엘니뇨와 라니냐의 발생 원인, 열돔 현상 등 세계의 기상이변과 이상기후

폭염으로 인해 세계적인 관광지인 그리스 아크로폴리스를 낮 시간에 폐쇄하고, 중국 신장지역 지표면 온도가 75도에 육박했다는 무시무시한 뉴스가 자주 들려오고 있다.

매년 기록을 경신하며 공포스러운 모습을 보여주고 있는 기상이변, 이상 기후의 원인 중 하나인 엘니뇨와 라니냐 현상, 열돔 현상에 대해 알아본다.

천둥과 번개

 

엘니뇨와 라니냐, 열돔 현상 등 세계의 기상이변과 이상기후

 

엘니뇨와 라니냐, 유래와 정의

엘니뇨와 라니냐의 유래와 의미

적도 부근에 위치한 페루지역은 오래전부터 깊은 바다의 저층 저온수가 상승하며(용승) 바닷물을 식혀주었고 그로 인해 한류가 우세한 바다에는 영양분이 많아 풍부한 어장을 이루었다.

이렇게 한류 유세 지역이던 페루 연안의 바닷물 온도가 몇 년을 주기로 상승하며 난류지역으로 바뀌며 어획량도 줄어들게 되고 이상기후 현상도 발생하게 되었다.

주로 12월 크리스마스 즈음에 생기는 바닷물의 온도 상승을 페루의 선원들은 스페인어로 남자아이, 아기 예수를 뜻하는 El Niño를 붙여 'El Niño current(엘니뇨 현상)'라고 불렀다.

즉 평소와 다른 비정상적인 해수면의 온도 상승을 엘니뇨라 부르게 되었다. 엘니뇨와 반대의 현상을 '라니냐(La Nina)'라고 부르는데 라니냐(La Nina)는 스페인어로 여자아이를 뜻한다.

엘리뇨의 구체적 정의(해양 엘니뇨 지수, Oceanic Niño Index)

엘니뇨의 구체적 정의는 국가마다 조금씩 다르다.

- 미국, 한국: 엘니뇨 감시구역에서 3개월 이동평균한 해표면 수온 편차가 섭씨 0.5도 이상이 되는 기간이 5개월 이상 지속될 때, 그 첫 달을 엘니뇨 발달의 시작으로 정의.

라니냐의 경우는 엘니뇨 감시구역에서 3개월 이동평균한 해표면 수온 편차가 섭씨 -0.5도 이하가 되는 기간이 5개월 이상 지속될 때, 그 첫 달을 라니냐 발달의 시작으로 정의.

* 엘니뇨 감시구역(Niño 3.4 구역): 남위 5도부터 북위 5도, 서경 170도부터 서경 120도

- 일본: Niño 3 구역(남위 5도부터 북위 5도, 서경 150도부터 서경 90도)에서 5개월 이동평균한 해표면 수온 편차와 섭씨 0.5도(-0.5도) 기준을 사용.

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엘니뇨의 발생

평상시의 적도 부근 열대 태평양

적도 인근에는 연중 일정한 방향(동태평양→ 서태평양)으로 무역풍이 분다. 적도를 기준으로 북쪽에는 북동무역풍, 남쪽에는 남동무역풍이 불어 태양에너지를 받은 따뜻한 바닷물이 서쪽으로 흘러 연중 수온이 섭씨 28도 이상의 웜 풀(warm pool) 해역을 서쪽에 위치시킨다.

이렇게 무역풍으로 인한 해수면 수온 분포의 변화, 대기의 변동으로 인한 기압의 차이는 심해의 저온 바닷물이 상승하는 용승을 발생시켜 해수의 평균 온도를 낮추게 되고 차가운 해수에 풍부한 영양분으로 인하여 수온이 낮아진 해역에는 풍부한 어장이 형성된다.

즉 평소에는 서태평양의 해수면 온도가 높고 동태평양은 상대적으로 온도가 낮은 분포를 보인다. 해수면의 온도가 높은 서태평양은 대류 활동이 활발해 구름과 비가 많고 번개를 동반한 천둥이 자주 나타나게 된다.

엘니뇨의 발생

저기압이 형성되며 많은 비구름이 형성되던 서태평양지역으로 인도양의 고기압이 유입되며 무역풍이 약화되고, 서태평양지역의 따뜻한 바닷물(웜 풀)이 동쪽으로 이동한다.

또 심해의 차가운 바닷물이 상승하는 용승 현상도 약해져 동태평양 지역의 해수 온도가 상승하게 된다. 해수 온도와 함께 육지의 온도도 올라가고 이로 인한 많은 수증기 발생으로 비구름이 형성되며 동태평양 지역에 폭우나 홍수 등의 기상 이변을 발생시킨다. 바로 엘니뇨 현상이다.

