열대 저기압과 기후 변화

thumb|upright=1.35|1949년부터 2015년까지 북대서양 열대 저기압 활동을 소산 전력 지수(PDI)에 따라 나타낸 그래프. 해수면 온도와 PDI를 함께 표시하여 이들의 관계를 보여준다. 선들은 5년 가중 평균으로 평활화되었으며, 중간 연도에 표시된다.

기후변화는 열대 저기압에 다양한 방식으로 영향을 미친다. 강우량과 풍속의 강화, 매우 강한 폭풍의 빈도 증가, 그리고 사이클론이 최대 강도에 도달하는 지역의 극 방향 확장 등이 인간 유발 기후 변화의 결과이다. 열대 저기압은 따뜻하고 습한 공기를 에너지원 또는 연료로 사용한다. 기후 변화가 해양 온도를 높임에 따라, 이 연료의 가용성이 잠재적으로 증가한다.

1979년부터 2017년 사이에 사피어-심프슨 허리케인 등급에서 카테고리 3 이상 열대 저기압의 비율이 전 세계적으로 증가했다. 이러한 경향은 북인도양, 북대서양 및 남인도양에서 가장 두드러졌다. 북인도양, 특히 아라비아해에서는 사이클론의 빈도, 지속 시간 및 강도가 크게 증가했다. 1982년부터 2019년 사이에 아라비아해의 사이클론 수는 52% 증가했으며, 매우 강력한 사이클론 수는 150% 증가했다. 한편, 아라비아해 사이클론의 총 지속 시간은 80% 증가했으며, 매우 강력한 사이클론의 지속 시간은 260% 증가했다. 북태평양에서는 열대 저기압이 극 방향으로 더 차가운 바다로 이동하고 있었으며, 이 기간 동안 강도 증가는 없었다. 의 온난화로 인해 열대 저기압의 더 큰 비율(+13%)이 카테고리 4 및 5의 강도에 도달할 것으로 예상된다. 2019년 연구에 따르면 기후 변화가 대서양 분지에서 열대 저기압의 급격한 강화 관측 추세를 이끌고 있었다. 급격하게 강화되는 사이클론은 예측하기 어렵기 때문에 해안 지역사회에 추가적인 위험을 초래한다.

따뜻한 공기는 더 많은 수증기를 포함할 수 있다. 이론적인 최대 수증기 함량은 클라우지우스-클라페롱 방정식에 의해 주어지며, 이는 1 °C 온난화당 대기 중 수증기가 약 7% 증가함을 의미한다. 2019년 검토 논문에서 평가된 모든 모델은 미래의 강우량 증가를 보여준다. 추가적인 해수면 상승은 폭풍해일 수준을 증가시킬 것이다. 극심한 파도가 열대 저기압 변화의 결과로 증가할 가능성이 있으며, 이는 해안 지역사회에 폭풍 해일 위험을 더욱 악화시킬 것이다. 홍수, 폭풍 해일 및 지상 홍수(강)의 복합적인 영향은 지구 온난화로 인해 증가할 것으로 예상된다.

기후 변화가 열대 저기압의 전체 빈도에 어떻게 영향을 미칠지에 대해서는 현재 합의된 바가 없다. 대다수의 기후 모형은 미래 예측에서 빈도 감소를 보여준다. 예를 들어, 9개의 고해상도 기후 모델을 비교한 2020년 논문은 남인도양과 남반구 전반에서 빈도의 확실한 감소를 발견했으며, 북반구 열대 저기압에 대해서는 혼합된 신호를 발견했다. 관측 결과는 전 세계 열대 저기압의 전체 빈도에 큰 변화가 없음을 보여주었으며, 북대서양과 중태평양에서는 빈도가 증가하고 남인도양과 서북태평양에서는 크게 감소했다. 열대 저기압의 최대 강도가 발생하는 위도가 극 방향으로 확장되었는데, 이는 기후 변화와 관련이 있을 수 있다. 북태평양에서는 동쪽으로도 확장되었을 수 있다. 1949년부터 2016년 사이에 열대 저기압의 이동 속도가 둔화되었다. 이것이 기후 변화에 어느 정도까지 기인하는지는 아직 불분명하다. 모든 기후 모델이 이 특징을 보여주지는 않는다.

