4 월 發 북미 토네이도 , 해수면 온도 로 예측 ! 
 ' Science Advances ' 에 8 월 22 일 새벽 3 시 ( 한국 시간 ) 온라인 게재 
 " North American April tornado occurrences linked to global sea surface temperature anomalies / Science Advances " 
 등록 2019 . 08 . 27 02 : 24 : 22 
 북미 토네이도 생성 과정 규명 … 
 수개월 전 예측 가능 
 예측 이 불 가능 했 던 북미 지역 토네이도 1 발생 을 인근 해수면 온도 패턴 으로 수개월 전 예측 할 수 있 게 됐 다 . 기초 과학 연구원 ( IBS , 원장 김두철 ) 기후 물리 연구 단 악셀 팀머만 단장 ( Axel Timmermann , 부산대 석학 교수 ) 연구 팀 은 4 월 에 발생 하 는 북미 지역 토네이도 발생 횟수 가 해수면 온도 와 대 규모 기압 패턴 2 에 의해 조절 됨 을 밝혀냈 다 . 
 1 토네이도 ( Tornado ) : 빠르 게 회전 하 면서 소용돌이치 는 바람 으로 주로 슈퍼 셀 이 라는 천둥 번개 를 동반 한 비구름 에서 발생 하 며 , 회전기 류 가 지면 에서부터 구름 하부 까지 이어지 는 깔때기 모양 을 가지 는 특징 이 있 다 . 
 2 기압 패턴 : 고기압 · 저기압 배치 를 의미 한다 . 
 토네이도 는 최소 시속 100 km 로 빠르 게 회전 하 는 바람 으로 전 세계 토네이도 의 75 % 인 평균 1000 여 개 가 북미 지역 에서 발생 한다 . 그러나 해 마다 발생 횟수 는 크 게 달라진다 . 예 를 들 어 2011 년 에 는 평년 의 2 배 가까운 1898 개 토네이도 가 발생 해 500 명 이상 의 사상자 를 냈 다 . 예측 이 어려워 그만큼 많 은 피해 를 발생 시킨다는 의미 다 . 특히 4 , 5 월 은 토네이도 발생 이 최 고조 에 달하 는 시기 이 기 때문 에 , 봄철 토네이도 예측 은 기후 과학 의 중요 한 과제 다 . 
 문제 는 토네이도 가 반경 수백 미터 가량 의 작 은 지역 에서 일어나 는 현상 이 라 장기 적 인 예측 이 불 가능 하 다는 점 이 다 . 장기 예측 을 위해서 는 열용량 이 크 고 변화 가 느린 해수면 온도 와 토네이도 의 관계 를 밝히 는 것 이 중요 한데 , 지금 까지 는 그 원리 가 설명 되 지 못해 발생 1 - 2 주 전 에 야 낮 은 신뢰도 로 예보 가 가능 했 다 . 
 연 구진 은 빠르 게 변화 하 는 봄철 내 기후 에 주목 했 다 . 기존 연구 에서 는 계절 평균 을 사용 해 4 월 에서 6 월 까지 의 토네이도 횟수 를 평균 적 으로 고려 했 다 . 그러나 4 월 에서 5 월 이 되 면서 수증기 양 이 2 배 이상 증가 해 , 봄철 동안 에 도 토네이도 에 영향 을 미치 는 환경 에 는 급격 한 변화 가 있 다 . 
 연 구진 은 이 를 고려 해 토네이도 횟수 와 기후 환경 의 상관 관계 를 월 별 로 분석 했 다 . 지난 62 년 간 축적 된 북미 지역 토네이도 관측 자료 와 모형 시뮬레이션 을 면밀 하 게 분석 한 결과 , 연구 진 은 4 월 에 한정 해 해수면 온도 가 특정 패턴 을 가질 경우 북미 토네이도 발생 횟수 가 증가 함 을 규명 했 다 . 
 중앙 태평양 지역 이 평년 보다 따뜻 하 고 , 미 서쪽 해안 이 차가우 며 멕시코 만 이 따뜻 할 때 , 중앙 태평양 부터 멕시코 만 일대 에 ‘ 고 기압 - 저기압 - 고 기압 ’ 으로 파동 형태 의 기압 패턴 이 형성 된다 . 이 를 ‘ 음 의 태평양 - 북미 패턴 ( The negative phase of the Pacific North American teleconnection pattern ) 3 ’ 이 라고 한다 . 
