국제기후변화협약 및 정부의 저탄소 정책은 기본적으로 과학이 제시한 이산화탄소 증가에 대한 기후민감도에 근거해야 한다. 그러나 기후민감도의 추정치는 현재까지 연구 단위별로 차이가 커서, 이에 대한 과학적 배경, 한계, 전망을 고찰할 필요가 있다. 본 연구에서는 지금까지의 기후민감도에 대한 국내외 연구 결과를 객관적으로 종합하여 검토한다. 기후민감도를 결정하는 것은 대기와 지면의 각종 물리과정에 의한 기후피드백 작용이며, 이 중 특히 태양 단파복사량을 조절하는 구름, 해빙과 관련된 물리과정은 불확실성이 가장 커서, 부정확한 민감도 추정을 야기하는 것으로 보인다. 이 때문에, 최근 인공위성 자료를 이용하여 추정한 기후민감도는 기후모델들이 갖는 범위(대기 중 이산화탄소 2배 증가당 지구평균기온 2-5 K 증가)에 들거나, 그보다 훨씬 작은 값을 갖는다.
국제기후변화협약 및 정부의 저탄소 정책은 기본적으로 과학이 제시한 이산화탄소 증가에 대한 기후민감도에 근거해야 한다. 그러나 기후민감도의 추정치는 현재까지 연구 단위별로 차이가 커서, 이에 대한 과학적 배경, 한계, 전망을 고찰할 필요가 있다. 본 연구에서는 지금까지의 기후민감도에 대한 국내외 연구 결과를 객관적으로 종합하여 검토한다. 기후민감도를 결정하는 것은 대기와 지면의 각종 물리과정에 의한 기후피드백 작용이며, 이 중 특히 태양 단파복사량을 조절하는 구름, 해빙과 관련된 물리과정은 불확실성이 가장 커서, 부정확한 민감도 추정을 야기하는 것으로 보인다. 이 때문에, 최근 인공위성 자료를 이용하여 추정한 기후민감도는 기후모델들이 갖는 범위(대기 중 이산화탄소 2배 증가당 지구평균기온 2-5 K 증가)에 들거나, 그보다 훨씬 작은 값을 갖는다.
The United Nations Framework Convention on Climate Change and the corresponding national low-carbon policy should be grounded on the scientific understanding of climate sensitivity to the increase in CO2 concentration. This is, however, precluded by the fact that current estimates of the climate sen...
The United Nations Framework Convention on Climate Change and the corresponding national low-carbon policy should be grounded on the scientific understanding of climate sensitivity to the increase in CO2 concentration. This is, however, precluded by the fact that current estimates of the climate sensitivity highly vary. To understand the scientific background, limitations, and prospects of the climate sensitivity study, this paper reviews, as objectively as possible, the most recent results on the sensitivity issue. Theoretically, the climate sensitivity hinges on climate feedbacks from various atmospheric and surface physical processes. Especially cloud and sea-ice processes associated with shortwave radiation are known to have largest uncertainty, resulting in an inaccurate estimation of climate sensitivity. For this reason, recent observational studies using satellite data suggest sensitivity lower than or similar to those estimated by climate models (2-5 K per doubled CO2).
The United Nations Framework Convention on Climate Change and the corresponding national low-carbon policy should be grounded on the scientific understanding of climate sensitivity to the increase in CO2 concentration. This is, however, precluded by the fact that current estimates of the climate sensitivity highly vary. To understand the scientific background, limitations, and prospects of the climate sensitivity study, this paper reviews, as objectively as possible, the most recent results on the sensitivity issue. Theoretically, the climate sensitivity hinges on climate feedbacks from various atmospheric and surface physical processes. Especially cloud and sea-ice processes associated with shortwave radiation are known to have largest uncertainty, resulting in an inaccurate estimation of climate sensitivity. For this reason, recent observational studies using satellite data suggest sensitivity lower than or similar to those estimated by climate models (2-5 K per doubled CO2).
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문제 정의
그러나 최근의 인공위성 관측 기반 민감도 추정치는 IPCC의 기후민감도 조차도 과학적 재조명이 필요함을 암시한다. 기후민감도가 우리 경제와 정책에 끼치는 영향이 상당히 크므로, 본 논문에서는 IPCC 4차 보고(IPCC, 2007) 이후, 기후의 이산화탄소 민감도에 대해 현재까지 밝혀진 과학적 성과와 그 한계를 종합하고자 한다. 특히 IPCC가 모델에 기반하여 제시한 기후민감도가 과장되었을 수 있음을 보이는 인공위성의 관측 결과를 보일 것이다.
민감도에 관한 논란이 치열한 가운데 이제 민감도에 대하여 알려진 중요한 사실 몇 가지를 소개하는 것으로 이 글을 정리하고자 한다. 첫째, 지금까지 민감도의 지구 대표값을 논의했지만, 지역적으로는 저위도보다 고위도가 일반적으로 훨씬 더 민감하다.
이제 이 에너지 담요 한 장의 경우(즉 이산화탄소 농도의 두 배 증가)만을 생각해보자. 이로 인한 온도증가 효과를 계산하면 약 1도이다2)(Pierrehumbert, 2009).
가설 설정
Lindzen 2009). 모델의 민감도를 측정하기 위해서는 이산화탄소 농도를 두 배 증가시킨 다음 최소 100여 년간의 모의가 필요하며(가상 기후가 그 기간에 평형상태에 충분히 도달한다고 가정함.), 마지막 수년간의 평균 전구 표면온도를 측정한다. 그러나 기후 민감도에 따라 평형기간이 달라진다(Lindzen and Giannitsis, 1998).
