빨라도 1~2주 전에 예측 가능했던 북미지역 토네이도 발생을 수개월 전에 예측할 수 있게 됐다.

기초과학연구원(IBS)은 22일 기후물리 연구단 악셀 팀머만 단장 연구팀이 북미 지역 토네이도 발생 횟수가 해수면 온도와 대규모 기압 패턴에 의해 조절됨을 규명했다고 밝혔다.

토네이도는 시속 100㎞로 빠르게 회전하는 바람이다. 전 세계 75%, 평균 1000여개의 토네이도는 북미지역에서 발생한다. 해마다 발생하는 횟수는 다른데 2011년에는 평년의 2배에 가까운 1898개가 발생해 500명 이상의 사상자를 냈다.

토네이도는 해마다 발생 횟수는 크게 달라지는 등 예측이 어려워 많은 피해를 발생시킨다. 하지만 장기예측을 위해서는 열용량이 크고 변화가 느린 해수면 온도와 토네이도의 관계를 밝히는 것이 중요한데, 지금까지는 그 원리가 규명되지 않아 발생 1~2주 전에야 낮은 신뢰도로 예보가 가능했다.

연구진은 빠르게 변화하는 봄철 기후에 주목했다. 4월에서 5월이 되면 수증기 양이 2배 이상 증가해 토네이도에 영향을 미치는 환경에는 급격한 변화가 있다.

연구진은 이를 고려해 토네이도 횟수와 기후 환경의 상관관계를 월별로 분석했다. 지난 62년간 축적된 북미 지역 토네이도 관측 자료와 모형 시뮬레이션을 면밀하게 분석한 결과, 연구진은 4월에 한정해 해수면 온도가 서쪽에서 낮고 동쪽에서 높을 경우 북미 토네이도 발생 횟수가 증가함을 규명했다.

중앙 태평양 지역이 평년보다 따뜻하고, 미 서쪽 해안이 차가우며 멕시코 만이 따뜻할 때, 중앙 태평양부터 멕시코 만 일대에 ‘고기압-저기압-고기압’으로 파동 형태의 기압패턴이 형성된다. 연구진은 이러한 기압패턴이 4월에 형성될 경우 멕시코 만에서부터 다량의 수증기를 유입시킴을 발견했다.

수증기는 미 서부 록키산맥 오른쪽을 따라 수송돼 내륙의 강한 바람을 연직으로 회전시키는 연료 역할을 한다. 그 결과 동부 내륙에 거대한 상승기류의 결과로 슈퍼셀 뇌우와 토네이도가 발생한다.

실험 결과 해수면 온도의 이러한 영향력은 4월에 국한됐다. 4월에는 내륙에 수증기가 충분하지 못해, 유입된 수증기가 토네이도 발생 횟수를 증가시키는 직접적인 원인이 된다. 하지만 5월에는 내륙에 풍부한 수증기와 강한 회전성 바람이 존재하기 때문에, 해수면 온도와 토네이도 발생 사이의 직접적인 연관성은 사라진다.

이번 연구결과를 적용하면 1-2주 전에 이뤄졌던 토네이도 예측을 수개월 앞당길 수 있을 것으로 보인다.

공동저자인 이준이 연구위원(부산대 기후과학연구소 조교수)은 “4월 해수면 온도 예측은 세계 여러 기후 모델링 센터에서 정기적으로 수행하고 있다”며 “이번 연구와 해수면 온도 예측값을 이용해 토네이도 발생횟수의 장기 예측이 가능해질 것”이라고 설명했다.

제 1저자인 추정은 연구위원은 “이번 연구로 대규모 기후 조건과 토네이도의 인과관계를 밝혔다면, 앞으로는 기후변화가 북미 지역 토네이도에 어떻게 영향을 미치는지 슈퍼컴퓨터를 이용해 연구할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances) 온라인에 게재됐다.