 배경 

열대 저기압은 저기압 중심, 닫힌 저층 대기 순환, 강풍 및 폭우나 스콜을 동반하는 나선형 뇌우 배열을 특징으로 하는 빠르게 회전하는 폭풍 시스템이다. 이러한 시스템의 대부분은 매년 7개의 열대 저기압 해역 중 한 곳에서 형성되며, 다양한 기상 서비스 및 경보 센터에서 모니터링한다.

열대 저기압 활동을 결정하는 요인들은 비교적 잘 이해되어 있다. 따뜻한 해수면은 불안정하고 습한 중층 대류권과 마찬가지로 열대 저기압에 유리하며, 수직 바람 시어는 이를 억제한다. 이러한 요인들은 모두 기후 변화 하에서 변할 것이지만, 어떤 요인이 지배적인지는 항상 명확하지 않다.

열대 저기압은 대서양과 북동 태평양에서는 허리케인으로, 북서 태평양에서는 태풍으로, 남태평양이나 인도양에서는 사이클론으로 알려져 있다. 근본적으로, 이들은 모두 같은 종류의 폭풍이다.

 자료 및 모형 

 측정 
thumb|upright=1.35 | 해양의 열은 열대 저기압의 강도에 기여하며, 해양이 지구 온난화로 인한 열의 90% 이상을 흡수하면서 최근 수십 년 동안 해양 열 함유량이 증가했다.
위성 이미지를 기반으로 한 드보락 기법은 전 세계적으로 열대 저기압 강도를 추정하는 데 사용되는 주요 기법이다.

열대 저기압의 잠재 강도(PI)는 관측된 데이터, 주로 온도, 습도 및 해수면 온도 (SST)의 수직 프로파일에서 도출된 데이터를 사용하여 계산할 수 있다. 대류 가용 잠재 에너지(CAPE)는 1958년부터 1997년까지 열대 지방의 라디오존데 관측소에서 계산되었지만, 품질이 좋지 않다고 여겨진다. 소산 전력 지수(PDI)는 북대서양 및 서북태평양의 총 전력 소산을 나타내며, 열대 SST와 강하게 상관관계가 있다. 시스템을 분류하기 위한 다양한 열대 저기압 등급이 존재한다.

 역사적 기록 
thumb|upright=1.35|1950년부터 2020년까지 누적 사이클론 에너지 지수에 따른 북대서양의 열대 저기압 활동.
1970년경 시작된 위성 시대 이후, 폭풍과 해수면 온도의 연관성에 대한 경향은 충분히 견고하다고 간주된다. 더 먼 과거에 활동적인 폭풍기가 있었음에 동의하지만, 해수면 온도 관련 소산 전력 지수는 그렇게 높지 않았다. 고기후학은 지질학적 대리 지표(홍수 퇴적물)나 난파선 또는 나이테 이상과 같은 역사적 문서 기록을 통해 과거 열대 저기압 활동을 연구하는 학문이다. 2019년 기준으로, 고기후 연구는 더 넓은 지역에 대한 결론을 도출하기에 아직 충분히 일관적이지 않지만, 특정 위치에 대한 유용한 정보를 제공한다.

 열대 저기압 모델링 
기후 모형은 저기압 활동의 예상되는 미래 변화를 연구하는 데 사용된다. 저해상도 기후 모델은 대류를 직접적으로 나타낼 수 없으며, 대신 매개변수화를 사용하여 더 작은 규모의 프로세스를 근사한다. 이는 대류가 열대 저기압 물리학의 필수적인 부분이기 때문에 열대 저기압에 어려움을 야기한다.

고해상도 전역 모델 및 지역 기후 모델은 실행에 더 많은 컴퓨터 자원이 필요할 수 있어, 견고한 통계 분석을 위해 충분한 열대 저기압을 시뮬레이션하기 어렵다. 그러나 기술 발전과 함께 기후 모델은 열대 저기압 빈도 및 강도에 대한 시뮬레이션 능력을 향상시켰다.

