기후 변동 및 변화
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1. 개요
기후 변동 및 변화는 기후의 평균 상태와 극한 기상 등의 변화를 의미하며, 기후 변동성은 무작위 변동성과 주기적 변동성으로 나뉜다. 기후 변화는 인간의 활동으로 인한 인위적 변화를 지칭하는 경우가 많으며, 세계 기상 기구(WMO)는 10년 이상인 모든 형태의 기후 변동성을 포괄하기 위해 '기후 변화'라는 용어를 사용했다. 기후 변화의 원인은 기후 시스템 내부 요인과 외부 강제력으로 나뉘며, 내부 요인에는 해양-대기 변동성, 기후 진동 및 주기 등이 있다. 외부 요인으로는 온실 가스, 지구 궤도의 변화, 태양 활동 변화, 화산 활동, 판 구조론, 에어로졸 등이 있으며, 이러한 요인들은 복사 강제력을 통해 기후에 영향을 미친다. 기후 변화는 해수면 변동, 빙하 해빙, 생태계 변화 등 다양한 영향을 미치며, 과거의 기후는 고기후학을 통해 연구된다. 기후 변화에 대한 대응으로 국제적인 노력과 자연 기반 해결책이 추진되고 있으며, 기후 변화는 다양한 학문 분야와 관련되어 연구되고 있다.
'기후 변동성'은 개별적인 기상 현상 이상으로 모든 시공간적 규모에서 기후의 평균 상태 및 극한 기상 가능성 등의 변화를 설명하는 용어이다. 주기적 변동성과 무작위 변동성으로 나눌 수 있다.[2] '기후 변화'라는 용어는 종종 인위적인 기후 변화, 즉 인간 활동에 의해 발생하는 기후 변화를 구체적으로 지칭하는 데 사용되며, 지구의 자연적인 과정의 일환으로 발생했을 수 있는 기후 변화와는 구분된다.[3]
기후 변화는 다양한 원인에 의해 발생한다. 크게 자연적인 원인과 인위적인 원인으로 나눌 수 있다.
기후는 해마다 크게 변화하는 것은 아니지만, 오랜 세월 동안 상당한 변화를 일으킨다. 약 2억 5000만 년의 간격으로 적어도 3회의 빙하기가 있었고, 과거 100년간의 기온이나 강수량만 보아도 현재와 다른 점이 많다는 것을 알 수 있다. 에든버러와 스톡홀름에서는 1850년경부터 매년 기온이 상승하는 경향을 보이다가, 1940년대 이후로는 전반적으로 추워지고 있다. 그러나 어떤 지역은 더 따뜻해지고, 더 습해지거나 건조해지는 지역도 있다. 공기 중에 증가된 이산화탄소 때문에 생긴 온도 변화가 지구의 풍계에 변화를 가져왔고, 이러한 변화들이 여러 가지 기후 변화를 일으키고 있다.[97] 이와 같은 기후 변화의 원인으로는 태양 활동 변화, 화산 폭발, 오존 및 탄산가스 양의 변화, 조산운동에 의한 해륙 및 식물 분포 변화, 해양이나 지각의 변화 등이 거론된다.
2. 용어
'지구 온난화'는 1988년에 지배적인 대중적 용어가 되었지만, 과학 저널에서는 지구 온난화가 표면 온도 상승을 의미하는 반면, 기후 변화는 지구 온난화와 온실 가스 증가가 영향을 미치는 모든 것을 포함하는 개념으로 사용된다.[4] 원래 "기후 변동(climatic variation)"은 평년(통상 과거 30년)의 평균적인 기후로부터의 편차를 의미했으며, 이보다 더 긴 시간 규모에서 평년의 평균적인 기후가 변화하는 현상은 "기후 변화(climate change)"라고 불리며 구분되었다.[138][139][140][141]
그러나 최근에는 두 용어를 혼용하거나, 독자적인 정의에 따라 구분하여 사용하기도 한다. 예를 들어, UNFCCC(기후 변화 기본 협약)에서는 'climate change'를 인위적인 변화, 'climate variability'를 비인위적인 변화로 정의한다.[142] 반면, IPCC에서는 'climate change' 용어가 인위적·비인위적 변화를 모두 포괄하는 의미로 사용되며, 일본어 번역에서는 '기후 변동'을 포괄하는 '기후 변화'로 표기된다.[142] 지구 온난화의 위험 심각성을 감안하여, '기후 변동' 대신 기후 위기라는 용어를 사용하는 움직임도 있다.[143]
3. 기후 변화의 원인
자연적인 원인으로는 태양 활동 변화, 화산 폭발, 지구 자전축 및 공전 궤도의 변화 등이 있다.
