으로 방출되는 양보다 적다. 따라서 온실 효과의 강도는 대기의 높이에 따른 온도 감소율에 달려 있다. 이론과 기후 모형 모두 지구 온난화가 높이에 따른 온도 감소율을 줄여 온실 효과를 약화시키는 음성 기온 감률 되먹임을 생성할 것임을 시사한다.

 지표면 반사율 되먹임 (양성) 

반사율(Albedo)은 행성 표면이 태양 복사를 얼마나 강하게 반사하여 흡수를 방지하고 냉각 효과를 내는지를 나타내는 척도이다. 더 밝고 반사율이 높은 표면은 반사율이 높고, 어두운 표면은 반사율이 낮아 더 많이 가열된다. 가장 반사율이 높은 표면은 얼음과 눈이므로, 지표면 반사율 변화는 압도적으로 얼음-반사율 되먹임(ice-albedo feedback)으로 알려진 것과 관련이 있다. 소수의 효과는 물리해양학, 토양 수분 및 식생 피복의 변화와도 관련이 있다.

눈 덮인 지역과 해빙의 존재는 북극점과 남극점을 그것이 없었을 때보다 더 춥게 만든다. 빙기 동안 추가적인 얼음은 반사율을 높여 태양 복사 흡수를 낮추고 행성을 냉각시킨다. 그러나 온난화가 발생하여 얼음이 녹으면 어두운 육지나 열린 바다가 그 자리를 대신하며 더 많은 온난화를 유발하고, 이는 다시 더 많은 해빙을 유발한다. 두 경우 모두 평형을 찾을 때까지 자가 증폭 주기가 계속된다. 결과적으로, 최근의 북극해 해빙 감소는 1979년(지속적인 위성 판독 시작) 이후 북극이 지구 평균보다 거의 4배 더 빠르게 온난화되는 극 증폭 현상의 주요 원인이다. 반대로, 동남극 빙상이 해수면 위로 거의 4km 솟아 있는 남극의 얼음 덮개는 높은 안정성으로 인해 지난 70년 동안 순 온난화를 거의 겪지 않았다.
섬네일|좌측|upright=1.2|해빙 구역을 보여주는 항공 사진. 연한 파란색 영역은 융해 연못이고 가장 어두운 영역은 열린 바다이다. 둘 다 흰색 해빙보다 반사율이 낮으므로 그 존재는 국지적 및 지구 온도를 상승시켜 더 많은 융해를 촉진하는 데 도움을 준다
2021년 현재 전체 지표면 되먹임 강도는 0.35 [0.10 ~ 0.60] W/m2·K로 추정된다. 1979년에서 2011년 사이의 북극해 해빙 감소만으로도 0.21 (W/m2)의 복사강제력을 담당했다. 이는 같은 기간 동안  배출로 인한 영향의 4분의 1에 해당한다. 1992년에서 2018년 사이의 모든 해빙 피복의 결합된 변화는 모든 인위적 온실 기체 배출의 10%와 맞먹는다. 얼음-반사율 되먹임 강도는 일정하지 않으며 얼음 손실 속도에 따라 달라진다. 모형에 따르면 고온 온난화 하에서 그 강도는 2100년경에 정점을 찍고 그 이후에는 가장 쉽게 녹는 얼음이 이미 사라졌을 것이기 때문에 감소할 것으로 예측된다.

CMIP5 모형이 6월부터 9월까지 북극해 해빙 피복의 완전한 소멸(높은 온난화 수준에서 발생 가능한 결과)을 추정할 때, 지구 온도는 0.16~0.21 °C 범위와 함께  상승하며, 지역 온도는  이상 상승할 것이다. 이러한 계산에는 해빙 손실이 지역 기온 감률, 수증기 및 구름 되먹임에 미치는 영향과 같은 2차 효과가 포함되며, 기존 모형 예측에 "추가적인" 온난화를 유발하지는 않는다.

