Attribution of storm track activity to instantaneous upper-level jets yields new insights into the North Pacific midwinter minimum

중위도 상층 대기는 결코 정지해 있는 법이 없다. 그것은 서쪽에서 동쪽으로 기상 체계를 실어 나르는 역동적인 공기의 강이다. 이 흐름 속에는 우리가 경험하는 날씨를 결정짓는 두 가지 뚜렷한 특징이 있다: 바로 제트기류와 폭풍 경로(storm track)이다. 제트기류는 하늘 높은 곳에서 빠르게 움직이는 좁고 강력한 바람의 띠로, 기상 체계의 조종 핸들 역할을 한다. 폭풍 경로는 이러한 체계들이 지나가는 길목으로, 저기압(사이클론)이 탄생하고 성장하며 이동하는 통로이다. 이 폭풍들은 계절을 형성하는 비, 눈, 그리고 바람을 몰고 온다. 과학자들은 오랫동안 이 폭풍들의 강도가 차가운 극지방의 공기와 따뜻한 열대의 공기 사이의 온도 차이에 의해 결정된다는 사실을 알고 있었다. 온도 차이가 클수록 폭풍에 연료를 공급할 수 있는 에너지가 더 많이 확보된다.

하지만 자연은 때때로 단순한 논리를 거부한다. 격렬한 겨울 폭풍으로 알려진 북태평양 지역에서는 이상한 현상이 일ر난다. 겨울이 깊어지고 남북 간의 온도 차이가 정점에 달함에 따라 제트기류는 가장 강력해진다. 모든 일반적인 법칙에 따르면, 이때가 폭풍 활동이 최대치에 달해야 하는 시기이다. 그러나 정반대의 현상이 일어난다. 겨울의 한복판에서 폭풍 경로는 대기 엔진이 풀 가동되는 바로 그 순간에 오히려 약화되어 고요한 최저점에 도달한다. 이 반직관적인 하락은 수십 년 동안 연구자들을 당혹스럽게 했으며, 왜 대기가 자신의 가장 에너지 넘치는 엔진을 스스로 멈추는 것처럼 보이는지에 대한 많은 이론을 낳았다.

사토루 오카지마(Satoru Okajima)와 토마스 스펭글러(Thomas Spengler)의 새로운 연구는 제트기류 자체를 바라보는 방식을 바꿈으로써 이 미스터리에 대한 새로운 관점을 제시한다. 연구진은 제트기류를 겨울 내내 존재하는 단일하고 안정적인 평균값으로 취급하는 대신, 제트기류를 순간순간 살펴보았다. 그들은 하나의 병합된 제트기류로 보이는 것이 실제로는 서로 다른 시기에 나타나는 매우 다른 두 종류의 바람 띠의 통계적 평균이라는 것을 발견했다. 한 유형은 적도에 더 가깝게 위치하며 열대 공기 순환의 가장자리에 의해 구동되는 아열대 제트기류이다. 다른 하나는 더 북쪽에 위치하며 차갑고 따뜻한 기단 사이의 충돌에 의해 직접적으로 구동되는 극전선 제트기류이다.

연구진은 첨단 컴퓨터 분석을 사용하여 수십 년간의 기상 데이터를 분류하고, 각 두 종류의 제트가 정확히 언제 어디서 존재하는지 식별했다. 그들은 북태평양의 한겨울 동안 아열대 제트기류가 극지 제트보다 훨씬 더 자주 나타나며 지배적인 역할을 한다는 것을 발견했다. 이러한 아열대 제트의 빈번한 존재는 장기적인 평균으로 볼 때 하나의 강력하게 병합된 제트기류가 있는 것처럼 보이게 만든다. 그러나 아열대 제트는 극전선 제트와 다르게 행동한다. 아열대 제트는 매우 빠르고 강력한 온도 차이가 있는 지역 위에 놓여 있지만, 폭풍을 생성하는 데 있어서는 놀라울 정도로 비효출적이다. 이 연구는 아열데 제트가 강력한 배경 바람을 만들어냄에도 불구하고, 그 힘을 크고 에너지 넘치는 폭풍 체계로 전환하지 못한다는 것을 보여준다.

반면, 극전선 제트가 나타날 때는 폭풍에 연료를 공급하는 능력이 훨씬 뛰어나지만, 북태평양의 가장 깊은 겨울 동안에는 나타나는 빈도가 훨씬 낮다. 연구진은 또한 한겨울에 극전선 제트가 나타날 때, 그것이 다른 시기보다 훨씬 더 좁고 촘촘하게 감겨 있는 경향이 있다는 점에 주목했다. 이러한 촘촘함은 폭풍의 성장을 더욱 억제한다. 이러한 요인들의 결합이 중겨울의 최저치를 설명한다. 이 고요한 시기는 에너지의 부족이나 대기가 온도 차이에 반응하지 못해서 발생하는 것이 아니다. 그것은 대기가 대부분의 시간을—즉, 폭-풍 활동을 일으키기에는 단순히 부적절한 상태인 아열대 제트 우세 상태에서—보내기 때문에 발생하는 결과이다.

이 발견은 제트기류가 단순히 강해지거나 약해지는 균일한 실체라는 기존의 견해에 도전한다. 이 연구는 '중겨울 최저치'가 해당 지역을 지배하는 제트기류의 유형이 계절적으로 변화함을 반영하는 것이라고 제안한다. 북대서양의 경우 이야기가 다르다. 그곳에서는 극전선 제트가 겨울 내내 지배적인 힘으로 남아 있으며, 이것이 북대서양의 폭풍 활동이 가장 추운 시기에 정점에 달하는 이유이다. 그러나 북태평양은 다른 리듬에 의해 지배된다. 연구진은 폭풍이 왜 그렇게 행동하는지를 진정으로 이해하기 위해서는 평균적인 조건 너머를 바라보고, 바람의 구체적이고 즉각적인 상태에 주목해야 한다고 결론지었다. 제트기류를 단일한 고정된 특징이 아닌, 다양한 유형의 움직이는 모자이크로 인식함으로써, 우리는 왜 북태평양의 폭풍이 한겨울 한복판에서 휴식을 취하는지에 대한 더 명확한 그림을 얻을 수 있다.