2014년 1월 미국 북부 캐나다 접경에 위치한 나이아가라폭포가 얼어붙었다. 1911년 이래 103년 만이다. 2018년 새해 벽두 북미대륙에 이른바 ‘폭탄 사이클론’이 강습하면서 2일(현지시각) 나이아가라가 4년 만에 다시 얼어붙었다.
사망자도 속출하고 있다. 텍사스에서 3명이 한파로 동사했고, 노스캐롤라이나에서는 눈 쌓인 길을 달리던 자동차가 전복돼 2명이 숨졌다. <유에스에이 투데이>(USA today)는 4일 이번 한파로 인한 사망자 수가 17명에 이른다고 보도했다. 이날 4000편이 넘는 비행기가 결항됐다. 뉴욕, 필라델피아, 보스턴 등 이 지역의 많은 학교들이 폐쇄됐다. 또 시속 95km의 강풍을 동반한 폭설로 보스턴에는 최고 45㎝의 눈이 쌓였고 남부인 플로리다주까지 30년 만에 눈이 쌓였다. <워싱턴 포스트>는 5~6일에 미 북동부 지역의 기온이 사상 최저를 기록할 것으로 예측된다고 보도했다.
북미의 ‘폭탄 사이클론’은 왜 발생했을까? 미국 국립해양대기청(NOAA) 누리집 등에서 북반구 중위도 지역의 겨울철 한파 선행 요소인 북극해빙 면적과 북극진동지수를 살펴보면 이번 한파는 예고됐음을 알 수 있다.
‘폭탄 사이클론’은 24시간 안에 24기압이 떨어지는 폭탄급 폭풍을 일컫는다. 또 이런 폭풍이 생성되는 현상을 ‘폭탄 저기압 발생’(bombogenesis)이라고 한다. 이번주 북미 대륙에서는 따뜻한 해양의 기류가 북극에서 내려온 한기와 만나 기압이 급격히 떨어지면서 폭탄 사이클론이 발생했다. 북극의 한기가 내려오지 않았다면 ‘폭탄’은 만들어지지 않았을 것이다.
북극진동지수(AO). 지난해 11월 중순~12월 중순 강한 음의 값을 나타내 겨울 한파를 예고하고 있다.
북극에 갇혀 있던 한파가 내려온 것은 북극 소용돌이(폴라 볼텍스·Polar Vortex)의 강도가 약해졌기 때문으로 풀이된다. 기상학자들은 북극 소용돌이가 약해지는 현상이 북극해빙 면적과 관련이 있다는 것을 밝혀냈다. 북극 소용돌이 강도가 주기적으로 강해졌다 약해졌다 하는 북극진동 현상은 지수(북극진동지수·AO·arctic oscillation)로 나타낸다. 올해 북극해빙 면적과 북극진동지수는 북극 한기가 중위도 지역을 기습할 수 있음을 보여주고 있다.
우선 미국 국립빙설자료센터(NSIDC)의 자료를 보면, 2017년 12월 북극해빙 면적은 1175만㎢로 위성 촬영을 시작한 1979년 이래 역대 두번째로 적었다. 1981~2010년 30년 평균보다 109만㎢ 작고, 역대 최저인 2016년 12월보다 불과 28만㎢가 큰 면적이다. 특히 이달 들어서는 역대 최저 수준으로 변하고 있다.
2017년 12월 북극해빙 면적. 1981~2010년 평균 면적(빨간색 선)보다 크게 감소했음을 보여준다.
북극 소용돌이의 주기적 변동을 나타내는 북극진동지수는 11월부터 12월 중순까지 강한 음의 지수를 나타내고 있다. 북극진동지수가 음의 값을 보이면 보름~한달 뒤 중위도 지역에 한파가 닥칠 확률이 높아진다.
왜 북극해빙 면적이 줄어들고, 북극진동지수가 음의 값이면 중위도 지역에 한파가 닥칠까? 북극해빙 면적이 감소한 지역에서 열과 수증기(지표면 열속)가 방출되면 대기 움직임에 따라 이 열과 수증기가 성층권까지 전달된다. 북극 상공 2㎞의 성층권에는 북극 소용돌이가 영하 40~50도의 한기를 북극에 가둬두고 있는데, 지표면 열속이 이 소용돌이의 강도를 약화시키면 한기가 남쪽으로 내려올 수 있다. 북극진동지수가 음일 때는 대류권에서 뱀처럼 사행을 하는 제트기류가 중위도 지역까지 처지게 돼 북극 상공에서 내려온 한기가 그대로 지상에까지 전달돼 한파가 닥친다. 지난해 12월에는 제트기류가 동아시아 쪽으로 처져 우리나라에 초겨울 한파를 가져왔고, 1월 들어서는 처지는 지역이 북미와 유럽대륙으로 변한 것이다.
북극해빙 감소가 기상·기후에 영향을 주는 원리. 북극해빙 감소 지역에서 열과 수증기(지표면 열속)를 방출하면 대기 흐름에 따라 성층원에 전달되고, 이로 인해 북극 소용돌이가 약해져 중위도 지역까지 처지면서 북극 한기를 전파해 한파와 폭성이 발생한다.
김백민 극지연구소 기후변화연구부 책임연구원은 “북서태평양 지역에서 라니랴 관련 수증기 수송이 많아져 북미 지역에 따뜻한 공기가 들어와 있는 상태에서 성층권의 차가운 공기가 남쪽 깊숙이 급격하게 내려와 폭설과 한파가 닥쳤다. 현재 북극해빙 면적은 감소한 상태가 지속돼 해마다 북극 소용돌이가 약해져 북극 한기가 중위도 지역으로 내려올 수 있는 상태가 유지되고 있는 상태인데 올해는 적도 지역 따뜻한 공기의 북상까지 겹쳐 폭탄 사이클론이 발생한 것”이라고 설명했다.