 구름 되먹임 (양성) 
섬네일|서로 다른 대기 고도에서 구름이 단파 및 장파 복사와 상호 작용하는 방식에 대한 세부 사항

아래에서 보면 구름은 지표면으로 적외선 복사를 방출하여 온난화 효과를 내고, 위에서 보면 구름은 햇빛을 반사하고 우주로 적외선 복사를 방출하여 냉각 효과를 낸다. 낮은 구름은 밝고 반사율이 매우 높아 강력한 냉각을 유도하는 반면, 높은 구름은 너무 얇고 투명해서 햇빛을 효과적으로 반사하지 못해 전반적인 온난화를 유발한다. 전체적으로 구름은 상당한 냉각 효과를 가지고 있다. 그러나 기후변화는 구름 유형의 분포를 변화시켜 구름의 냉각 효과를 집단적으로 감소시키고 전체적인 온난화를 가속화할 것으로 예상된다. 구름의 변화가 일부 위도에서는 음성 되먹임으로 작용하지만, 전 지구적 규모에서는 분명한 양성 되먹임을 나타낸다.

2021년 현재 구름 되먹임 강도는 0.42 [–0.10 ~ 0.94] W/m2·K로 추정된다. 이는 모든 기후 되먹임 중 가장 큰 신뢰 구간을 가지며, 이는 (대부분 해양 위에 존재하는) 일부 구름 유형을 관측하기가 매우 어려웠기 때문에 기후 모형이 그 거동을 시뮬레이션하려 할 때 데이터가 충분하지 않기 때문에 발생한다. 또한 구름은 주로 석탄 및 벙커유와 같은 황 함량이 높은 화석 연료의 여과되지 않은 연소에서 발생하는 연무질 입자에 의해 강한 영향을 받아왔다. 구름 되먹임에 대한 모든 추정치는 이러한 입자로 인해 발생하는 이른바 지구음암화의 효과도 분리해낼 필요가 있다.

따라서 구름 되먹임의 추정치는 기후 모형마다 크게 다르다. 구름 되먹임이 가장 강한 모형은 기후 민감도가 가장 높으며, 이는 (또는 이와 동등한 온실 기체) 농도의 두 배 증가에 대해 다른 모형보다 훨씬 더 강한 온난화를 시뮬레이션함을 의미한다. 2020년경, 일부 모형이 시뮬레이션한 온난화 결과가 화석을 통한 고기후학적 증거와 모순된다는 사실이 발견되었고, 그 출력값은 IPCC 제6차 평가 보고서의 기후 민감도 추정에서 사실상 제외되었다.

 생물지리물리적 및 생물지리화학적 되먹임 
  되먹임 (주로 음성) 

섬네일|우측|upright=1.5|이 빠른 탄소 순환 도표는 육지, 대기, 토양 및 대양 사이에서 연간 수십억 톤 단위의 탄소 이동을 보여준다. 노란색 숫자는 자연적인 흐름이며, 빨간색은 연간 수십억 톤 단위의 인간 기여도이다. 흰색 숫자는 저장된 탄소를 나타낸다.
지구의 탄소 순환에는 기후에 대한 양성과 음성 되먹임이 모두 존재한다. 음성 되먹임은 규모가 크며 기후 복원력 또는 동역학적(시간 의존적) 기후변화 연구에서 큰 역할을 한다. 이들은 온도 변화에 상대적으로 둔감한 것으로 간주되기 때문에, 기후 민감도를 수량화하려는 연구에서는 별도로 취급되거나 무시되기도 한다. 지구 온난화 예측에는 2007년 IPCC 제4차 평가 보고서(AR4) 이후 탄소 순환 되먹임이 포함되었다., in: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. 당시에는 이러한 되먹임에 대한 과학적 이해가 제한적이었으나 이후 개선되었다. 이러한 양성 되먹임에는 산불 빈도와 심각성의 증가, 화재와 건조로 인한 아마존 우림의 상당한 손실 및 다른 곳에서의 수목 손실이 포함된다.

