수십억 명의 사람들을 먹여 살리는 대기 기억: 몬순 강우에 대한 새롭게 발견된 메커니즘

전 세계적으로 몬순 강우량은 봄에 시작되고 가을에 끝납니다. 지금까지 이러한 계절적 패턴은 주로 태양 복사량의 변화에 ​​대한 즉각적인 반응으로 이해되어 왔습니다. 포츠담 기후영향연구소(PIK)가 과학 저널 PNAS 에 발표한 새로운 연구는 대기가 장기간 수분을 저장하여 물리적 기억 효과를 생성할 수 있다는 것을 처음으로 보여줍니다.

이는 몬순 시스템이 두 가지 안정된 상태 사이를 오가도록 합니다. 이러한 미묘한 균형을 깨뜨리면 인도, 인도네시아, 브라질, 중국의 수십억 인구에게 심각한 결과를 초래할 것입니다.

"대기는 수증기 형태의 물리적 정보를 저장함으로써 이전 상태를 '기억'할 수 있습니다."라고 PIK 연구원이자 이 연구의 저자인 안야 카첸베르거는 설명합니다. "실제로 이는 계절에 따라 태양 복사량이 증가하거나 감소하더라도 대기가 항상 즉시 반응하는 것은 아니라는 것을 의미합니다.

봄에는 수증기가 며칠, 몇 주에 걸쳐 축적됩니다. 이 수증기 저장고는 초여름 몬순 강우의 시작을 결정하고, 가을에 태양 유입량이 감소하기 시작할 때에도 수증기를 유지합니다."

대기의 경로 의존성: 몬순이 "기억"하는 방식

연구팀은 인도, 중국 및 기타 몬순 지역의 관측 데이터와 대기 시뮬레이션을 결합하여 대기 상태가 계절적 변화에 따라 달라진다는 것을 보여주었습니다. 이미 비가 내리고 있다면 비는 계속 내리지만, 건조했던 경우에는 비가 내리기 어렵습니다. 봄에는 대기가 일반적으로 건조하기 때문에 몬순이 시작되기 전에 수증기로 "채워져야" 합니다. 반면, 몬순 이후 가을의 대기는 습한 상태를 유지하며 태양 복사량이 약해지더라도 강우를 계속 유지합니다.

카첸버거는 "이러한 현상을 쌍안정성 이라고 합니다 ."라고 말하며, "같은 수준의 태양 복사량에서도 대기는 이전 상태에 따라 건조하거나 비가 올 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

"바다나 거대한 빙상 같은 시스템에는 어떤 종류의 기억력이 있다는 것은 오래전부터 알려져 왔습니다. 하지만 대기는요? 불가능하다고 여겨졌습니다."라고 PIK 복잡성 과학과를 이끄는 연구 공동 저자 안데르스 레버만은 덧붙였습니다.

"이 기억 효과는 계절에 따라 '꺼짐'에서 '켜짐'으로, 그리고 다시 '꺼짐'으로 바뀌는 스위치와 같은 현상을 일으킵니다. 그리고 중요한 것은 이러한 변화가 점진적으로 일어나는 것이 아니라 갑작스럽고 갑자기 일어난다는 것입니다."

레버만은 이러한 급격한 변화는 기후 시스템의 다른 티핑 요인들의 특징이지만, 몬순은 특별하다고 말합니다.

"특히 주목할 만한 것은 몬순이 매년 티핑 포인트를 통과했다가 다시 돌아온다는 것입니다. 이를 통해 앞으로 관측 데이터를 통해 티핑 포인트를 실제로 파악하고 조기 경보 시스템을 개발할 수 있을 것입니다."

관찰, 이론, 시뮬레이션의 결합

이러한 쌍안정 거동의 메커니즘을 밝히기 위해 연구팀은 실제 데이터와 프린스턴 대학교에서 개발한 고해상도 대기 대순환 모델을 이용한 시뮬레이션을 모두 활용했습니다. 이상적인 "몬순 플래닛(Monsoon Planet)" 환경에서 대기를 해양과 같은 더 느린 지구 시스템 구성 요소로부터 분리했습니다.

시뮬레이션 결과, 몬순 강우는 해양의 열 관성 없이 건기와 습윤 상태를 오갈 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 거동의 핵심은 수 주에 걸쳐 강우량을 안정화시키는 강력한 대기 수분 기둥의 형성입니다. 카첸버거는 이 시스템의 핵심적인 전환점은 분명히 임계점이라고 설명합니다.

"대기 수증기가 제곱미터당 약 35kg을 초과하면 몬순이 시작됩니다. 그 아래로 떨어지면 몬순이 꺼집니다. 이러한 갑작스러운 임계점 기반 반응이 쌍안정성을 정의합니다."

레버만은 이러한 역학 관계가 오염이나 지구 온난화 등으로 인해 붕괴된다면 우리는 심각한 문제에 직면할 수 있다고 결론지었습니다.

"이는 인도, 인도네시아, 브라질, 중국과 같은 지역의 수십억 명의 사람들에게 극적인 결과를 초래할 것입니다. 그들은 생계를 몬순 강우에 의존하고 있습니다. 이는 우리의 기후 시스템뿐만 아니라 전 세계의 사회에도 영향을 미칠 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250507130511.htm