연구 결과, 기후 모델이 미래 극한 폭염을 과소평가할 가능성 제기

최근의 폭염은 이전 기온 기록을 단순히 넘어선 것이 아니라, 큰 격차로 그 기록을 무너뜨렸습니다. 2003년 유럽 폭염과 2010년 러시아 폭염은 모두 일주일간의 최고 기온이 이전 기록을 표준편차(standard deviation, 어떤 사건이 일반적인 변동 폭에 비해 얼마나 이례적인지를 나타내는 통계적 척도) 2 이상만큼 초과했으며, 두 사건 모두 수만 명의 폭염 관련 사망자를 냈습니다(자료 1).

대형 앙상블(large ensemble), 즉 동일한 기후 모델을 조금씩 다른 조건에서 시작해 여러 번 반복 실행한 시뮬레이션 집합을 이용한 한 연구는, 표준편차 3 이상만큼 기록을 깨는 사건이 앞으로 훨씬 더 흔해질 것이라고 전망합니다. 고배출 시나리오에서는, 이런 기록을 무너뜨리는 일주일 단위의 폭염이 2021년부터 2050년까지는 과거 30년에 비해 2배에서 7배, 2051년부터 2080년까지는 3배에서 21배 더 자주 발생할 것으로 전망됩니다. 이 연구는 후반기 기간에는 이런 사건이 북반구 중위도 어딘가에서 대략 6년에서 37년마다 한 번씩 일어날 것으로 추정합니다(자료 1).

한 예시적인 시뮬레이션에서는, 북미 중부 지역의 가장 무더운 주간 기온이 해당 시뮬레이션상 이전 175년간의 기록을 표준편차 5 이상만큼 초과했습니다. 1951년부터 2019년까지의 기간을 기준으로 보면 1000년에 한 번 있을 사건으로 여겨졌던 일이, 모델의 온난화 추세를 반영하면 2020년경에는 대략 100년에 한 번, 2020년대 중반에는 40년에 한 번 있을 사건으로 바뀝니다(자료 1).

별도의 한 분석은 19개의 기후 모델이, 두 가지 재분석(reanalysis) 데이터셋(관측과 모델을 결합해 만든 과거 기상의 통계적 재구성 자료로, ERA5와 MERRA-2로 불립니다)과 비교했을 때 특정 지표, 즉 한 지역의 한 달 중 가장 무더운 날과 그 달의 평균 기온 사이의 차이를 얼마나 잘 재현하는지를 조사했습니다. 이 차이는 '월간 최고 기온 이상치(monthly high temperature anomaly)'라고 불리며, 전체적인 온난화 추세와는 별개로 극한 폭염이 평상시 상태에서 얼마나 벗어나는지를 포착합니다(자료 2).

모델들은 이 차이를 과소평가하는 경향이 있습니다. 지역과 월을 조합한 552개 사례 전체에서, 모델들은 이 이상치의 22년 평균값을 64%의 사례에서 과소평가했고, 더 희귀하고 극한적인 사건의 대체 지표인 22년 최댓값은 약 87%의 사례에서 과소평가했습니다. 이러한 편향은 1980년부터 2023년 사이의 두 개의 별도 수십 년 단위 기간에서 일관되게 나타났으며, 이는 이 편향이 일회성 오류가 아니라 모델의 지속적인 특성임을 시사합니다(자료 2).

이 연구는 또한 미래 극한 현상의 전망이 지역에 따라 크게 다르다는 것을 발견했습니다. 특히 겨울철 고위도 지역에서는 이 폭염 이상치가 시간이 지나면서 줄어들 것으로 전망되는데, 연구자들은 이를 해빙과 눈덮임의 손실, 그리고 온난화하는 북극과 관련된 여러 변화와 연관 짓습니다. 반면 남아프리카, 오스트레일리아, 남아메리카를 포함한 저위도 및 중위도 지역에서는 이 이상치가 커질 것으로 전망되는데, 이는 온난화에 따른 지표면 건조화 때문일 가능성이 있습니다(자료 2).