아마존 우림은 거대한 규모와 중요성 때문에, 그리고 기후변화로 인해 겪는 피해가 지속적인 탈산림화로 인해 악화되기 때문에 잘 알려진 사례이다. 두 위협의 결합은 잠재적으로 우림의 상당 부분 또는 전체를 사바나와 같은 상태로 변화시킬 수 있으나, 이는 아마도 의 상대적으로 높은 온난화가 필요할 것이다.

전체적으로 육지와 대양의 탄소흡수원은 현재 배출량의 약 절반을 흡수한다. 이들의 미래 흡수는 동역학적이다. 앞으로 배출량이 줄어들면 흡수 비율이 증가하여 남은 배출량의 최대 4분의 3까지 흡수할 것이지만, 흡수되는 원물량은 현재보다 줄어들 것이다. 반대로 배출량이 증가하면 흡수되는 원물량은 지금보다 늘어나겠지만, 그 비율은 21세기 말까지 3분의 1로 떨어질 수 있다. 21세기 이후에도 배출량이 매우 높게 유지된다면 탄소흡수원은 결국 완전히 압도되어 대양 흡수원은 더욱 축소되고 육지 생태계는 아예 순 배출원으로 변할 것이다. 가상적으로 매우 강력한 이산화 탄소 제거가 이루어진다면 육지와 대양 탄소흡수원이 수십 년 동안 순 배출원이 되는 결과가 나타날 수도 있다.

 대양의 역할 
섬네일|320px|지구 대기에 100 GtC의 를 주입한 후의 임펄스 응답. 과잉 탄소의 대부분은 수 세기 이내에 대양과 육지 탄소흡수원에 의해 제거되지만, 상당 부분이 지속된다.

르 샤틀리에의 원리에 따라 지구 탄소 순환의 화학적 평형은 인위적인  배출에 반응하여 이동할 것이다. 이것의 주된 동인은 소위 용해 펌프를 통해 인위적 를 흡수하는 대양이다. 현재 이것은 현재 배출량의 약 3분의 1만을 차지하지만, 궁극적으로 인류 활동으로 배출된 의 대부분(~75%)은 수세기에 걸쳐 대양에 용해될 것이다: "대중적 논의를 위한 화석 연료  수명의 더 나은 근사치는 300년이며, 여기에 영원히 남는 25%를 더한 것이다." 그러나 앞으로 대양이 이를 받아들이는 속도는 덜 확실하며, 온난화로 인한 층화 및 잠재적으로 대양의 열염순환 변화에 영향을 받을 것이다. 전 지구 탄소흡수원 전체 강도를 결정하는 단일 최대 요인은 남극해의 상태, 특히 남극해 역전순환인 것으로 여겨진다.

 화학적 풍화 
지질학적 장기적 관점에서 화학적 풍화는 대기 중의 를 제거하는 역할을 한다. 현재의 지구 온난화로 인해 풍화가 증가하고 있으며, 이는 기후와 지구 표면 사이의 중요한 되먹임을 보여준다. 생물 격리 또한 생물학적 과정에 의해 를 포집하고 저장한다. 대양 생물에 의한 껍질 형성은 아주 오랜 시간에 걸쳐 대양에서 를 제거한다. 가 석회암으로 완전히 전환되는 데는 수천 년에서 수십만 년이 걸린다.

 광합성을 통한 일차 생산 
식물과 식물성 플랑크톤의 순 일차 생산성은 증가한 가 그들의 광합성을 촉진함에 따라 증가하며, 이를 CO2 시비 효과라고 한다. 또한 대기 중  농도가 높아짐에 따라 식물은 열린 기공(식물이 를 흡수하는 잎의 구멍)을 통해 수분을 덜 잃기 때문에 증발산이 줄어들어 물이 덜 필요하게 된다. 그러나 특정 지역에서 증가한 가뭄은 여전히 식물의 성장을 제한할 수 있으며, 최적 조건을 벗어난 온난화는 일관되게 부정적인 영향을 미친다. 따라서 21세기에 대한 추정치에 따르면 극지에 가까운 고위도에서는 식물이 훨씬 더 풍부해지겠지만 열대 지방 근처에서는 성장이 훨씬 줄어들 것으로 보인다. 열대 생태계가 지금보다 탄소를 더 많이 얻을 것이라는 점에는 중간 정도의 신뢰도만 있다. 그러나 전체 육지 탄소흡수원이 양성으로 유지될 것이라는 점에는 높은 신뢰도가 있다.

