기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단 악셀 팀머만 단장(부산대 석학교수)과 11개국 40여명의 국제공동 연구팀이 동태평양 엘니뇨(EP 엘니뇨)와 중태평양 엘니뇨(CP엘니뇨)의 상호작용에 따라 매번 다른 형태의 다양한 엘니뇨현상이 발생하는 것을 규명 하였다.

엘니뇨(El-Nino) : 태평양에서 수개월～1년 간 해수가 비정상적으로 따뜻해지는 현상으로, 1～2년에 걸쳐 해수의 이상 저온현상인 라니냐로 전환된다. 엘니뇨는 발원지, 주기, 강도, 지속기간 등이 불규칙하게 나타나 장기 예측이 어려우며, 다양한 기상이변과 이상기후를 일으킨다.

과학기술정보통신부(장관 유영민)와 IBS(원장 김두철)는 이번 연구 성과가 학술지 네이처(nature, IF 40.137)誌 온라인 판에 7월 26일 2시(한국시간)에 게재되었다고 밝혔다.

IBS·국제공동 연구진은 EP엘니뇨와 CP엘니뇨의 발생 메커니즘과 두 엘니뇨의 공간분포와 발생주기 차이를 설명할 수 있는 이론체계를 수립하고, 이를 수학적 모델링을 통해 증명하였다.

연구진은 다양한 기후 관측 자료, 이론 모델, 시뮬레이션 등의 통합적 접근을 통해 해양과 대기의 결합조건에 따라 EP엘니뇨*와 CP엘니뇨**가 다양하게 발현되는 메커니즘을 발견하였다.

EP(East Pacific, 동태평양) 엘니뇨는 3～7년 주기로 해양 상층에 열이 많이 저장되고 무역풍이 약할 때 주로 발생하며, 하층의 차가운 해수가 표층으로 올라오는 현상이 약해져 표층에 따뜻한 물이 많아져 해수면 온도를 높이는 메커니즘이 가장 핵심임을 밝혔다.

CP(Central Pacific, 중태평양) 엘니뇨는 2～3년 주기로 해양 상층에 열저장이 상대적으로 적고 무역풍이 강할 때 주로 발생하며, 따뜻한 물이 동서방향으로 이동하며 해수면의 온도를 높이는 메커니즘이 핵심임을 밝혔다.

이를 바탕으로 EP엘니뇨와 CP엘니뇨를 서로 다른 주기와 강도를 가지는 진자로 모델링하여, 두 개 엘니뇨의 상호 결합에 따라 다양한 형태의 엘니뇨가 만들어짐을 수학적으로 증명하였다.

고유한 두 개 진동의 상호작용으로 다양한 엘니뇨가 발생함을 수학방정식으로 규명

또한, EP엘니뇨와 CP엘니뇨가 대서양과 인도양의 해수면 온도, 지구 온난화, 열대저기압 등 외부자극과 복합적으로 상호작용하며 엘니뇨의 특성이 복잡해지며 다양한 전지구적 영향이 발생함을 확인하였다.

이번 성과는 기상이변의 주원인으로 주목받는 엘니뇨의 발생과 영향을 이해하는데 새로운 이정표를 세운 것으로 평가된다.

다양한 엘니뇨 현상의 예측은 엘니뇨에 의한 가뭄, 홍수, 폭우, 폭설 등의 많은 피해에 대비하고, 식량부족, 식수고갈, 전염병 등의 인류 문제에 대응하기 위한 이론적 토대가 될 것으로 기대된다.

이번연구를 총괄한 악셀 팀머만 단장은 “엘니뇨의 공간과 시간적 다양성을 동시에 설명할 수 있는 통합이론모델 개발을 위해 연구를 시작했다.”고 연구배경을 밝혔다.

이번연구에서 새로운 수학적 틀을 개발한 하와이대학교 페이페이 진(Fei-Fei Jin) 교수는 “엘니뇨라는 지구상에서 가장 강력한 기후 엔진이 가지는 복잡성을 EP엘니뇨와 CP엘니뇨의 진동상태의 수학적 결합으로 설명할 수 있게 되었다.”고 의미를 설명 하였다.

포스텍 국종성 교수는 “다양한 학문과 통합적인 연구방법으로 기후과학의 난제인 ‘엘니뇨의 다양성’을 이해할 수 있었다”며, “향후 엘니뇨 예측이 보다 향상되면 엘니뇨가 발생하는 동안 어떤 지역이 어떤 이상기후를 겪게 될지 더 잘 알게 될 것”이라고 전망 하였다.