유독 더웠던 여름, 올 겨울엔 한파 (feat. 이상기후에 몸살 앓는 지구)

유독 더웠던 여름, 올 겨울엔 한파 (feat. 이상기후에 몸살 앓는 지구)

 

9월 20일 금요일 오후부터 비가 내리기 시작했습니다. 21일 토요일 오전, 간간이 내리던 비가 그치면서 바람이 세게 불기 시작했어요. 이후 다시 날씨가 더워지나 싶더니 10월 1일 오전, 비가 내리고 기온이 뚝 떨어졌습니다. 2일 오전부터는 반소매를 입으면 춥다는 생각이 들 정도였어요.

 

해도 너무했던 올해 여름 날씨, 갑자기 가을 날씨로 바뀌니 어제 내가 있던 곳과 오늘 내가 있는 곳이 과연 같은 곳인가, 하는 생각이 들 정도였습니다. 징검다리 연휴가 이어진 이번 주에는 잠시 IT와 실리콘밸리를 떠나 인공위성을 타고 지구를 내려다보며 ‘기후’에 대한 이야기를 해보려 합니다.

 

올해 여름은 왜 이리 더웠는지, 몇 해 전부터 이어지는 습한 여름의 이유는 무엇인지. 그리고 앞으로 다가올 겨울 날씨는 과연 어떨지, 여러 보고서와 논문을 기반으로 짤막하게 정리해 볼게요. 이상기후에 몸살 앓는 우리 지구, 괜찮은 것일까요.

 

1. 점점 더워지는 북반구

올해는 역사상 가장 더운 한 해로 기록됐습니다. 지난해의 기록을 갈아치웠어요. 즉 ‘지난해보다 더운 것 같은데?’라는 생각 하셨다면 실제로도 그랬다는 것입니다. 기상청이 발표한 ‘2024년 여름철 기후 특성’에 따르면 한반도의 여름철 전국 평균기온은 25.6도로 평년보다 1.9도 높았습니다. 1973년 이후 1위라 하네요. 열대야 일수도 20.2일로 역대 1위입니다. 밤새 에어컨을 켜지 않으면 견디기 힘들 정도의 더위였어요.

 

비단 한국 만의 일은 아닙니다. 미국은 물론 유럽을 비롯해 동남아시아, 중동, 아프리카 등 북반구 국가 상당수가 올해 극심한 더위에 시달렸습니다. 지구의 평균 기온은 20세기 평균보다 1.5도 높았을 뿐 아니라 국립해양대기청(NOAA)은 “올해 여름은 북반구 역사상 가장 더웠다”라는 발표하기에 이르렀습니다.

 

유럽의 기후변화 감시 그룹인 코페르니쿠스는 올해 여름 날씨가 지난해보다 기록을 시작한 1940년 이후 가장 높았다고 이야기합니다. 이전 최고 기록은 2023년 여름이었습니다.

 

이유가 뭘까요. 이제 인공위성을 타고 지구를 내려다보겠습니다. 여름입니다. 지구의 자전축이 기울어져 있어 여름에는 태양으로부터 더 많은 에너지를 받게 됩니다. 그만큼 지구의 온도는 높아집니다. 지표면이 달궈졌습니다. 지표면의 뜨거워지면서 공기 역시 달궈집니다. 따듯해진 공기는 위로 올라갑니다. 이 과정에서 하늘 높이 있던 찬 공기는 아래로 내려옵니다. 이를 ‘대류’라고 합니다.

 

그런데 어느 순간 이 대류현상이 잘 작동하지 않습니다. 달궈진 공기가 움직여야 하는데, 더 뜨거운 공기가 상층부에 머무르고 있는 것입니다. 이렇게 되면 달궈진 공기가 옴짝달싹 못 하면서 지표면의 기온은 점점 오르게 됩니다. 이를 ‘열돔 현상’이라고 합니다.

 

열돔 현상은 정식 학술 용어는 아니지만 최근 발생하고 있는 북반구의 극심한 더위를 설명하는 이론으로 주목받고 있어요. 공기가 정체되니 구름도 만들어지지 않고, 저기압이 들어오지도 못합니다. 맑은 하늘이 이어지고, 뜨거운 태양은 계속해서 지표를 달구게 됩니다. 기온은 점점 더 오르고 폭염은 늘어갑니다. 이러한 현상이 미국, 유럽, 한반도 등에서 동시다발적으로 일어나고 있어요. 열돔 현상의 원인으로는 당연히 ‘기후변화’가 꼽힙니다.

 

2. AI, 지구온난화의 해결사? 주범?

“지구 온난화, 그까짓 거 뭐 그냥 대충 AI로 돌려서 해결하면 되는 거 아니야?” AI 기술이 빠르게 발전하고 있는 요즘. AI를 이용해 지구 온난화를 해결하려는 시도도 많아지고 있습니다.