 비 기후 관련 가스 (불명확) 
섬네일|upright=1.5|자연 생태계에서의 메테인 기후 되먹임 고리.
생물학적 기원의 가스 방출은 지구 온난화의 영향을 받으며, 여기에는 메테인, 아산화 질소 또는 다이메틸 설파이드와 같은 기후 관련 가스가 포함된다. 대양에서 방출되는 다이메틸 설파이드와 같은 다른 가스들은 간접적인 효과를 미친다. 육지(특히 습지로부터의 습지 메테인 배출)에서의 메테인 방출과 육지 및 대양에서의 아산화 질소 방출은 알려진 양성 되먹임이다. 즉, 장기적인 온난화는 담수 생태계 내 메테인 관련 미생물 군집의 균형을 변화시켜 이들이 더 많은 메테인을 생성하는 동시에 비례적으로 적은 양이 이산화 탄소로 산화되게 한다. 또한 반사율에 영향을 미치는 생물지리물리적 변화도 나타날 것이다. 예를 들어, 일부 아북극림의 잎갈나무속이 가문비나무속 나무로 대체되고 있다. 잎갈나무는 겨울에 잎을 떨어뜨려 일 년 내내 어두운 잎을 유지하는 가문비나무보다 눈에 더 많이 덮여 있기 때문에 이는 온난화에 제한적으로 기여한다.

반면 해염, 다이메틸 설파이드, 먼지, 오존 및 다양한 생물 기원 휘발성 유기 화합물의 배출 변화는 전반적으로 음성일 것으로 예상된다. 2021년 현재 이러한 비 되먹임들은 모두 실질적으로 서로 상쇄되는 것으로 믿어지지만, 신뢰도는 낮으며 결합된 되먹임은 어느 방향으로든 최대 0.25 W/m2·K가 될 수 있다.

 영구동토 (양성) 
영구동토는 모형화하기 어렵고, 그 역할에 대한 추정치가 다양한 온난화 수준에서 서로 다른 속도로 탄소 풀이 고갈됨에 따라 강한 시간 의존성을 보이므로 위의 추정치에 포함되지 않는다. 대신 이는 단기 온난화에 기여할 별개의 과정으로 취급되며, 가장 좋은 추정치는 아래에 제시되어 있다.

Nature Climate Change에 발표된 2024년 연구에 따르면 영구동토층 해빙으로 인한 북극의 해안 침식은 대양의 이산화 탄소 흡수 능력을 감소시켜 이 지역에서 추가적인 탄소-기후 되먹임을 유발한다.

 장기 되먹임 
 빙상 
섬네일|좌측|upright=0.8|지구상의 주요 얼음 지역의 반사율 상실은 온난화를 가중시킨다. 표시된 값은 의 초기 온난화에 대한 것이다. 전체 빙상 손실에는 수천 년이 필요하지만, 다른 것들은 100년 또는 200년 안에 소실될 수 있다
지구에 남아 있는 두 빙상인 그린란드 빙상과 남극 빙상은 세계에서 가장 큰 섬과 대륙 전체를 덮고 있으며, 둘 다 평균 두께가 약 에 달한다. 이 엄청난 크기 때문에 온난화에 대한 반응은 수천 년 단위로 측정되며 두 단계로 발생하는 것으로 믿어진다.

