Weakened downslope winds and slower simulated nighttime spread of the Camp Fire under warming
온난화가 산불을 가속화하기 위해 연료를 건조시키기만 한다는 가정과는 대조적으로, 2018년 캠프 파이어에 대한 결합 시뮬레이션은 온난화가 실제로 화재를 몰고 가는 하향풍을 크게 약화시킴으로써 야간 화재 확산을 늦추고 전체 소실 면적을 줄인다는 사실을 밝혀냈다.
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산불은 단순히 지구가 더 뜨거워짐에 따라 더 강력해지는 생명체처럼 흔히 묘사되곤 한다. 지배적인 논리는 기온이 상승함에 따라 식생이 건조해져 가연성이 높아지고, 이로 인해 불길이 지표면을 따라 더 빠른 속도로 질주하게 된다고 제안한다. 이러한 가정은 특히 건조한 바람이 산비탈을 타고 내려와 불길에 연료를 공급하는 지역에서 미래의 화재에 대한 많은 예측을 형성해 왔다. '하강풍 폭풍(downslope windstorms)'이라 알려진 이 바람은 강력한 힘을 지니고 있어, 몇 시간 만에 통제 가능한 화재를 참혹한 재난으로 바꿀 수 있다. 이 현상은 산등성이 높은 곳에 차갑고 밀도가 높은 공기가 머물다가 따뜻한 계곡 쪽으로 쏟아져 내려오며 가속될 때 발생한다. 수십 년 동안 과학자들은 기후 변화가 연료를 건조하게 만들어 이러한 화재를 악화시킬 것이라고 우려해 왔지만, 그들은 바람 자체는 변하지 않을 것이라고 대체로 가정해 왔다. 이 새로운 연구는 이러한 관점에 도전하며, 지구가 온난화됨에 따라 이 화재를 몰고 오는 바로 그 바람이 오히려 약해질 수 있으며, 이는 이전에 예상하지 못했던 방식으로 화재의 전진 속도를 늦출 수 있음을 시사한다.
연구팀은 서로 다른 온난화 시나리오 하에서 캘리포니아 역사상 가장 파괴적인 산불 중 하나인 2018년 캠프 파이어(Camp Fire)를 시뮬레이션하여 이 아이디어를 테스트하기 위해 모였다. 그들은 기상 패턴을 화재 거동과 직접 연결하는 정교한 컴퓨터 모델을 사용하였는데, 이를 통해 실제 세계에서처럼 화재가 주변 공기에 영향을 미치도록 하였다. 연구진은 실제 그 11월의 날씨 조건에서 시작하여, 대기를 1.5도에서 6도 사이의 범위로 가열한 상태에서 이 사건을 반복하며 각 시나리오당 6번의 시뮬레이션을 실행했다. 목표는 대규모 기상 패턴이 일으킨 풍속은 동일하게 유지하면서, 공기가 현저히 뜨거워졌을 때 화재가 어떻게 반응할지 확인하는 것이었다. 결과는 놀라운 반전을 보여주었다. 공기가 따뜻해질수록 화재가 더 빠르게 확산되지 않았던 것이다. 대신, 시뮬레이션 결과는 특히 풍속이 최고조에 달하는 밤 시간에 화재가 오히려 느려졌음을 보여주었다.
이러한 속도 저하의 이유는 바람의 물리적 특성에 있다. 원래의 사건에서는 차갑고 밀도가 높은 공기층이 고지대에 쌓여, 협곡 아래로 바람을 밀어내는 강력한 압력 차이를 만들어냈다. 연구진이 시뮬레이션에서 대기를 가열함에 따라, 산 위의 이 차가운 층은 아래쪽 계곡의 공기보다 더 빠르게 침식되었다. 이는 바람을 구동하는 온도 차이를 감소시켜, 공기를 아래로 밀어내는 힘을 실질적으로 약화시켰다. 가장 극단적인 온난화 시나리오에서, 바람을 일으키는 힘은 약 절반 수준으로 떨어졌다. 결과적으로 화재 전면부의 풍속은 약 16% 감소했고, 화재 확산 속도는 약 20% 줄어들었다. 이 효과는 화재가 보통 낮은 기온과 높은 습도로 인해 잦아드는 시점인 자정 이후에 가장 두드러지게 나타났는데, 이 시뮬레이션에서는 약해진 바람이 지배적인 요인이었다.
연구진은 또한 열기에 반응하여 연료 자체가 더 건조해지는 경우(연료의 건조도를 고정된 상태로 두지 않고) 어떤 일이 일어날지 탐구했다. 그들은 연료가 더 건조해질수록 전체적인 화재 규모는 커지지만, 약해진 바람이 여전히 제동 장치 역할을 한다는 것을 발견했다. 시뮬레이션에서 연료가 자연스럽게 건조되도록 허용했을 때도, 온난화된 대기는 여서히 더 작은 면적의 화재를 일으켰다. 연료의 건조는 화재의 크기를 키웠지만, 풍력의 감소가 건조 및 습윤 연료 시나리오 모두에서 연소 면적을 줄이는 데 충분한 역할을 했다. 이는 특정 산악 바람에 의해 발생하는 화재의 경우, 바람이 정적인 배경 조건이 아니라 기후와 함께 변하는 변수임을 시사한다. 만약 미래의 예측이 연료는 건조해지는데 바람은 그대로 유지된다고 가정한다면, 이들은 야간 화재 확산 속도를 과대평가하고 있을 가능성이 있다.
이 연구에는 한계점도 존재하는데, 컴퓨터 모델이 불타는 파편(embers)이 바람에 실려 본 화선 훨씬 앞쪽에서 새로운 화재를 일으키는 과정을 포함하지 않았다는 점이다. 실제 캠프 파이어 당시, 이 파편들은 수 마일을 날아가 파라다이스(Paradise) 마을에 불을 붙였으나, 시뮬레이션은 이 현상을 포착할 수 없었다. 그러나 모델이 모든 시나리오를 동일한 방식으로 처리했기 때문에, 온난화 전후의 비교는 화재 본체에 대해서는 유효하다. 이 연구 결과는 기후 변화가 특정 유형의 극한 기상과 어떻게 상호작용하는지에 대한 새로운 관점을 제공한다. 일반적으로 따뜻한 공기는 연료를 더 잘 타게 만들지만, 동시에 가장 강력한 바람을 만들어내는 대기의 역학 구조를 교란할 수도 있다. 가장 위험한 산불을 몰고 오는 하강풍 폭풍의 경우, 지구가 온난화됨에 따라 바람 자체가 덜 강력해질 수 있으며, 이는 현재의 미래 위험 이해에 도전하는 복잡하고 역설적인 변화를 만들어낸다.
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