두 연구는 서로 다른 각도에서 같은 근본적인 문제를 지적합니다. 대형 앙상블 연구는 기록을 무너뜨리는 사건이 현재의 기후 모델에서도 물리적으로 충분히 일어날 수 있으며, 온난화가 가속화됨에 따라 그 가능성이 급격히 커진다는 것을 보여줍니다. 이는 개별적으로는 특별하지 않지만 함께 나타나면 드문, 대기 순환과 토양 수분, 입사 태양광의 극단적 이상치들이 결합된 결과입니다(자료 1). 편향에 관한 연구는, 이런 전망을 만드는 데 쓰이는 모델들 자체가 월간 폭염 이상치가 실제로 얼마나 극단적일 수 있는지를 이미 과소평가한 상태에서 출발할 수 있음을 보여줍니다. 조사된 대부분의 지역에서 극한 고온과 주변 평균 사이의 격차 크기를 실제보다 적게 계산하기 때문입니다(자료 2).

대형 앙상블 연구는 그 결과를 전체 지구 온난화 수준이 아니라 온난화 속도의 관점에서 제시합니다. 즉 기후가 얼마나 빨리 더워지는지가, 총 얼마나 더워지는지뿐만 아니라 기록을 무너뜨리는 사건의 발생 가능성을 좌우하는 요인이라는 것입니다(자료 1). 두 연구 모두 단일한 메커니즘이 모든 사례를 설명한다고 주장하지는 않습니다. 첫 번째 연구는 자신들이 제시한 예시 사건을, 기록을 무너뜨리는 극한 현상에만 고유한 별개의 과정 때문이 아니라, 평범한 여러 요인들이 동시에 극단적인 값에 도달했기 때문이라고 설명합니다(자료 1).

NASA의 극한 기상 개요 자료는, 온실가스가 더 많은 열을 가둠에 따라 기록을 깨는 폭염, 가뭄, 홍수, 산불이 더 자주 그리고 더 강하게 발생하고 있다고 밝히며, 이러한 변화가 인간이 유발한 배출 때문이라는 점을 기후변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change)의 제6차 평가보고서를 인용해 설명합니다(자료 3). 2021년의 한 기후 영향 개요 자료는, 미국 태평양 북서부와 캐나다 서부 해안의 이전 기온 기록을 무너뜨리고 수백 명의 목숨을 앗아간 '열돔(heat dome)' 현상이, 원인 규명 과학자들에 따르면 인간이 유발한 온난화가 없었다면 거의 불가능했을 것이라고 밝혔습니다(자료 4).

대형 앙상블 연구의 저자들은, 자신들이 시뮬레이션한 규모의 기록 파괴형 사건이 실제로 관측된 적은 없다고 경고합니다. 이는 관측 기록이 그런 사건의 존재 여부를 확인하거나 배제하기에는 너무 짧기 때문입니다. 이들은 자신들의 결과가 그런 사건이 반드시 일어난다는 것을 증명하는 것이 아니라, 그것이 일어날 수 없다고 배제할 수는 없다는 것을 보여준다고 설명합니다(자료 1). 편향 연구는, 한 모델이 과거 기후를 얼마나 잘 맞추는지가 그 모델이 미래 변화를 얼마나 잘 예측할지를 약하게만 시사한다고 지적합니다. 모델의 물리 과정 여러 부분에 있는 오류들이 서로 상쇠되어, 극한 전망에서만 드러나는 문제를 감출 수 있기 때문입니다(자료 2). 두 연구 모두 같은 실질적인 우려를 지적합니다. 과거 기록이나 현재의 모델 전망을 바탕으로 설계된 기반시설과 폭염 대비 계획이, 온난화하는 기후가 실제로 만들어낼 수 있는 극한 현상의 범위보다 더 좁은 범위만을 대비하도록 설계되었을 수 있다는 것입니다(자료 1, 자료 2).