첫 번째 단계는 빙하가 녹은 물이 열염순환에 미치는 영향이다. 융해수는 완전히 민물이기 때문에 표층수가 하층수 아래로 가라앉는 것을 더 어렵게 만들고, 이는 층 사이의 산소, 영양분 및 열의 교환을 방해한다. 이는 음성 되먹임으로 작용할 것이며, 1000년 평균으로 의 냉각 효과를 내는 것으로 추정되기도 하지만 이러한 시간 척도에 대한 연구는 제한적이었다. 훨씬 더 장기적인 효과는 장기적인 온도 변화가 무엇이든 그에 대한 반응으로 최종 상태에 도달하는 빙상의 얼음-반사율 되먹임이다. 온난화가 완전히 역전되지 않는 한 이 되먹임은 양성일 것이다.

그린란드 빙상의 완전한 소멸은 지구 온난화에 (0.04~0.06 °C 범위)를 가중시키고, 서남극 빙상의 소멸은 (0.04~0.06 °C)를 가중시키며, 동남극 빙상은 를 가중시킬 것으로 추정된다. 그린란드 빙상의 완전한 소멸은 북극의 지역 온도를 에서  사이로 상승시키고, 남극의 지역 온도는 서남극 빙상 소멸 후 , 동남극 빙상 소멸 후  상승할 가능성이 높다.

이 추정치들은 지구 온난화가 평균 로 유지된다는 가정을 전제로 한다. 온실 효과의 로그 성장으로 인해, 얼음 손실의 영향은 2020년대의 약간 더 낮은 온난화 수준에서 더 크겠지만, 온난화가 더 높은 수준으로 진행되면 그 영향은 더 낮아질 것이다. 장기적인 온난화가  정도라면 그린란드와 서남극 빙상은 완전히 녹을 운명에 처할 가능성이 높지만, 동남극 빙상은 지구 온난화가 에 달하는 매우 높은 수준이 되지 않는 한 완전한 소멸의 위험에 처하지 않을 것이다.

 메테인 하이드레이트 

메테인 하이드레이트 또는 메테인 클라쓰레이트는 물의 결정 구조 내에 많은 양의 메테인이 갇혀 있어 얼음과 유사한 고체를 형성하는 동결 화합물이다. 지구상에서는 일반적으로 해저의 퇴적물 아래(해수면 아래 약 )에 놓여 있다. 2008년경에는 북극, 특히 동시베리아 북극해 붕 주변의 비교적 얕은 퇴적물에서 다량의 하이드레이트가 빠르게 분해되어 대량의 메테인을 방출하고 잠재적으로 80년 이내에 의 온난화를 초래할 수 있다는 심각한 우려가 있었다. 현재 연구에 따르면 하이드레이트는 온난화에 매우 느리게 반응하며, 해저에서 해리된 후 메테인이 대기에 도달하는 것은 매우 어렵다. 따라서 이번 세기 내에 메테인 하이드레이트로 인해 지구 온도에 "감지 가능한" 영향이 발생할 것으로 예상되지는 않는다. 일부 연구는 하이드레이트 해리가 수천 년에 걸쳐 의 온난화를 유발할 수 있음을 시사한다.

 기후 민감도의 강제-되먹임 공식화 

지구는 장기적인 온도 변화가 지구의 에너지 불균형(EEI는 Earth's energy imbalance의 약자)을 따르는 열역학계이다.

여기서 ASR은 흡수된 태양 복사이고 OLR은 대기 상층부에서 방출되는 외출 장파 복사이다. EEI가 양수이면 계는 온난화되고, 음수이면 계는 냉각되며, 거의 0이면 온난화도 냉각도 일어나지 않는다. 이 식의 ASR과 OLR 항은 계의 거동을 지배하는 많은 온도 의존적 특성과 복잡한 상호 작용을 포함한다.

비교적 안정적인 열역학적 평형 상태 주변에서 해당 거동을 진단하기 위해 기호 Δ로 표시된 EEI에 대한 섭동을 고려할 수 있다. 이러한 섭동은 일반적으로 자연적이거나 인위적인 복사강제력(ΔF)에 의해 유발된다. 안정된 상태로 돌아가거나 안정된 상태에서 더 멀어지게 하는 계 내부의 반응을 되먹임 λΔT라고 한다.
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열역학의 고전적 원리에 따르면 되먹임은 열역학 과정이고 강제는 열역학적 조작이다.