대상 데이터
앞서 설명한대로, 방법적으로는 기후 피드백의 강도나 부호를 조사하여, 기후민감도를 추정한다. 기후피드백 계산은 위성센서에서 측정한 우주로 방출되는 복사량 관측 자료를 이용한다. 기후피드백의 강도와 부호는 해수면 온도의 변화에 대한 방출복사량의 반응으로 나타나기 때문이다.
모델 테스트를 위한 관측 자료로써, 혹자는 수십만, 수백만 년 전의 기후관측 자료를 추천한다. 심지어 이런 자료를 통해 기후모델이 이미 충분히 검증되어 있다고 까지 주장한다.
성능/효과
1) 산업화 이전에 대기 중 이산화탄소 농도는 280ppmv, 현재의 값은 390 ppmv이다(IPCC, 2007). 이 농도는 얼음코어(ice core)에 남은 기포를 통해 추정한 결과 적어도 과거 40만년 동안의 이산화탄소 농도보다도 높은 값이다(Hartmann, 1994).
이후 Spencer and Braswell(2010)은 증가하는 이산화탄소 강제력의 영향으로 Forster and Gregory(2006)의 단순 선형회귀 분석방법이 피드백을 과대 추정케 함을 밝혔다. 개선된 방법으로 계산한 결과 기후민감도가 1도 미만이어서 Lindzen and Choi(2009)과 일관된 값을 보였다. Schwartz(2007)도 에너지평형모델을 통해, 낮은 민감도를 주장하였다.
둘째, 민감도는 기후 상태에 따라 변할 수 있다. 따라서 지구 평균기온이 올라갈수록 기후가 덜 민감해지는 경향이 나타난다.
CFC의 오존 파괴의 메커니즘은 사실 지구온난화보다 훨씬 간단하고 명확했다. 또한 CFC는 이산화탄소처럼 50년, 100년 이상 오래 지속되는 가스도 아닐뿐더러(즉 감축 효과가 빠르게 나타남), 산업계에 끼치는 영향도 훨씬 규모가 작았다. 그러므로 기후변화협약의 중요성과 파급효과를 감안할 때, 기후민감도에 대한 과학적 이해도를 높이는 것이 시급하다.
민감도에 관한 논란이 치열한 가운데 이제 민감도에 대하여 알려진 중요한 사실 몇 가지를 소개하는 것으로 이 글을 정리하고자 한다. 첫째, 지금까지 민감도의 지구 대표값을 논의했지만, 지역적으로는 저위도보다 고위도가 일반적으로 훨씬 더 민감하다. 이것을 고위도 증폭현상(high-latitude amplification) 이라고 한다.
후속연구
이제 앞으로 우리에게 남은 과제는 기후가 ‘정량적’으로 얼마나 이산화탄소에 민감한가를 규명하는 것이다. 기후가 이산화탄소에 매우 민감하다면 이산화탄소의 저감이 매우 시급하고 강력히 규제되어야 하는 반면, 이산화탄소에 덜 민감하다면 이산화탄소의 감축은 경제 파급효과를 고려해 최소한이 되어야 한다. 저탄소 경제 정책의 근간이 되어야하는 이 기후민감도 문제는 불확실성이 아직 크다.
기후민감도가 우리 경제와 정책에 끼치는 영향이 상당히 크므로, 본 논문에서는 IPCC 4차 보고(IPCC, 2007) 이후, 기후의 이산화탄소 민감도에 대해 현재까지 밝혀진 과학적 성과와 그 한계를 종합하고자 한다. 특히 IPCC가 모델에 기반하여 제시한 기후민감도가 과장되었을 수 있음을 보이는 인공위성의 관측 결과를 보일 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지구 기후시스템의 물리적, 역학적 성질은 일반적으로 어떠한 역할을 하는가?
또 남극의 기후민감도가 북극보다 낮아 남극의 얼음이 덜 녹는 것은 남극을 휘감고 방어하고 있는 대기/해양의 순환 때문이다. 지금까지 민감도에 대해 알려진 사실을 종합해 볼 때, 지구 기후시스템의 물리적, 역학적 성질은 일반적으로 강제력으로부터 유발된 일시적 불안정을 안정화시키는 완충 장치 역할을 하는 것으로 보인다.
갑작스러운 온도 변화 때문에, 인류의 산업 활동에 의한 인위적 기후변화가 가능하다는 주장의 핵심에는 어떠한 것이 있는가?
이러한 갑작스런 온도변화 때문에, 인류의 산업 활동에 의한 인위적 기후변화가 가능하다는 주장이 새롭게 등장했다. 이 핵심에는 비록 대기 중 그 양은 미비하나 온실가스로서 복사적 역할이 큰 ‘이산화탄소’가 있다. 급격히 증가하는 이산화탄소와 급격히 증가하는 지구평균온도는, 온실효과 물리 이론에 의해 뒷받침 되어 그 개연성에 대하여 일반적으로 공감대가 형성되어 있다.
남극의 기후민감도가 북극보다 낮아 남극의 얼음이 덜 녹는 이유는 무엇인가?
지표의 온도증가는 대기 순환에 의해 대류권 전체 연직온도 증가를 유도하여, 우주 밖으로의 수직적 에너지 방출을 가능케 한다. 또 남극의 기후민감도가 북극보다 낮아 남극의 얼음이 덜 녹는 것은 남극을 휘감고 방어하고 있는 대기/해양의 순환 때문이다. 지금까지 민감도에 대해 알려진 사실을 종합해 볼 때, 지구 기후시스템의 물리적, 역학적 성질은 일반적으로 강제력으로부터 유발된 일시적 불안정을 안정화시키는 완충 장치 역할을 하는 것으로 보인다.
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