평상시 적도 부근 대기와 해양의 움직임, 출처: 기상청 기후정보포털

엘니뇨 시 적도 부근 대기와 해양의 움직임, 출처: 기상청 기후정보포털

엘니뇨 발생의 원인, 엘니뇨 남방진동(ENSO)

워커 순환(Walker circulation)

20세기 초 길버트 워커가 발견한 '워커 순환'은 해수면의 온도가 더 높은 열대 서태평양에는 저기압이 만들어지면서 상승 기류가 생기고, 상승류의 일부는 동태평양 남아메리카 연안의 하강 기류로 연결되어 동쪽에서 서쪽으로 부는 무역풍을 형성한다는 이론이다.

남방진동(southern oscillation)

남방진동은 위의 워커 순환에서 보듯 태평양 서쪽의 기압이 낮아질수록 동쪽의 기압이 높아지고, 반대로 서쪽의 기압이 높을수록 동쪽의 기압은 낮아지는 시소 현상을 말한다.

엘니뇨 남방진동(ENSO, El Niño Southern Oscillation)

남방진동은 열대 동태평양의 타히티 섬과 서태평양 오스트레일리아에 있는 작은 도시 다윈(Darwin) 사이의 해수면 대기압 차이로 계산하는데, 엘니뇨가 일어나는 해에는 평년보다 서태평양의 기압이 높아지고 동태평양에서는 기압이 낮아져 이 지수가 음의 부호를 가지게 되고, 반대로 라니냐 기간에는 양의 부호를 가진다.

엘니뇨와 남방진동은 서로 같은 원리에 의한 실체를 가지는 것으로 알려져 엘니뇨와 남방진동을 합쳐 엘니뇨 남방진동이라 부른다.

이렇게 엘니뇨가 발생하는 원인은 복합적이고 해양가대기에 특정한 변화 요인이 필요하다. 아직까지 각 현상에 대한 정확한 원인은 정립되지 않았고 연구가 계속 진행 중에 있다.

엘니뇨와 라니냐의 영향

엘니뇨 현상에 의해 해수의 온도가 높아지면 영양염류와 용존 산소의 감소로 어획량이 줄어 어장이 황폐화되고, 바다에서 수증기가 많이 생성되어 저기압의 상승기류가 생성되며 많은 비구름을 만들게 된다.

온도 또한 상승하고 폭우나 홍수로 인한 기상이변으로 막대한 피해를 발생시키기도 한다. 위에서 설명한 엘니뇨 남방진동으로 인해 반대편에서는 가뭄과 산불 등의 피해가 발생하기도 한다.

이러한 기상이변은 적도 인근에만 영향을 주는 것이 아니라 적도에서 멀리 떨어진 지역에도 광범위하게 영향을 끼치는데 이런 현상을 원격 상관(텔레커넥션, Teleconnection) 현상이라 부른다.

엘니뇨와 라니냐로 인한 기후의 변화는 바다 생물자원에도 많은 영향을 미친다. 서태평양의 바닷물이 따뜻한 지역(웜 풀 지역)에서 발견되는 열대 난류성 어족과 동물성 플랑크톤 등이 엘니뇨가 강한 해에는 동태평양에서 발견되기도 하고, 동태평양에서 풍족했던 어종이 엘니뇨로 인해 갑자기 사라져 수산업 종사자들에게 큰 타격을 주기도 한다.

한국은 다른 지역에 비해 엘니뇨와 라니냐 현상이 뚜렷하게 나타나는 것은 아니지만 여름철의 이상 저온현상, 긴 장마, 겨울의 이상 고온 현상의 가뭄 등 점차 엘니뇨와 라니냐 등 이상 기후의 영향이 커져가고 있다.

열돔 현상 (Heat Dome)

'열돔 현상'은 지상 5~7km 높이 대기권과 성층권 사이에서 찬 공기와 따뜻한 공기를 섞어주는 제트기류가 약해지면서 대기권에 발달한 고기압이 정체되거나 아주 서서히 움직이게 되어 지면의 뜨거운 공기를 가둬두는 현상을 말한다.

고기압이 일종의 반구형 지붕(돔 지붕)을 만들어 지열로 뜨거워진 공기가 제대로 움직이지 못하는 폭염 현상으로 주로 미국과 아시아 등의 중위도 지역에서 발생한다.

열돔 현상으로 인해 섭씨 50도를 넘는 불볕더위가 세계 곳곳에서 발생하며 수많은 사망자와 산불 피해 등 가공할만한 기상 이변이 점차 확대되고 있는 추세다.