 연 구진 은 이러 한 기압 패턴 이 4 월 에 형성 될 경우 멕시코 만 에서부터 다량 의 수증기 를 유입 시킴 을 발견 했 다 . 이 수증기 는 미 서부 록키산맥 ( Rocky Mountains ) 우측 을 따라 수송 되 어 , 내륙 의 강한 바람 을 연직 으로 회전 시키 는 연료 역할 을 한다 . 그 결과 동부 내륙 에 슈퍼 셀 뇌우 4 와 토네이도 가 발생 한다 . 
 3 음 의 태평양 - 북미 패턴 : 해양 과 대기 사이 의 열 과 수증기 교환 을 통해 적도 중앙 태평양 에서부터 멕시코 만 까지 파동 형태 의 기압 패턴 이 형성 되 는 것 을 말 한다 . 양 의 위상 은 저기압 - 고 기압 - 저기압 형태 이 고 , 음 의 위상 은 반대 로 고기압 - 저기압 - 고 기압 형태 다 . 
 4 슈퍼 셀 뇌우 ( Supercell thunderstorm ) : 강하 게 회전 하 는 상승기 류 를 동반 하 는 구름 을 의미 하 며 거대 한 메조 사이클론 이 함께 발생 한다 . 네 종류 의 뇌우 ( 슈퍼 셀 , 스콜 , 멀티 셀 , 싱글 셀 ) 가운데 가장 위험 한 뇌우 에 해당 하 며 종종 토네이도 를 동반 한다 . 
 실험 결과 해수면 온도 의 이러 한 영향력 은 4 월 에 국한 됐 다 . 4 월 에 는 내륙 에 수증기 가 충분 하 지 못해 , 기압 패턴 이 유입 시키 는 수증기 가 토네이도 발생 횟수 를 증가 시키 는 직접 적 인 원인 이 된다 . 하지만 5 월 에 는 록키산맥 우측 에 풍부 한 수증기 와 강한 회전 성 바람 이 존재 하 기 때문 에 , 해수면 온도 와 토네이도 발생 사이 의 직접 적 인 연관 성 은 사라진다 . 
 이번 연구 결과 를 적용 하 면 1 - 2 주 전 에 이뤄졌 던 토네이도 예측 을 수개월 앞당길 수 있 을 것 으로 보인다 . 공동 저자 인 이준 이 연구 위원 ( 부산대 기후 과학 연구소 조교수 ) 은 “ 4 월 해수면 온도 예측 은 세계 여러 기후 모델 링 센터 에서 정기 적 으로 수행 하 고 있 다 ” 며 “ 이번 연구 와 해수면 온도 예측 값 을 이용 해 토네이도 발생 횟수 의 장기 예측 이 가능 해질 것 ” 이 라고 설명 했 다 . 
 제 1 저자 인 추정 은 연구 위원 은 “ 이번 연구 로 대 규모 기후 조건 과 토네이도 의 인과 관계 를 밝혔 다면 , 앞 으로 는 기후 변화 가 북미 지역 토네이도 에 어떻 게 영향 을 미치 는지 슈퍼컴퓨터 를 이용 해 연구 할 계획 ” 이 라고 밝혔 다 . 
 이번 연구 결과 는 국제 학술지 사이언스 어 드 밴 시스 ( Science Advances , IF 12 . 804 ) 에 8 월 22 일 새벽 3 시 ( 한국 시간 ) 에 온라인 게재 됐 다 . 
 North American April tornado occurrences linked to global sea surface temperature anomalies / Science Advances 
 Jung - Eun Chu , Axel Timmermann *, June - Yi Lee 
 - 규모 가 작 고 예측 불 가능 했 던 토네이도 발생 과 해수면 온도 · 기압 패턴 과 같 은 대 규모 ( large - scale ) 의 현상 과 의 연결 고리 는 지금 까지 연구 된 바 없 었 다 . 
 - 분석 을 위해 장기간 레이더 관측 을 기반 으로 한 토네이도 자료 , 해수면 온도 강제력 에 반응 하 는 대기 모형 실험 자료 ( Atmospheric General Circulation Model ) 를 이용 하 였 다 . 