모든 λ 구성 요소(독립적이고 부가적으로 작용하도록 1차라고 가정됨)가 열역학계의 정의에 따라 다양한 정도로 온도의 함수이므로, 되먹임은 집합적으로 선형화된 매개변수 λ와 섭동 온도 ΔT로 근사될 수 있다.
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EEI에 유의미한 영향을 미치는 일부 되먹임 구성 요소는 다음과 같다.
= 수증기,
= 구름,
= 지표면 반사율,
= 탄소 순환,
= 플랑크 반응,
= 기온 감률. 모든 양은 전 지구 평균으로 이해되며, T는 인간과 다른 많은 생명체에 직접적인 관련이 있기 때문에 일반적으로 지표면 온도로 변환된다.See Appendices A and B for a more detailed review of this and similar formulations

특히 온도의 강력한 함수인 음성 플랑크 반응은 때때로 다른 구성 요소로부터의 상대적 되먹임 이득 gi에 관한 식을 제공하기 위해 별도로 분리된다.
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예를 들어 수증기 되먹임의 경우 이다.

현대 수치 기후 모델링 및 분석의 맥락에서 선형화된 공식은 제한적으로 사용된다. 그러한 용도 중 하나는 서로 다른 되먹임 메커니즘의 상대적 강도를 진단하는 것이다. 강제에 대한 기후 민감도의 추정치는 순 되먹임이 음수로 유지되고 일정 시간이 지난 후 계가 새로운 평형 상태(ΔEEI=0)에 도달하는 경우에 대해 얻어진다.
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 기후 정책에 미치는 영향 

섬네일|alt=IPCC의 평형 기후 민감도에 대한 다섯 가지 역사적 추정치를 보여주는 도표|IPCC 평가 보고서의 기후 민감도 역사적 추정치. 처음 세 보고서는 정성적인 가능성 범위를 제시했고, 다음 세 보고서는 >66% 가능성 범위(진한 파란색)를 추가하여 이를 정량화했다. 이 불확실성은 주로 되먹임에 좌우된다.
기후변화 되먹임에 대한 불확실성은 기후 정책에 영향을 미친다. 예를 들어, 탄소 순환 되먹임에 대한 불확실성은 온실 기체 배출 감소 목표(기후변화 완화)에 영향을 줄 수 있다.Meehl, G.A., T.F. Stocker, W.D. Collins, P. Friedlingstein, A.T. Gaye, J.M. Gregory, A. Kitoh, R. Knutti, J.M. Murphy, A. Noda, S.C.B. Raper, I.G. Watterson, A.J. Weaver and Z.-C. Zhao, 2007: Chapter 10: Global Climate Projections. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. (Section 10.4.1 Carbon Cycle/Vegetation Feedbacks) 배출 목표는 종종 대기 온실 기체 농도의 목표 안정화 수준이나 지구 온난화를 특정 크기로 제한하려는 목표에 기반한다. 이러한 두 가지 목표(농도 또는 온도) 모두 탄소 순환의 미래 변화에 대한 이해가 필요하다.

모형이 탄소 순환의 미래 변화를 잘못 투영하면 농도 또는 온도 목표를 달성하지 못할 수 있다. 예를 들어, 모형이 양성 되먹임(예: 영구동토층 해빙으로 인해)으로 인해 대기로 방출되는 탄소의 양을 과소평가한다면, 농도 또는 온도 목표를 달성하는 데 필요한 배출 감소 정도 또한 과소평가할 수 있다.

 같이 보기 
 기후 변동 및 변화
 기후 복원력
 복잡계
 기후변화의 영향
 매개변수화 (대기 모델링)
 기후전환점

 각주 


분류:기후 변화의 영향
분류:피드백