인위적인 원인으로는 온실 기체 배출, 산림 파괴, 토지 이용 변화 등이 있다.
이 외에도 해양 순환 변화, 에어로졸 배출, 가축 사육 등 다양한 요인이 기후 변화에 영향을 미친다.
3. 1. 내부 요인
기후 시스템 내부의 변화는 날씨, 해양, 빙하 등 다양한 요소들의 상호작용에 의해 발생한다. 날씨는 대기의 매일의 상태로 무질서한 비선형 체계이지만, 기후(날씨의 평균 상태)는 안정적이며 예측 가능하다.
내부 변동성으로 인한 기후 변화는 주기 또는 진동 형태로 나타나기도 하고, 예측 불가능한 '무작위' 또는 '확률적' 형태로 나타나기도 한다. 특정 해에 구름이 적으면 바다가 더 많은 열을 흡수하는데, 기후 관성 때문에 이 열이 바다에 저장되어 장기간 변동성으로 나타날 수 있다. 이러한 현상을 적색 잡음이라고 한다. 많은 기후 변화는 무작위적 측면과 주기적 측면을 모두 가지며, 이를 ''확률 공명''이라고 한다. 슈쿠로 마나베와 클라우스 하셀만은 기후 모델링 연구로 2021년 물리학 노벨상을 공동 수상했다.[13]
해양과 대기는 함께 작용하여 수 년에서 수십 년 동안 지속되는 내부 기후 변동성을 만들어 낼 수 있다.[14][15] 이러한 변동은 심해와 대기 사이의 열 재분배,[16][17] 구름, 수증기, 해빙 분포 변화 등을 통해 지구 평균 표면 온도에 영향을 줄 수 있다.[18][19]
지구 규모의 기후를 결정하는 요인에는 기후 시스템에 내재된 요인과 외부 강제력이 있다. 기후 시스템 내에서는 대기와 해양이 물리 법칙에 따라 상호 작용한다. 예를 들어, 대기-해양 상호 작용에 의해 일어나는 엘니뇨-남방 진동은 기후 시스템에 내재된 변동이다.
기후 변화에는 다음과 같은 양의 피드백 메커니즘이 존재한다.
음의 피드백 효과 중 하나는 대기에서 이산화탄소를 흡수하는 지표면, 해양, 생물권 등 자연 저장고의 존재이다.
3. 1. 1. 빙하 작용
빙하는 기후 변화의 가장 민감한 지표 중 하나로 인식된다.[10] 빙하는 냉각기(예를 들면, 소빙하기)에는 대체적으로 전진하였고, 기후 온난화에는 후퇴하였다. 빙하의 성장과 붕괴는 자연의 변화에 영향을 주며, 외부 요소에 의한 변화를 증폭시킨다. 지난 100년간, 빙하에서 여름에 사라지는 얼음을 만회할 수 있는 만큼 겨울에 얼음이 재생산되지 못했다.
지난 1백만 년간 가장 주목할 만한 기후 변화 과정은 빙하기와 간빙기의 순환이다. 이 순환은 밀루틴 밀란코비치의 순환 궤도 변동 이론에 의해 윤곽이 갖추어졌지만, 대륙의 얼음층을 포함하는 내부 반응과 130m의 해수면 변화가 대부분의 지역에서 기후 변화가 관측되는 양상을 알 수 있도록 중요한 역할을 하였다. '하인리히 이벤트', '단스고르-외슈거 이벤트'(Dansgaard–Oeschger event), '영거 드라이아스'(EDryas) 등의 다른 변화들은 특별한 궤도의 변화가 없어도 빙하의 변화가 잠재적으로 기후에 영향을 줄 수 있음을 보여준다.
