American orographic control of simulated Pacific rainfall and warming patterns
이 연구는 저해상도 기후 모델에서 미국 산맥의 평활화된 표현이 태평양 강수 및 온난화 패턴 오류의 주요 원인임을 입증하며, 이는 실제적인 최고 봉우리 고도를 복원함으로써 수분 수송을 개선하고, 가짜 강수 띠를 줄이며, 저층 구름의 복사 냉각을 강화하여 교정될 수 있다.
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태평양은 단순히 거대한 수역이 아닙니다. 그것은 전 지구의 기상 패턴을 주도하는 강력한 엔진입니다. 서로 다른 지역에서 해수면이 가열되거나 냉각되는 방식은 마치 스위치처럼 작동하여, 먼 대륙의 강우를 켜거나 끄고 지구가 전체적으로 가열되는 속도에 영향을 미칩니다. 수십 년 동안 과학자들은 태평양을 면밀히 관찰해 왔으며, 서태로 열대 해역은 온도가 높아지는 반면 동쪽 일부 지역은 차갑게 유지되는 특정 패턴을 주목해 왔는데, 이는 라니냐라고 알려진 자연적인 기후 주기와 유사한 현상입니다. 이렇게 관찰된 패턴은 왜 21세기 초반에 지구 온난화가 잠시 멈춘 것처럼 보였는지를 설명하는 데 도움이 되었습니다. 그러나 연구자들이 세계에서 가장 진보된 컴퓨터 모델을 사용하여 이 대양을 시뮬레이션할 때, 그 결과는 종종 잘못된 것처럼 보입니다. 실제와 같은 차가운 동쪽 해역 대신, 모델은 자주 그곳에 과도한 온난화를 예측하며, 우리의 기후 전망을 형성하는 바로 그 패턴을 재현하는 데 실패합니다.
새로운 연구는 이러한 지속적인 오류의 원인이 대양 자체가 아니라, 모델이 아메리카 대륙의 산맥들을 어떻게 표현하느냐에 있을 수 있다고 제안합니다. 현실 세계에서 로키 산맥, 중앙아메리카 산계, 그리고 안데스 산맥은 태평양의 동쪽 가장자리를 따라 험준하고 높은 벽을 형성하고 있습니다. 이 봉우리들은 폭은 좁지만 믿기 힘들 정도로 높으며, 바람에 대한 강력한 장벽 역할을 합니다. 많은 기후 모델에서는 계산 능력을 절약하기 위해 세상을 커다란 격자 칸으로 나누는데, 이때 이 산맥들은 매끄럽게 다듬어집니다. 날카롭고 높은 능선들이 완만하고 낮은 언덕들로 평탄화되는 것입니다. 이 논문은 이러한 매끄러운 처리가 결정적인 실수라고 주장합니다. 산을 인위적으로 낮춤으로써, 모델은 대서양과 아마존 열대우림으로부터 육지를 가로질러 태평양으로 유입되는 수증기를 너무 많이 흘려보내게 됩니다. 이 과도한 수증기는 비현실적인 강수대를 형성하고 엉뚱한 곳의 해수 온도를 높여, 시뮬레이션 전체를 망가뜨립니다.
이 아이디어를 테스트하기 위해 브라운 대학교의 연구진은 세계의 나머지 부분은 정확히 동일하게 유지하면서, 미국의 주요 산맥의 봉우리들을 실제 관측된 높이까지 선택적으로 높인 새로운 버전의 기후 모델을 구축했습니다. 그들은 넓고 높은 고원을 만들어 인위적인 열원을 생성하지 않도록 주의하면서, 오직 좁은 능선에만 집중하여 바람에 대한 물리적 장벽을 강화했습니다. 그런 다음 연구진은 두 가지 방식으로 모델을 실행했습니다. 첫째는 대기 자체의 반응을 보기 위해 해수 온도를 고정하는 것이었고, 둘째는 해양과 대기가 자유롭게 상호작용하도록 하는 것이었습니다. 결과는 즉각적이고 명확했습니다. 산의 높이를 적절하게 복원했을 때, 대서양에서 태평양으로 향하는 수증기의 흐름이 크게 감소했으며, 이는 실제 추정치와 훨씬 더 잘 일치했습니다. 이렇게 유입되는 수증기가 줄어들자 대기가 동태평양 상공에서 더 강하게 하강하였고, 이는 결과적으로 남쪽 열대 지역에서 잘못된 위치에 나타나던 가짜의 지나치게 강한 강수대를 억제했습니다.
해양이 반응할 수 있도록 허용했을 때 이야기는 더욱 설득력을 얻습니다. 완전히 결합된 시뮬레이션에서, 변화된 대기는 해양에 연쇄 반응을 일으켰습니다. 변화된 바람 패턴은 동태평양 적도 부근의 찬물이 용승하는 현상을 약화시켜 해당 지역을 약간 온난하게 만든 반면, 서태평양은 냉각시켰습니다. 이러한 조정은 기존 모델들을 괴롭혔던 동서 간의 비현실적인 온도 차이를 줄였습니다. 더 중요한 것은, 이 연구가 1979년부터 2013년까지의 역사적 온난화 추세에 이 변화들이 어떤 영향을 미쳤는지 살펴보았다는 점입니다. 교정된 산맥을 가진 모델에서는 북동태평양이 더 현실적으로 냉각되었으며, 이는 표준 모델보다 관측된 데이터와 훨씬 더 잘 일치했습니다. 이러한 개선은 높은 산맥이 여름 동안 따뜻한 육지와 차가운 해양 사이의 대비를 강화했기 때문에 발생했습니다. 이 대비는 해수면 바로 위의 공기층을 안정시켜, 햇빛을 반사하고 물을 차갑게 유지하는 낮은 구름의 형성을 촉진했습니다.
연구진은 산의 높이를 바로잡는 이 단 한 번의 변화가 열대의 강수량부터 지난 수십 년간의 온도 추세에 이르기까지 광범위한 오류를 바로잡는 데 도움이 되었다는 것을 발견했습니다. 그러나 그들은 이것이 모든 문제를 해결하는 마법의 해결책은 아니라고 주의를 기울였습니다. 모델은 여전히 일부 지역, 특히 남동태평양에서 어려움을 겪고 있으며, 이는 남극해의 냉각과 같은 다른 요인들도 역할을 하고 있음을 시사합니다. 또한, 컴퓨터 모델에서 단순히 산을 높이는 작업은 때때로 새로운 국지적 오류를 만들거나 기존의 것을 과하게 수정할 수 있는데, 이는 과학자들에게 지형의 물리적 힘을 단순히 숫자를 좋게 만드는 것이 아니라 정확하게 표현하는 것이 목표임을 상기시켜 줍니다. 궁극적으로, 이 연구는 우리가 지구를 시뮬레이션하는 방식의 구체적이고 이해 가능한 결함, 즉 주요 산맥의 매끄러운 처리 방식을 식별해 냈습니다. 이 봉우리들이 현재의 모델이 인정하는 것보다 더 높고 날카롭다는 점을 인정함으로써, 과학자들은 온난해지는 세상에서 태평양이 어떻게 행동할지에 대한 더 명확한 그림을 그릴 수 있으며, 이는 지역적 강우량과 전 지구적 기후 변화에 대한 더 신뢰할 수 있는 예측으로 이어질 수 있습니다.
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