 

그런데 말입니다. AI를 많이 활용할수록, 탄소배출은 많아진다는 문제가 지속해서 제기되고 있어요. AI를 이용해서 탄소 배출을 줄였는데, AI를 사용하니 탄소 배출이 늘어난 거죠.

 

AI를 훈련하고 또 실행하려면 컴퓨팅 파워, 전기가 필요합니다. 이 과정에서 탄소 배출은 많아질 수밖에 없습니다. 예를 들어 오픈AI가 GPT-3 LLM을 학습하는 과정에서 약 500t의 이산화탄소가 배출됐다고 합니다. 사용한 전기는 약 1287 MWh(메가와트시) 인데요, 이는 평균적인 미국 가정이 120년 동안 소비하는 에너지와 맞먹는다고 해요.

 

단일 대규모언어 모델을 교육하는 데 드는 탄소발자국은 약 30만kg이라는 연구도 있습니다. 이는 뉴욕과 베이징 간 왕복 항공편 125회에 해당하는 양입니다.

 

챗GPT를 개발한 오픈AI에서 나온 연구를 살펴보겠습니다. 2018년 연구 결과인데요, 대규모 AI 학습에 사용된 컴퓨팅이 2012년 이후로 3.4개월마다 두 배씩 증가했다고 합니다. 2018년 기준으로 컴퓨팅과 관련된 지표가 2012년 대비 30만 배 이상 늘었어요. 기술이 개발하면서 효율이 높아졌다고 해도, 지금은 오픈AI 뿐 아니라 많은 기업들이 AI를 훈련시키고 있으니 컴퓨팅 파워 또한 이보다 훨씬 더 높아졌을 거예요. 결국 전기 사용량은 많아졌을 것이고 이는 탄소 배출로 이어집니다.

 

현재 정보통신기술 산업의 탄소 배출량은 전체의 약 14%로 추정됩니다. 대부분 데이터센터, 통신 네트워크와 같은 ‘인프라’에서 발생하고요.

 

물론 인간의 행동과 비교했을 때, AI가 탄소를 적게 배출한다는 흥미로운 연구도 있습니다. 인간이 그림을 그릴 때 쓰는 탄소량과 AI가 그림을 그릴 때(미드저니, 달리 등) 배출하는 탄소량을 비교했더니, 인간이 더 많은 탄소를 배출했다는 거죠. AI 훈련과 개발 과정에서 많은 탄소를 쓰지만, 그만큼 인간의 일을 대체하게 되고, 이는 오히려 탄소 배출량 감소로 이어질 수 있다는 해석도 가능합니다.

 

AI가 지구온난화에 미치는 영향과 관련해 다양한 연구가 쏟아지고 있습니다. 결국 AI 개발이 탄소배출 증대로 이어질 것이라는 주장과 오히려 AI를 잘 활용하면 탄소 배출을 줄일 수 있다는 주장이 공존하고 있어요. 어찌 됐건, AI 경쟁이 치열해지고, 사용량이 많아지면 탄소 배출량은 늘어날 겁니다.

 

그렇다면 인간은, 이러한 AI를 이용해 최대한의 효율을 뽑아내야 합니다. AI를 이용해 전력 사용을 최적화하고, 기후 변화를 더 정확하게 예측해 나타날 피해를 최소화하고, 탄소 배출량을 줄이는 연구에 활용함으로써 기술 개발을 극대화해 나가는 지혜가 필요할 듯합니다. 쉽지 않은 일이겠지만요.

 

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3. 폭염 늘리는 '열돔 현상'

다시 날씨로 돌아오겠습니다. 빈번해진 열돔 현상을 설명할 때 자주 등장하는 ‘녀석’이 있습니다. 바로 ‘제트기류’에요. 중학교 교과서에 등장하는 제트기류는 우리에게 친숙한 용어인데요, 특히 고마운 존재로 배웠던 기억이 납니다. 서쪽에서 동쪽으로 빠르게 부는 제트기류를 이용하면 비행기는 연료를 덜 들이면서도 빠르게 이동할 수 있거든요.

 

제트기류는 중위도 지역이 따듯하고 극지방이 차가울 때 만들어집니다. 따듯한 공기가 차가운 공기가 만나면서 대류가 활발히 일어나고 이 과정에서 강한 바람을 만드는 제트기류가 만들어져요. 그런데 북극 지역의 빙하가 평년보다 많이 녹으면서 북반구 중위도와 고위도 지역의 온도 차가 줄기 시작합니다. 이렇게 되면 제트기류는 약해질 수밖에 없어요.

