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An unusually delayed and persistent atmospheric CO₂ response to the 2023/24 El Niño

이 연구는 2023/24 엘니뇨가 지속적인 육지-대기 탄소 불균형에 의해 유발된 이례적으로 지연되고 지속적인 대기 중 CO₂ 증가 반응을 촉발했으며, 이것이 초기 강제력은 더 약했음에도 불구하고 2015/16 이벤트보다 두 배나 큰 누적 탄소 이상치를 초래했음을 밝혀냈다.

원저자: Xiaoyu Sun, Denghui Ji, Sharon Patris, Darko Dubravica, Mathias Palm, Frank Hase, Minqiang Zhou, Marcus Rex, Justus Notholt

게시일 2026-08-07

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CC BY 4.0

원저자: Xiaoyu Sun, Denghui Ji, Sharon Patris, Darko Dubravica, Mathias Palm, Frank Hase, Minqiang Zhou, Marcus Rex, Justus Notholt

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

지구의 대기를 거대한 투명한 욕조라고 상상해 보세요. 보통은 수도꼭지에서 물이 흘러 들어오고(사람들이 연료를 태우며 배출하는 이산화탄소), 배수관을 통해 물이 빠져나갑니다(식물과 바다가 이를 흡수함). 수위는 천천히, 그리고 꾸준히 높아집니다. 하지만 가끔 날씨가 이상해질 때가 있습니다. 몇 년마다 한 번씩, 태평양이 '엘니뇨'라는 이름의 짜증을 부립니다. 이것은 전 세계의 날씨를 변화시키는 바다의 거대하고 따뜻한 포옹과 같습니다. 이런 일이 발생하면, 지구의 '배수관', 특히 숲과 해수면이 막히거나 심지어 역류하여 탄소를 삼키는 대신 공기 중으로 다시 내뱉기 시작합니다. 과학자들은 이러한 날씨의 짜증이 우리 대기라는 욕조의 수위를 한동안 더 빠르게 높인다는 사실을 오래전부터 알고 있었습니다. 여기서 큰 의문은, 그 추가된 물이 얼마나 오래 그곳에 머무는지, 그리고 왜 그것이 짜증이 가라앉은 후에도 훨씬 더 오래 남아있는가 하는 점입니다.

이 논문은 2023년과 2024년에 발생한 매우 최근의 기이한 짜증을 조사합니다. 이산화탄소를 추적하는 우주 탐정 역할을 하는 연구진은 놀라운 사실을 발견했습니다. 보통 엘니뇨의 '정점'(가장 뜨겁고 강렬한 부분)이 지나가면, 공기 중의 추가적인 탄소는 꽤 빠르게 진정되기 시작합니다. 하지만 2023/24년의 경우, 대기는 마치 파티가 끝난 후에도 잠자리에 들기를 거부하는 고집 센 십 대처럼 행동했습니다. 탄소 수치는 단순히 급증했을 뿐만 아니라, 바다가 식어지고 날씨가 정상으로 돌아온 후에도 믿기 힘들 정도로 오랫동안 높은 상태를 유지했습니다.

연구팀은 이 최근의 사건을 지난 수십 년간 있었던 두 번의 가장 큰 '슈퍼 엘니뇨'(1997/98 및 2015/16)와 비교했습니다. 그들은 이번 2023/24년의 사건이 해양 온난화가 이전만큼 극단적이지 않았기 때문에 더 약할 것이라고 예상했습니다. 그리고 그들의 예상은 맞았습니다. 바다는 탄소를 덜 방출했고, 2015/16년만큼 대규모 산불도 발생하지 않았습니다. 그렇다면 왜 공기 중의 탄소는 그렇게 높고 지속적이었을까요?

논문은 그 답이 육지에 있다고 제안합니다. 해양과 화재는 조용했지만, 육지는 요동치고 있었습니다. 연구진은 숲과 토양이 단순히 탄소를 흡수하는 것을 멈춘 것이 아니라, 엘니뇨 정점 이후에도 몇 달 동안 계속해서 탄소를 방출했다는 사실을 발견했습니다. 마치 육지가 폭풍 속에서 숨을 참았다가, 폭풍 구름이 걷힌 후에도 한참 동안 거대하고 느린 이산화탄소의 한숨을 내뱉은 것과 같습니다.

실제 데이터가 보여주는 내용은 다음과 같습니다:

지연: 이전의 큰 사건들에서는 해양이 가장 뜨거워진 지 2~4개월 후에 탄소 증가가 정점에 도달했습니다. 하지만 2023/24년에는 해양 정점으로부터 7개월이 지나서야 정점이 나타났습니다.
지속 시간: 2023/24년에는 탄소 수치가 최대치의 절반 이상을 유지한 기간이 10개월이었습니다. 이는 2015/16년에 나타난 6개월보다 훨씬 긴 시간입니다.
양: 해양 온난화는 더 약했음에도 불구하고, 대기에 쌓인 총 추가 탄소(누적 편차)는 2015/16년 사건보다 약 두 배나 컸습니다.
원인: 이 논문은 해양과 화재를 주요 원인에서 명시적으로 제외합니다. 해양 신호는 이전보다 약했고, 화재 신호도 훨씬 작았습니다. 대신, 증거는 육지의 '지속적인 후기 단계 불균형'을 가리키고 있습니다. 육지는 사건이 끝나야 할 시점 이후에도 계속해서 탄소를 내뱉었습니다.