과학자들이 모델링할 때 직면하는 한 가지 과제는 열대 저기압의 최근 변화가 인위적인 강제와 관련이 있는지, 아니면 이러한 변화가 여전히 자연 변동성 범위 내에 있는지를 결정하는 것이다. 이는 더 긴 시간 해상도로 열대 저기압을 조사할 때 가장 분명하게 나타난다. 한 연구는 동부 오스트레일리아 해안을 따라 1세기 동안의 역사적 기록에서 열대 폭풍의 감소 추세를 발견했다.

 열대 저기압의 변화 
thumb|상륙 전의 1970년 볼라 사이클론. 30만 명 이상의 사상자를 내며 기록상 가장 치명적인 열대 저기압이 되었다.
기후 변화는 열대 저기압에 다양한 방식으로 영향을 미칠 수 있다. 강우량과 풍속의 강화, 전체 빈도의 감소, 매우 강력한 폭풍의 빈도 증가, 그리고 사이클론이 최대 강도에 도달하는 지역의 극 방향 확장 등이 인간 유발 기후 변화의 가능한 결과이다.

 강우량 
따뜻한 공기는 더 많은 수증기를 포함할 수 있다. 이론적인 최대 수증기 함량은 클라우지우스-클라페롱 방정식에 의해 주어지며, 이는 1 °C 온난화당 대기 중 수증기가 약 7% 증가함을 의미한다. 2019년 검토 논문에서 평가된 모든 모델은 시간당 내리는 비의 양인 강우량의 미래 증가를 보여준다. 세계기상기구는 2017년에 허리케인 하비로 인한 강우량이 기후 변화로 인해 매우 크게 증가했을 가능성이 높다고 밝혔다.

열대 저기압의 강우 면적(강우율과 대조적으로)은 주로 열대 평균 해수면 온도에 대한 상대적인 해수면 온도(SST)에 의해 제어된다. 상대 해수면 온도가 증가하면 강우량이 외부로 확장되며, 이는 폭풍풍장 확산과 관련이 있다. 가장 큰 열대 저기압은 상대 해수면 온도와 중층 대류권 상대 습도가 가장 큰 서북태평양 열대 지방에서 관측된다. 해수 온도가 균일하게 상승한다고 가정하면, 온난화하는 기후는 강우 면적에 영향을 미 미치지 않을 가능성이 높다.

 강도 

열대 저기압은 따뜻하고 습한 공기를 에너지원 또는 "연료"로 사용한다. 기후 변화가 해수 온도를 높임에 따라, 이 연료의 가용성이 잠재적으로 증가한다. 2012년 발표된 한 연구는 해수면 온도가 열대 저기압의 잠재 강도(PI)를 측정하는 데 유용한 대리 지표가 될 수 있다고 제안했는데, 이는 사이클론이 해양 분지 온도에 민감하기 때문이다. 1979년부터 2017년 사이에 사피어-심프슨 허리케인 등급에서 카테고리 3 이상 열대 저기압의 비율이 전 세계적으로 증가했으며, 이들은 시간당 이상의 풍속을 가진 사이클론이다. 이러한 경향은 북대서양과 남인도양에서 가장 두드러졌다. 북태평양에서는 열대 저기압이 극 방향으로 더 차가운 바다로 이동하고 있었으며, 이 기간 동안 강도 증가는 없었다. 2 °C 온난화로 인해 열대 저기압의 더 큰 비율(+13%)이 카테고리 4 및 5의 강도에 도달할 것으로 예상된다. 2020년 폭풍 중 최소 열대 폭풍 강도를 가진 폭풍에 대한 2020년 연구는 인간 유발 기후 변화가 3시간 강우율을 10% 증가시켰고, 3일 누적 강우량을 5% 증가시켰으며, 허리케인 강도 폭풍의 경우 이 수치는 각각 11%와 8%로 증가했다고 결론지었다.