 

제트기류가 약해지면 좀처럼 움직이지 않습니다. 움직이지 않는다는 얘기는 결국 제트기류를 중심으로 대기가 정체한다는 의미예요. 이 과정에서 특정 지역에 고기압이 갇히게 되고, 이것이 열돔 현상을 일으키는 원인으로 작동합니다. 비단 제트기류뿐만이 아닙니다.

 

극지방의 기온 상승과 저위도 지역의 기온 차이가 줄면서 대류의 움직임이 줄고 이는 공기가 좀처럼 이동하지 않는 ‘블로킹 현상’을 일으키면서 열돔 현상에 영향을 미칩니다. 제트기류의 약화, 고위도와 저위도 지역의 기온 차 축소 등은 모두 인간의 활동으로 비롯된 지구온난화가 원인으로 꼽힙니다. 온난화로 북극의 빙하가 많이 녹으면서 발생한 일이니까요.

 

1) 습해진 여름 기후

몇 해 전부터 여름에 이런 생각하시는 분들 많으실 것 같아요. “원래 이렇게 여름이 습했나?” 마치 동남아시아나 대만에 갔을 때 느끼는 습함이 여름철 짜증을 몇 배나 고조시킵니다. 실제로 기상청에서 제공하는 지역별, 연도별 상대습도를 살펴보면 최근 서울 지역 기준 7월 상대습도는 꾸준히 상승하는 것으로 나타났습니다.

 

여름철 습도가 점점 높아지는 현상은 어쩌면 당연합니다. 지구 온난화로 지구의 해수면 온도는 평년 대비 약 1도 이상 높아졌습니다. 해수 온도가 높아지면, 그만큼 대기 중으로 증발하는 수증기의 양은 많아집니다. 결국 대기 중 수증기가 증가하게 되고 이는 습도를 높이는 원인이 됩니다.

 

습도는 ‘이슬점’의 영향을 받습니다. 이슬점이란 대기 중의 수증기가 포화해서 수증기의 일부가 물방울로 변할 때의 온도를 말합니다. 이슬점이 높다는 얘기는 대기가 가진 수분 함량이 많다는 뜻입니다. 지구의 평균 이슬점(6~7월)은 지난 1940년 이후 꾸준히 증가하고 있는 것으로 나타났습니다.

 

인간이 견디기 힘든 극심한 ‘더위 + 습도’가 나타나는 빈도는 1979~2017년 사이 전 세계적으로 두 배 이상 많아진 것으로 조사됐습니다. 온도와 습도를 합해서 ‘습구온도’라는 표현을 씁니다. 습구 온도가 높으면 공기 중에 수분이 너무 많음을 뜻하는데요, 이 경우 인체가 땀을 아무리 흘려도 열을 제거하는 효과가 줄게 됩니다. 습도가 높은 날 땀은 땀 대로 나는데, 짜증은 짜증대로 나는 이유라고 해야 할까요.

 

4. 북극진동으로 살펴본 올해 겨울 날씨

궁금증은 다가올 날씨로 이어집니다. 역대급 더위를 겪었는데, 그렇다면 올해 겨울은 과연 어떨까요. 일단 기상청은 ‘향후 3개월 기상 전망’에서 올해 12월 기온이 평년보다 대체로 낮을 것으로 예상했습니다.

 

‘여름이 더우면, 겨울은 춥다’라는 말 들어보셨죠. 자료 조사를 하다 보니 이 말은 이렇게 바꿔야 할 것 같습니다. “이상 기온으로 극심한 더위가 있었다면, 예상치 못한 한파가 발생할 가능성이 클 수 있다”로 말이에요. 실제로 지구온난화에 따라 겨울철 지구의 온도는 높아지고 있습니다. 하지만 예상치 못했던 급격한 한파나 폭설과 같은 이상 현상의 발생 빈도는 높아지고 있어요.

 

이를 앞서 말씀드렸던 ‘제트기류의 약화’로 설명하기도 합니다. 제트기류는 극지방에 있는 차가운 공기가 중위도 지역으로 내려오지 못하게 막는 방파제 역할도 하고 있어요. 그런데 지구온난화로 제트기류가 약해지고 ‘사인곡선’의 형태로 갑자기 요동치면 극지방의 차가운 공기가 일시적으로 중위도로 내려오기도 합니다. 이럴 경우 며칠 동안 겨울철 기온이 예상했던 것보다 더 떨어질 수 있다고 합니다.

 

1) 북극진동으로 살펴본 올해 겨울 날씨

지난 2012년 한반도에 극심한 한파가 찾아왔었을 때 ‘북극진동지수’에 대한 이야기를 많이 했던 기억이 납니다. 앞서 언급한 제트기류와 같은 내용이에요. 북극진동지수란 북극에 있는 찬 공기의 소용돌이가 ‘강약’을 되풀이하는 현상을 의미합니다. 일반적으로 제트기류 안에 찬 공기가 갇혀 있으면 안정한 상태로 봐서 진동지수는 ‘양의 값’을 가집니다. 하지만 어떤 이유에서 이 찬 공기가 요동치면 ‘음의 값’으로 표현합니다.