연구진은 패턴을 명확히 보기 위해 1980년부터 현재까지의 모든 엘니뇨 사건을 나열하는 영리한 방법을 사용했습니다. 그들은 자신들의 발견이 단순한 오류가 아님을 확인하기 위해 다양한 컴퓨터 모델 및 위성 데이터와 대조했습니다. 그들이 정확히 어떤 특정 나무나 토양 조각이 책임이 있는지는 말할 수 없지만(데이터는 모든 것을 하나로 섞어 놓았습니다), 육지가 탄소를 그토록 오래 공기 중에 머물게 한 이유라는 점에 대해서는 매우 확신하고 있습니다.

요컨대, 이 논문은 지구의 탄소 순환이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 알려줍니다. 날씨 이벤트는 끝날 수 있지만, 육지의 반응은 몇 달 동안 길게 이어질 수 있으며, 이로 인해 우리의 대기 욕조를 더 오랫동안 가득 채워 놓을 수 있습니다. 이는 지구가 점점 더 따뜻해짐에 따라 이러한 '숙취' 효과가 더 흔해질 수 있으며, 결과적으로 우리가 공기 중 이산화탄소의 상승을 늦추는 것을 더 어렵게 만들 수 있음을 시사합니다.

기술 요약: 2023/24 엘니뇨에 대한 이례적으로 지연되고 지속적인 대기 중 $\text{CO}_2$ 반응

문제 제기
엘니뇨-남방진동(ENSO)은 열대 지역의 온도, 강수량 및 생태계 생산성 변화를 통해 전 지구적 탄소 순환의 연간 변동성을 조절하는 주요 동인이다. 일반적으로 확립된 "해양 우선, 육지 후행(ocean-first, land-later)" 방식의 ENSO- $\text{CO}_2$ 반응 순서에도 불구하고, 정점 이후의 대기 $\text{CO}_2$ 반응의 시기, 지속성 및 누적 규모는 여러 차례의 이벤트에 걸쳐 체계적으로 정량화되지 않았다. 2023/24 엘니뇨는 독특한 사례를 제시했다: 이 현상은 매우 따뜻한 전 지구적 배경 조건 하에서 발생했으며, 이후 기록적인 대기 중 $\text{CO}_2$ 증가가 뒤따랐으나, 정점 시기의 해양 니노 지수(ONI) 강제력은 1997/98 및 2015/16의 슈퍼 엘니뇨 사건들보다 현저히 약했다. 본 연구가 다루는 핵심 문제는 ENSO 강제력의 정점 진폭이 대기 $\text{CO}_2$ 반응의 시기와 통합된 규모를 결정하는지 여부이며, 특히 무엇이 2023/24년에 관찰된 이례적으로 지연되고 지속적인 $\text{CO}_2$ 축적을 유도했는가 하는 점이다.

방법론
저자들은 1980년 이후 12개의 엘니뇨 이벤트를 분석하기 위해 이벤트 정렬 기반의 관측 데이터 프레임워크를 개발하였으며, 이 중 강력한 6개 사건(정점 $\text{ONI} \ge 1.5^\circ\text{C}$ )에 초점을 맞추었다. 연구에는 40년간의 지표 $\text{CO}_2$ 기록과 몇 가지 특정 진단 지표가 활용되었다:

이벤트 정렬: 모든 기록은 최대 $\text{ONI}$ 시즌의 중심 월(lag 0)에 맞춰 정렬되었다.
대기 지표: 추세가 제거된 $\text{CO}_2$ $CO_{2}$ 성장 이상치(anomaly)에 대해 세 가지 주요 진단 지표를 계산하였다:
1. 정점 지연(Peak Lag): $\text{ONI}$ 정점부터 $\text{CO}_2$ 성장 이상치가 최대가 될 때까지의 시간(월).
2. 지속성( $D_{0.50}$ ): 이상치가 정점 최대치의 50% 이상으로 유지되는 기간.
3. 누적 이상치( $I_{18}$ ): 정점 이후 18개월 동안의 추세 제거된 이상치 적분값.
데이터 소스:
- 대기 $\text{CO}_2$ : NOAA 전 지구 평균 및 마우나 로아(Mauna Loa) 기록, 그리고 아메리칸 사모아(SAM), 케이프 쿠무카히(KUM), 팔라우의 새로운 EM27/SUN 관측치를 보완하여 사용하였다.
- 위성 데이터: 기둥 평균 $\text{CO}_2$ 이상치를 위한 GOSAT $\text{XCO}_2$ 회수값.
- 해양 데이터: 초기 해양 기여도를 평가하기 위한 표층 해양 $p\text{CO}_2$ 장(field) (Copernicus Marine Service) 및 TAO 부표 관측값.
- 화재 데이터: 서태평양의 생물량 연소 기여도를 평가하기 위한 IASI 총 기둥 $\text{CO}$ 이상치.
- 육지 플럭스: CAMS v24r1 역전 시스템(inversion system)으로부터 도출된 순 생물권 교환(NBE) 이상치를 사용하였으며, 이를 Global Carbon Budget 2025의 13개 추가 대기 역전 제품들과 교차 검증하였다.

