Climate and weather drivers increase landfalling typhoons during the Maunder (Solar) Minimum

열대 저기압은 해안선을 재편하고 지역 전체에 걸쳐 삶을 중단시킬 수 있는, 지구상에서 가장 강력한 힘 중 하나입니다. 태풍이 가장 빈번하게 발생하는 서태평양 지역에서, 과학자들은 수십 년에 걸쳐 왜 이들의 수가 오르내리는지를 이해하기 위해 오랫동안 고군분투해 왔습니다. 가장 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하는 현대의 위성 기록은 약 45년 정도의 기간만을 포괄합니다. 이 짧은 창은 인간의 활동, 예를 들어 온실가스 배출과 같은 자연적인 변동을 분리해 내는 것을 어렵게 만듭니다. 더 큰 그림을 보기 위해, 연구자들은 산업화 이전, 즉 기후가 오직 자연적인 힘에 의해서만 주도되었던 시대로 훨씬 더 멀리 거슬러 올라가야 합니다. 그러한 시대 중 하나가 바로 약 1650년에서 1680년 사이의 마운더 극소기(Maunder Minimum)로, 이 시기에는 태양이 이례적으로 조용하여 태양 흑점이 매우 적게 생성되었고 지구로 보내는 에너지도 적었습니다. 이 시기는 수 세기 동안 지속된 저온 현상인 "소빙기(Little Ice Age)"의 가장 추운 단계와 일치했습니다. 이 조용한 태양 시기에 기후가 어떻게 행동했는지를 이해하는 것은, 현대의 오염과는 독립적으로 지구가 자연적인 변화에 어떻게 반응하는지를 보여주는 독특한 창을 제공합니다.

한 연구팀은 이제 고대 중국의 기록과 현대의 인공지능을 결합하여 이 시대의 미스터리를 풀었습니다: 왜 1651년에서 1680년 사이에 그토록 많은 태풍이 중국 해안에 상륙했는가? 그 답은 두 가지 요인의 희귀한 수렴에 있습니다: 전 지구적 기후 패턴의 변화와 대기의 일일 날씨라는 주사위 던지기입니다. 디지털화된 역사 문헌과 강력한 컴퓨터 시뮬레이션을 연결함으로써, 이 연구는 태양의 어두워짐이 적도와 극지방 사이의 온도 차이를 변화시켜 폭풍의 연료가 되는 전 지구적 대기 순환을 강화했음을 밝혀냈습니다. 동시에, 날씨의 무작위한 변동이 이 폭풍들의 발생지를 중국 해안과 더 가깝게 밀어내어, 일반적인 폭풍 활동의 증가를 특정 상륙 급증으로 바꾸어 놓았습니다.

이야기는 명나라와 청나라 시대까지 거슬러 올라가는 중국 관리들의 친필 기록을 수집한 'REACHES'라고 알려진 놀라운 역사적 기록으로부터 시작됩니다. 이 기록들은 중국의 동해안과 남해안을 강타한 열대 저기파의 월간 수를 포함하여 극한의 기상 현상을 세밀하게 기록하고 있습니다. 데이터는 태양이 가장 약했던 시기인 마운더 극소기 동안 상륙 횟수가 전례 없는 정점을 찍었음을 보여줍니다. 왜 이런 일이 일어났는지 이해하기 위해, 연구진은 현대 기상 데이터로 학습된 정교한 인공지능 모델인 Ai2 클라이메이트 에뮬레이터 버전 2(Ai2 Climate Emulator Version 2)를 활용했습니다. 몇 달이 걸리는 전통적인 기후 모델과 달리, 이 AI 도구는 수백 년의 기후 역사를 단 몇 시간 만에 생성할 수 있습니다. 연구팀은 이를 사용하여 1500년에서 1850년 사이의 가능한 기후 시나리오의 방대한 컬렉션을 생성했으며, 당시의 해양 온도와 해빙에 대한 재구성된 데이터를 모델에 입력했습니다.

시뮬레이션은 역사적 기록이 시사하는 바를 확인해주었습니다: 서태평양은 마운더 극소기 동안 열대 저기압 활동이 유의미하게 증가했습니다. 그러나 컴퓨터 모델은 이 증가가 단순히 낮은 기온에 대한 단순한 반응이 아님을 드러냈습니다. 연구진은 태양의 어두워짐이 열대 지역보다 북반구의 고위도 지역을 훨씬 더 많이 냉각시켰다는 사실을 발견했습니다. 이는 적도와 극지방 사이의 온도 구배(temperature difference)를 더 가파르게 만들었습니다. 대기 중에서 더 가파른 온도 구배는 마치 더 가파른 언덕처럼 작용하여 공기를 더 격렬하게 움직이게 합니다. 이는 적도 근처에서 상승하여 아열대 지역에서 하강하는 거대한 글로벌 공기 루프인 해들리 순환(Hadley circulation)을 강화했습니다. 더 강력한 해들리 순환은 완전한 태풍으로 성장할 수 있는 초기 공기와 습기의 소용돌이인 "씨앗 교란(seed disturbances)"이 형성되기에 더 유리한 조건을 만듭니다. 시뮬레이션은 이 메커니즘만으로도 서태평양 전체의 폭풍 총수가 거의 10% 증가했음을 보여주었습니다.