기후 변화는 1982년부터 2009년까지 대서양 분지에서 열대 저기압의 급격한 강화 관측 추세를 이끌고 있었을 가능성이 높으며, 강화 과정을 겪는 폭풍의 비율은 이 기간 동안 거의 두 배가 되었다. 급격하게 강화되는 사이클론은 예측하기 어렵고 해안 지역사회에 추가적인 위험을 초래한다. 폭풍은 또한 상륙 후 더 느리게 약화되기 시작하여, 과거보다 내륙 지역을 더 위협한다. 2020년 북대서양 허리케인은 예외적으로 활발했으며, 폭풍의 빈도와 강도에 대한 수많은 기록을 깼다.
thumb|center|600px|북대서양 열대 폭풍 및 허리케인

 빈도 
기후 변화가 열대 저기압의 전체 빈도에 어떻게 영향을 미칠지에 대해서는 합의된 바가 없다. 대다수의 기후 모형은 미래 예측에서 빈도 감소를 보여준다. 예를 들어, 9개의 고해상도 기후 모델을 비교한 2020년 논문은 남인도양과 남반구 전반에서 빈도의 확실한 감소를 발견했으며, 북반구 열대 저기압에 대해서는 혼합된 신호를 발견했다. 관측 결과는 전 세계 열대 저기압의 전체 빈도에 큰 변화가 없음을 보여주었다.

2015년에 발표된 연구는 더 시원한 기후에서 더 많은 열대 저기압이 발생할 것이며, 해수면 온도가 미만일 때도 열대 저기압 발생이 가능하다고 결론지었다. 따뜻한 해수면 온도, 특히 남반구에서 이산화탄소 수치 증가와 함께 미래에는 열대 저기압 빈도가 감소할 가능성이 높다.

2015년 동태평양 및 중태평양 허리케인 시즌 이후 무라카미(Murakami) 등이 수행한 연구에서는 기록적인 수의 열대 저기압과 3개의 동시 발생 카테고리 4 허리케인이 발생했는데, 온실가스 강제가 아열대 태평양 온난화를 강화하여 이 지역에서 극도로 활발한 열대 저기압의 빈도를 증가시킬 것이라고 결론지었다.

 폭풍 경로 
열대 저기압의 최대 강도가 발생하는 위도가 극 방향으로 확장되었는데, 이는 기후 변화와 관련이 있을 수 있다. 북태평양에서는 동쪽으로도 확장되었을 수 있다. 1949년부터 2016년 사이에 열대 저기압의 이동 속도가 둔화되었다. 이것이 기후 변화에 어느 정도까지 기인하는지는 아직 불분명하다. 모든 기후 모델이 이 특징을 보여주지는 않는다.

 폭풍해일 및 홍수 위험 
추가적인 해수면 상승은 폭풍해일 수준을 증가시킬 것이다. 극심한 파도가 열대 저기압 변화의 결과로 증가할 가능성이 있으며, 이는 해안 지역사회에 폭풍 해일 위험을 더욱 악화시킬 것이다. 1923년부터 2008년 사이에 미국 대서양 연안을 따라 발생한 폭풍 해일 사건은 증가하는 추세를 보였다. 2017년 연구는 홍수, 폭풍 해일 및 육상 홍수(강)의 복합적인 영향을 조사했으며, 기후 변화로 인해 증가할 것으로 예상했다. 그러나 과학자들은 최근의 폭풍 해일 증가가 인위적인 기후 변화에 대한 반응인지 여부에 대해서는 여전히 불확실하다.

 다양한 해역의 열대 저기압 
thumb|350px|right|2020년 9월 16일, 여섯 개의 열대 저기압이 두 해역을 휘젓고 있다.

 허리케인 

2008년과 2016년에 수행된 연구는 대서양 허리케인 시즌의 지속 기간을 조사했으며, 특히 북위 30° 이남 및 서경 75° 이동에서 길어지고 있을 수 있으며, 이는 해수면 온도 상승과 관련이 있는 초기 및 후기 시즌 폭풍의 경향 때문이라고 밝혔다. 그러나 불확실성은 여전히 높으며, 한 연구는 추세가 없다고 결론지었고, 다른 연구는 혼합된 결과를 발견했다.
thumb|대서양 허리케인 활동이 활발한 계절 기후 패턴을 보여주는 지도
2011년 연구는 북대서양에서 강력한 허리케인 활동 증가와 아프리카 동풍 파동 (AEW)의 대류 활동의 북쪽 이동 및 증폭을 연결시켰다. 사이클론 강도 외에도 크기와 이동 속도 모두 허리케인 통과로 인한 영향에 상당한 기여를 하는 것으로 나타났다. 2014년 연구는 AEW의 고배출 시나리오에 대한 반응을 조사했으며, 아프리카의 열대 전선(Intertropical Front)을 따라 지역 온도 경사, 수렴 및 상승 기류의 증가를 발견하여 아프리카 동풍 파동을 강화하고 서아프리카와 더 넓은 대서양 분지의 기후에 영향을 미쳤다.