주요 결과

지연 및 지속적인 반응: 2023/24 이벤트는 $\text{ONI}$ 정점으로부터 7개월 후에 $\text{CO}_2$ 성장 이상치가 정점에 도달하였는데, 이는 연구된 다른 이벤트들(예: 1997/98은 +4개월, 2015/16은 +2개월)보다 늦은 수치이다. 또한 이 이상치는 10개월 동안 최대치의 절반 이상을 유지하며 두 번째로 긴 지속 시간을 기록했다.
불균형한 누적 영향: 정점 $\text{ONI}$ 는 더 약했음에도 불구하고, 2023/24의 누적 18개월 추세 제거 이상치는 0.885 ppm으로, 2015/16 이벤트(0.431 ppm)의 약 두 배에 달했다. 이는 정점 ENSO 진폭만으로는 통합된 대기 반응을 결정할 수 없음을 나타낸다.
해양 및 화재 동인의 배제:
- 해양: 2023/24의 초기 표층 해양 $p\text{CO}_2$ 감소는 2015/16(~−43 $\mu\text{atm}$ )보다 약했으므로(최소 ~−15 $\mu\text{atm}$ ), 해양의 가스 방출 억제 강화가 지연된 정점의 원인일 가능성을 배제한다.
- 화재: 2023/24의 서태평양 $\text{CO}$ 이상치는 2015/16의 뚜렷한 인도네시아 연소 에피소드에 비해 실질적으로 약했다.
육지 플럭스 귀속: 지연된 대기 반응은 지속적이고 공간적으로 분포된 양(+)의 육지 NBE 이상치(순 탄소 방출)와 일치했다.
- 2015/16에서는 후기 단계에 육지 이상치가 약화된 것과 달리, 2023/24 이벤트는 $\text{ONI}$ 정점 이후 초기 단계에서 후기 단계로 갈수록 열대 육지 NBE가 증가하는 역전 현상을 보였다.
- 이러한 변화는 13개의 독립적인 대기 역전 제품 전반에서 견고하게 나타났으며, 모든 제품이 2023/24에 대해 양(+)의 전 지구적 '후기-이전(late-minus-early)' 육지 플럭스 대비를 보여주었다. 이 이상치는 열대 지역에서부터 외열대 지역까지 확장되었다.

주요 기여

정점 이후 지속성 정량화: 본 연구는 단순한 연간 성장률 비교를 넘어, ENSO 정점과 관련하여 대기 $\text{CO}_2$ 반응의 시기와 지속 기간을 정량화하는 체계적인 프레임워크를 도입하였다.
강제력과 반응의 디커플링(Decoupling): 정점 ENSO 강제력이 더 약하더라도 기초적인 육지-탄소 불균형이 지속될 경우 더 크고 지속적인 대기 $\text{CO}_2$ 축적이 발생할 수 있음을 입증하였다.
"후기 단계" 육지 신호 식별: 본 연구는 ENSO 정점 이후에도 오랫동안 지속되는 특정 "후기 단계" 육지-탄소 이상치를 식별하였다. 이는 이전 이벤트들에서 관찰된 더 빠른 회복과 대조된다. 이 신호는 여러 육지 지역과 역전 시스템 전반에서 공간적으로 일관되게 나타난다.

의의 및 주장
본 논문은 대기 $\text{CO}_2$ 이상치의 지속성과 누적 규모가 기후로 인한 탄소 불균형이 얼마나 오래 지속되는지를 보여주는 시스템 수준의 기록 역할을 한다고 주장한다. 저자들은 2023/24 이벤트가 지속적인 후기 단계의 순 육지-대기 탄소 교환 불균형에 의해 구동된 장기적인 정점 이후 대기 반응을 특징으로 했다고 결론짓는다.

이러한 지연된 회복은 광합성과 호흡의 비동기적 회복 또는 수분 스트레스와 연결될 수 있으며, 이는 $\text{CO}_2$ 축적을 연장하고 양(+)의 탄소-기후 피드백을 증폭시킬 수 있다. 저자들은 특정 프로세스(예: 특정 호흡 vs 광합성 메커니즘)에 이 지연을 유일하게 귀속시키지는 않지만, 대기 꼬리(tail) 부분과 육지 플럭스 역전 사이의 시간적 일관성이 육지-탄소 회복이 온난화되는 기후 속에서 현저히 지연될 수 있다는 강력한 증거를 제공한다고 강조한다. 연구 결과는 정점 ENSO 진폭이 미래의 탄소 순환 영향에 대한 충분한 예측 인자가 아니며, 정점 이후의 탄소 불균형 지속 시간이 대기 $\text{CO}_2$ 축적을 결정하는, 이전에 과소 평가되었던 중요한 통제 요인임을 시사한다.

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