하지만 바다에 더 많은 폭풍이 있다는 것이 반드시 해안에 더 많은 폭풍이 상륙한다는 것을 의미하지는 않습니다. 폭풍의 경로는 폭풍이 어디에서 태어나는지와 바람이 폭풍을 어떻게 조종하느냐에 크게 달려 있습니다. 연구진은 중국 남부 해안을 따라 나타난 특정 상륙 급증이 다른 요인, 즉 무작위성에 의해 발생했다는 것을 발견했습니다. 1651년에서 1680년 사이의 해에는 대기 중의 날씨 조건이 필리핀 동쪽과 남중국해 상공이라는 특정 위치에서 폭풍이 태어나는 데 유리하게 작용했습니다. 폭풍이 이 지점에서 형성되면, 우세한 바람이 자연스럽게 폭풍을 북서쪽으로, 즉 중국 남부 해안을 향해 직접 밀어냅니다. 연구는 이러한 발생지의 변화가 폭풍을 해안에서 멀어지게 만드는 경향이 있었던 대규모 풍계의 예측 가능한 변화 때문이 아니라, 날씨의 우연한 변동, 즉 폭풍이 정확히 어디에서 형성될지를 결정하는 일종의 대기적 노이즈(atmospheric noise)의 결과였다는 것을 밝혀냈습니다.

이것이 기후 때문인지 아니면 날씨 때문인지를 테스트하기 위해, 팀은 수백 번의 시뮬레이션을 실행했습니다. 그들은 기후 변화(태양의 어두워짐과 그에 따른 해양 온도 패턴)가 전체 해양 분지 전체의 폭풍 수를 증가시킨 반면, 중국 기록에서 보이는 것과 똑같은 상륙 패턴을 재현한 시뮬레이션 실행은 극히 일부에 불과하다는 것을 발견했습니다. 대부분의 시뮬레이션에서는 폭풍의 총수는 높았음에도 불구하고 폭풍이 약간 다른 곳에서 형성되어 해안을 비껴갔습니다. 이는 역사에 기록된 거대한 상륙 급증이 두 가지 요소의 "퍼펙트 스로잉(perfect storm)"이었음을 시사합니다: 즉, 더 많은 폭풍을 만들어내는 기후와, 그 폭풍들을 해안으로 충돌 경로에 놓이게 만든 운 좋은(혹은 운 나쁜) 날씨의 주사위 던지기입니다. 연구진은 장기적인 변화를 주도하는 데 있어 무작위적인 날씨 변동의 역할이 과학자들이 일반적으로 해양 온도와 같은 대규모 기후 동력에 집중하기 때문에 종종 간과된다는 점에 주목했습니다.

연구는 또한 이 역사적 정점을 설명하기 위해 제안되었던 몇몇 다른 이론들을 검토하고 배제했습니다. 일부 초기 아이디어들은 동태평양이 평소보다 더 차가운 라니냐 패턴이나, 적도 근처의 강수대(rain clouds)가 남쪽으로 이동한 것에 의해 폭풍이 발생했다고 주장했습니다. 그러나 새로운 분석은 이 시기의 해양 온도가 동쪽은 따뜻하고 서쪽은 차가운 엘니뇨 패턴과 유사했음을 보여주었습니다. 더욱이, 데이터는 대규모 조종 바람이 해안에서 폭풍을 멀어지게 할 만큼 변화했다는 생각도 뒷받받하지 않았습니다. 증거는 기후에 의한 폭풍 수의 증가와 날씨에 의한 폭풍 발생지 변화의 결합을 명확하게 가리키고 있습니다.

이 발견은 중국의 태풍이라는 역사를 훨씬 넘어 확장되는 함의를 갖습니다. 이 연구는 무작위적인 날씨 사건이 수십 년에 걸친 기후 트렌드에 지속적인 흔적을 남길 수 있음을 보여주며, 이는 과학자들이 미래의 폭풍 위험을 투영하는 방식에 도전하는 개념입니다. 만약 자연적인 무작위성이 과거에 그토록 큰 역할을 했다면, 과학자들이 온난해지는 세상에서 폭풍이 어떻게 행동할지 예측할 때 이를 신중하게 고려해야 합니다. 또한 이 연구는 지구를 식히기 위해 태양을 어둡게 만드는 제안된 지오엔지니어링 기술인 태양 복사 관리(solar radiation management)의 잠재적 위험성을 강조합니다. 시뮬레이션은 태양광을 줄이는 것이 전 지구적 온도를 낮추는 데 성공하더라도, 의도치 않게 전 지구적 공기 순환을 강화하고 서태평양의 태풍 빈도를 높일 수 있음을 시사합니다.

이러한 세부 사항을 밝혀낼 수 있는 능력은 역사와 기술 사이의 독특한 협업에 의존했습니다. AI 에뮬레이터를 사용하여 수천 년의 시뮬레이션을 실행하고 이를 수 세기 전 중국 관리들이 기록한 정밀한 일일 기록과 비교함으로써, 연구진은 이 역사적 사건의 구체적인 동력을 분리해 낼 수 있었습니다. 이 연구는 마운더 극소기가 더 차가워진 태양이 전 지구적 온도 구배를 재편함으로써 높아진 열대 저기압 활동의 시기였음을 확인해 줍니다. 하지만 또한 특정 인구에 미치는 영향은 날씨 자체의 혼돈적이고 예측 불가능한 성격에 달려 있었다는 점도 보여줍니다. 저자들이 언급했듯이, 이러한 자연적 변동을 이해하는 것은 인간에 의한 기후 변화의 신호(signal)를 자연적 변동성이라는 소음(noise)으로부터 분리해 내는 데 필수적이며, 이를 통해 미래의 폭풍 위험에 대한 예측을 최대한 정확하게 만들 수 있습니다. 이 작업은 기후 시스템이 꾸준하고 장기적인 힘과 찰나적이고 무작위적인 사건 사이의 복잡한 상호작용임을 상기시키며, 변화하는 세계의 전체 이야기를 파악하기 위해서는 이 두 가지 모두를 이해해야 한다는 점을 보여줍니다.