 - 토네이도 의 연도 별 변동 성 을 살펴볼 때 토네이도 의 계절 ( 주로 4 월 에서 6 월 까지 ) 평균 을 취한 값 을 주로 사용 하 는데 이 는 가장 많이 발생 하 는 5 월 의 값 에 편향 되 어 있 을 가능 성 이 있 다 . 이 와 더불 어 4 월 에서 5 월 이 되 면서 수증 기량 이 2 배 이상 증가 하 는데 , 이러 한 배 경장 의 변화 를 고려 했 다 . 
 - 급변 하 는 토네이도 성 슈퍼 셀 뇌우 또는 수증기 수송 과 같 은 대기 현상 은 오랜 시간 지속 되 지 않 기 때문 에 1 ~ 2 주 이전 부터 예측 하 기 에 는 한계 가 있 다 . 이번 에 발견 한 , 열용량 이 큰 해양 온도 와 의 연관 성 을 이용 하 면 수개월 이전 부터 예측 이 가능 하 기 때문 에 4 월 토네이도 발생 의 계절 예측 ( seasonal forecast ) 가능 성 을 높일 수 있 을 것 으로 예상 된다 . 
 - 장기 예측 혹은 계절 예측 이란 , ‘ 이번 여름 이 100 년 만 에 가장 덥 다 ’ 혹은 ‘ 겨울 이 길 것 이 다 ’ 와 같이 해당 계절 의 평균 적 인 경향 을 예측 하 는 것 을 말 한다 . 
 [ 연구 배경 ] 4 월 과 5 월 에 최고조 에 달하 는 북미 토네이도 발생 은 시간 및 공간 적 으로 불 균일 한 특성 을 보이 며 , 예측 불 가능 한 현상 으로 알려져 왔 다 . 토네이도 발생 의 경년 변동 성 이 중앙 태평양 및 멕시코 만 등 지역 적 해수면 온도 분포 와 관계 가 있 다는 가설 이 제기 된 바 있 지만 그 에 관한 물리 적 메커니즘 에 대한 이해 는 매우 부족 한 상태 이 다 . 또한 기존 연구 들 은 계절 평균 의 측면 에서 만 진행 되 어 봄철 계절 내 에 존재 하 는 큰 변동성 을 고려 하 지 못한 한계 가 있 다 . 
 [ 어려웠 던 점 ] 토네이도 와 같이 수백 미터 이내 의 소 규모 현상 과 수천 ~ 수만 킬로미터 에 달하 는 대 규모 현상 이 어떤 물리 적 경로 를 통하 여 연결 되 는지 , 서로 다른 두 규모 현상 의 연결 고리 를 찾 는 과정 에 어려움 이 있 었 다 . 또한 공간 적 시간 적 으로 불 균질 한 토네이도 관측 자료 는 불 확실 성 이 크 기 때문 에 , 자료 의 불 확실 성 을 최소 화 하 고 물리 적 통계 적 으로 유의 한 연결 고리 를 찾 는데 어려움 이 있 었 다 . 
 [ 향후 연구 계획 ] 본 연구 팀 은 이번 연구 를 통해 토네이도 의 변동 메커니즘 을 이해 하 는 데 상당 한 진보 를 이뤄냈 다 . 그러나 기후 변화 가 북미 지역 토네이도 를 포함 한 극한 날씨 에 어떻 게 영향 을 미치 는지 는 여전히 알려진 바 가 없 기 때문 에 앞 으로 초 고해상도 시뮬레이션 을 통해 미래 기후 변화 에 따른 토네이도 의 변동성 에 대해 분석 할 예정 이 다 . 
 4 월 토네이도 활동 을 강화 시키 는 대 규모 해수면 온도 분포 및 대기 순환 패턴 . 붉 은 색 은 평년 보다 따뜻 한 해수면 온도 , 푸른색 은 차가운 해수면 온도 지역 을 의미 한다 . 흰색 은 고기압 ( H ) , 어두운색 은 저기압 ( L ) 을 나타낸다 . 이 해수면 온도 분포 가 기압 패턴 을 발생 시키 고 , 이 는 수증기 수송 을 증폭 시킨다 ( 붉 은 화살표 ) . 하단 의 그래프 는 미국 중남부 지역 으로 유입 되 는 수증기 의 월별 분포 로 검정 선 은 평년 , 붉 은 선 은 4 월 에 대 규모 기압 패턴 발생 시 를 나타낸다 .