 

즉, 북극진동지수가 음의 값을 가지면 겨울철 북반구의 중위도지역에 예상치 못한 한파가 닥칠 가능성이 있습니다. 그래서 찾아봤습니다. NOAA 사이트에서 제공하는 북극진동지수를 살펴봤습니다. 지난주만 해도 강한 음의 값을 보였던 지수가 ‘양의 값’으로 회복한 모습을 확인했습니다.

 

다만 -3에 가까울 정도로 음의 값이 큰 만큼 이러한 변화가 11월께 다시 나타날 가능성을 무시할 수 없어 보입니다. 우리나라에서 극 지역을 연구하는 정부출연연구소인 극지연구소에 문의를 해봤어요. 이런 답이 돌아왔습니다. “극지연구소는 극지방의 날씨를 연구하고 이를 검증 보완할 때 북극진동지수를 이용하고 있습니다. 다만 올겨울 날씨 예측을 위해서는 11월 중순 이후의 북극진동지수를 살펴봐야 합니다. 현재 북극진동지수로 겨울 날씨를 예측하기는 쉽지 않습니다.”

 

그렇다면 하나 더 살펴보겠습니다. 앞서 제트기류의 약화는 지구온난화와 관련이 있다고 설명했는데요, 이는 빙하가 녹으면서 대기의 온도 차가 줄기 때문입니다. 그렇다면 현재 북극 빙하 상태는 어떨까요. 아래는 미국국립설빙데이터센터에서 제공하는 현재 북극의 빙하 상태입니다. 회색 부분이 평균 범위인데요, 현재(파란 선) 이 범위를 벗어나 있습니다. 점선으로 표시된 2012년은 북극 빙하가 상당히 많이 녹았을 때의 수치를 보여줍니다.

 

2000년 이후 가장 추웠던 겨울은 2012년 12월부터 2013년 2월까지였는데요, 당시 북극진동지수도 ‘음’을 가리키고 있었고, 또 빙하도 상당히 녹아서 겨울철이 추웠다는 연구가 많았습니다. 아직 이른 시기이긴 하지만 북극의 빙하가 올해 상당히 녹았고, 북극진동지수는 현재 ‘양의 값’을 보이고 있지만 음의 값을 기록한 폭이 상당히 컸습니다. 현재 추세(?)로 보면 11월 말쯤에는 음의 값을 기록할 가능성이 커 보이는데요, 11월쯤, 이 수치를 다시 확인해 알려드리겠습니다.

 

대기 중에 탄소가 본격적으로 쌓이기 시작한 산업혁명 이후 기후는 달라졌습니다. 지구의 기온은 그 어느 때보다 빠르게 상승하고 있고 빙하가 녹는 속도 또한 전례를 찾아볼 수 없는 수준입니다.

 

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예전에는 “빙하가 녹으면 해수면이 높아져서 해안가가 침수된다”라며 우려했는데, 이제는 지구 온난화가 이상 기후를 일으키고, 당장 인간의 삶에 큰 영향을 미치는 상황을 걱정해야 합니다. 해수면 상승이 문제가 아니었습니다. 이러한 상황이 지속되면 영화 ‘투모로우’에서나 볼법한 재앙이 닥칠 수도 있을 것 같아요.

 

그렇다고 해서, 자동차를 타지 않고, 공장을 가동하지 않을 수 없습니다. ‘자연으로 돌아가자’라면서 모두가 네안데르탈인이 되어 산속에서 살 수도 없고요. 지금 인간이 배출하는 탄소 배출을 ‘0’으로 줄인다고 해서 과거의 기후를 되찾으리란 보장도 없습니다. 이상 기후의 원인을 알았으니 최대한 줄여 나가는 수밖에요.

 

지구 온난화 해결은 ‘새로운 기술’의 출현이 답이 될 듯합니다. 이미 많은 과학자가 햇빛을 대규모로 반사하거나 성층권에 작은 입자를 뿌리거나, 사막에 대규모 패널을 설치하는 방식 등으로 온난화를 완화할 수 있는 많은 아이디어를 내고 있습니다. 대기 중의 탄소를 빨아들이는 기술을 기반으로 한 스타트업도 미국을 중심으로 나타나고 있고요. 30년 뒤 인류는 빙하가 없는 지구를 맞이하게 될까요, 아니면 새로운 기술을 기반으로 기후를 안정적으로 유지할 수 있게 될까요.

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