2017년 연구는 2015년의 매우 활발한 허리케인 시즌이 강력한 엘니뇨 현상에만 기인한다고 볼 수 없다고 결론지었다. 대신, 아열대 온난화 또한 중요한 요인이었으며, 이는 기후 변화의 결과로 더 흔한 특징이다. 2019년 연구는 기후 변화와 관련된 증발 증가와 대기가 수증기를 더 많이 보유할 수 있는 능력이 이미 허리케인 카트리나, 어마 및 마리아의 강우량을 4~9% 증가시켰다고 밝혔다. 미래에는 최대 30%까지 증가할 것으로 예상되었다.

2018년 연구는 1900년 이후 미국 본토에 상륙하는 허리케인의 빈도나 강도에 유의미한 추세가 없음을 발견했다. 또한, 해안 인구 증가와 지역 부의 증가는 허리케인 관련 피해 증가의 압도적인 원동력으로 작용했다.

 태풍 
thumb|341x341px|11월 11일 동시에 활동하는 4개의 열대 저기압. 왼쪽부터 잉싱, 토라지, 우사기, 그리고 만이로, 1951년 이후 처음 발생한 경우이다.

일본과 하와이의 기록을 바탕으로 한 연구에 따르면, 북서 태평양의 태풍은 1977년 이후 평균 12~15% 강도가 강해졌다. 관측된 가장 강한 태풍은 일부 지역에서 두 배 또는 세 배 강해졌으며, 특히 상륙 시스템의 강도 증가가 두드러졌다. 이러한 폭풍 강도 증가는 중화인민공화국, 일본, 한국 및 필리핀의 해안 인구에 영향을 미치며, 이는 해수 온도 상승에 기인한다. 저자들은 지구 온난화가 해수 온도 상승을 어느 정도 야기했는지 아직 명확하지 않지만, 관측 결과는 기후변화에 관한 정부간 협의체가 예측하는 해수면 온도 상승과 일치한다고 언급했다. 중국 및 그 주변 지역에서는 수직 풍향 변화가 감소하는 추세를 보였으며, 이는 강력한 열대 저기압에 더 유리한 조건을 조성했다. 이는 주로 동아시아 여름 몬순의 약화에 대한 반응으로, 지구 온난화의 결과이다.

 위험 관리 및 적응 
열대 폭풍의 증가와 관련된 여러 가지 위험이 있으며, 이는 직간접적으로 부상이나 사망을 유발할 수 있다. 위험을 관리하는 가장 효과적인 전략은 조기 경보 시스템을 개발하는 것이다. 홍수 위험을 완화할 또 다른 정책은 내륙 지역의 재조림을 통해 지역사회 토양을 강화하고 해안 침수를 줄이는 것이다. 또한 지역 학교, 교회 및 기타 지역사회 기반 시설을 영구적으로 사이클론 대피소로 사용하도록 갖추는 것이 권장된다. 피해를 입은 사람들에게 즉각적인 구호 자원을 집중하는 것은 더 장기적인 해결책에서 관심을 멀어지게 할 수 있다. 이는 저소득 지역사회와 국가에서 열대 저기압의 결과로 가장 큰 피해를 입기 때문에 더욱 악화된다.

 태평양 지역 
이미 특정 국가 및 초국가적 결정이 내려져 시행되고 있다. 태평양의 회복력 있는 개발을 위한 프레임워크(FRDP)는 이 지역 국가 및 지역사회 간의 재난 대응 및 기후변화 적응을 강화하고 더 잘 조정하기 위해 설립되었다. 이 체제 하의 남태평양에 있는 통가 및 쿡 제도와 같은 특정 국가들은 기후 변화로 인한 위험 증가에 대한 대응을 조정하고 실행하기 위해 기후 변화 및 재난 위험 관리 공동 국가 실행 계획(JNAP)을 개발했다. 이들 국가는 자국의 가장 취약한 지역을 식별하고, 시행할 국가 및 초국가적 정책을 수립하며, 이러한 목표를 달성하기 위한 구체적인 목표와 일정을 제시했다. 시행될 이러한 조치에는 재조림, 제방 및 댐 건설, 조기 경보 시스템 구축, 기존 통신 인프라 강화, 새로운 민물 공급원 확보, 재생 가능 에너지 확산 촉진 및 보조금 지원, 지속농업 촉진을 위한 관개 기술 개선, 지속 가능한 조치에 대한 대중 교육 노력 증대, 그리고 재생 에너지원 사용 확대를 위한 국제적 로비 등이 포함된다.

 미국 
thumb |미국에서 10억 달러 규모의 대서양 허리케인 수는 1980년대부터 2010년대까지 거의 두 배로 증가했으며, 인플레이션을 조정한 비용은 11배 이상 증가했다. 이러한 증가는 기후 변화와 해안 지역으로 이동하는 사람들의 증가에 기인한다.
미국에서는 허리케인 강화에 더 잘 대비하기 위해 지역 비상 대피소 마련, 모래 언덕 및 제방 건설, 재조림 계획 등 여러 이니셔티브가 추진되었다. 허리케인 모델링 능력이 향상되었음에도 불구하고 재산 피해는 급격히 증가했다. 국가 홍수 보험 프로그램은 홍수 취약 지역에 주택 재건축을 장려하여 허리케인 및 해수면 상승으로 인한 위험 증가에 대한 적응을 방해한다. 풍향 변화와 폭풍 해일로 인해 약한 건물 외피를 가진 건물은 더 많은 피해를 입는다. 기후 모델을 사용한 위험 평가는 허리케인 취약 지역의 주거용 건물의 구조적 무결성을 결정하는 데 도움이 된다.

습지, 맹그로브, 산호초와 같은 일부 생태계는 허리케인으로 인한 해안 침식, 폭풍 해일 및 바람 피해에 대한 자연적인 장애물 역할을 할 수 있다. 이러한 자연 서식지는 탄소흡수원 역할을 하고 지역의 생물다양성을 지원하므로 더 비용 효율적인 것으로 간주된다. 자연 서식지가 열대 저기압에 대한 더 유익한 장벽이라는 상당한 증거가 있지만, 구축된 방어 시설이 정부 기관과 의사 결정자의 주요 해결책인 경우가 많다. 2015년에 발표된 연구는 텍사스 프리포트에서 열대 저기압에 대한 자연적, 공학적, 복합적 위험 완화의 타당성을 평가했으며, 위험 완화 계획에 자연 생태계를 통합하면 홍수 높이를 줄이고 미래에 구축된 방어 시설 비용을 완화할 수 있음을 발견했다.

 미디어 및 대중 인식 
21세기 초 대서양 허리케인(카트리나, 윌마, 샌디 등)의 파괴는 뉴스 매체와 대중 사이에서 기후 변화와 허리케인 주제에 대한 상당한 관심 증가를 야기했으며, 지구 기후 변화가 이러한 사건에서 중요한 역할을 했을 수 있다는 우려를 불러일으켰다. 2005년과 2017년에 허리케인 피해를 입은 인구를 대상으로 한 관련 여론 조사 결과, 2005년에는 미국인의 39%가 기후 변화가 허리케인 강도를 높이는 데 도움이 되었다고 믿었으며, 2017년 9월에는 이 비율이 55%로 증가했다.

2016년 태풍 므란티 이후 중국에서 위험 인식은 증가하지 않았다. 그러나 기후 변화에 대한 개인 및 지역 사회의 행동 지지는 분명히 증가했다. 대만에서는 태풍을 겪었던 사람들이 기후 변화에 대해 더 많은 불안감을 표현하지 않았다. 이 설문조사는 태풍에 대한 불안감과 기후 변화에 대한 불안감 사이에 긍정적인 상관관계를 발견했다.

 같이 보기 

 대서양 허리케인 재분석 프로젝트
 기후변화가 해양에 미치는 영향
 열대 저기압의 영향
 카테고리 5 대서양 허리케인 목록
 카테고리 5 태평양 허리케인 목록
 가장 강력한 열대 저기압 목록

 각주 

 외부 링크 
 Climate scientist describes physics behind expected increase in storm strength due to climate change (Video September 2017)

분류:열대 저기압
분류:기후 변화의 영향
분류:태풍
분류:기후 변화와 환경