3. 1. 2. 해양의 변화, 기후의 기억
기후 시스템의 대부분의 내부적인 변화하는 성질의 형태는 ‘이력(履歷)현상’의 형태로 인식될 수 있는데, 이는 기후의 현재 상태가 입력뿐 아니라 도달한 여정도 반영하고 있다는 것이다. 예를 들어 수십 년의 건조한 상태는 호수가 줄어들게 하고 땅이 건조하게 되어 사막이 확장하게 할 수 있다. 이러한 상태는 다음 해에 강우의 감소를 초래할 수 있다. 간단히 말하자면 기후 변화는 스스로가 영속시키는 과정이라 할 수 있는데, 이는 서로 다른 환경의 양상이 불가항력적으로 발생하는 변동에 서로 다른 정도와 형태로 반응하기 때문이다.[12]
3. 1. 3. 해양-대기 변동성
해양과 대기는 수년에서 수십 년 동안 지속될 수 있는 내부 기후 변동성을 자발적으로 생성하기 위해 함께 작용할 수 있다.[14][15] 이러한 변동은 심해와 대기 사이의 열을 재분배하거나,[16][17] 구름, 수증기, 해빙 분포를 변경하여 지구의 총 에너지 수지에 영향을 미치고 지구 평균 표면 온도를 변화시킬 수 있다.[18][19]
3. 1. 4. 진동 및 주기
기후 진동 또는 기후 주기는 전 지구적 또는 지역적 기후 내에서 반복적으로 나타나는 순환적인 진동을 의미한다. 다양한 시간 규모에서 많은 진동이 발견되었거나 가설로 제시되었다. 해양과 대기는 수 년에서 수십 년 동안 지속될 수 있는 내부 기후 변동성을 자발적으로 생성하기 위해 함께 작용할 수 있다.[14][15] 이러한 변동은 지구 평균 표면 온도를 변화시킬 수 있다.[18][19]
내부 변동성으로 인한 기후 변화는 때때로 주기 또는 진동 형태로 나타난다. 많은 기후 변화는 무작위적인 측면과 주기적인 측면을 모두 가지고 있다. 이러한 현상을 ''확률 공명''이라고 한다. 2021년 물리학 노벨상의 절반은 기후 모델링에 대한 연구로 슈쿠로 마나베와 클라우스 하셀만에게 공동 수여되었다.
기후 변화와 그 요인의 예시는 다음과 같다.
3. 1. 5. 해류 변화
해류는 따뜻한 열대 지역에서 더 추운 극지방으로 많은 에너지를 수송한다. 열염 순환과 같은 해양 과정의 변화는 세계 해양에서 열을 재분배하는 데 중요한 역할을 한다.[16][17]
해양은 대기보다 수백 배나 더 많은 질량을 가지고 있어 매우 높은 열 관성을 가지기 때문에 수백 년의 시간 척도로 기후 변동성을 생성할 수 있다. 마지막 빙하기(기술적인 용어로는 마지막 빙하기) 주변에서 발생하는 변화는 북대서양의 순환이 갑자기 크게 변화하여 기후 시스템으로 유입되는 총 에너지 양이 크게 변하지 않더라도 전 세계적인 기후 변화를 초래할 수 있음을 보여준다. 이러한 큰 변화는 이른바 하인리히 사건에서 비롯되었을 수 있는데, 이는 빙상의 내부 불안정성으로 인해 거대한 빙산이 바다로 방출되었기 때문이다. 빙상이 녹으면 생성된 물은 염분 함량이 매우 낮고 차가워져 순환의 변화를 일으킨다.[12]
3. 1. 6. 생물 (Life)
생명체는 탄소 순환과 물 순환에서의 역할, 그리고 알베도, 증발산, 구름 형성, 풍화와 같은 메커니즘을 통해 기후에 영향을 미친다.
3. 2. 외부 요인
기후는 여러 외적 요인에 의해 변화한다. 태양 복사, 지구 궤도의 변화, 온실 가스 등이 대표적인 외적 요인으로 언급된다.[9]
산업 혁명 이후 인간의 활동, 특히 화석 연료 연소로 인한 이산화탄소(CO2) 증가와 에어로졸, 시멘트 제조 등이 주요 관심사이다. 토지 이용, 오존 소모, 동물 농장,[164] 산림 벌채 등도 기후에 영향을 주는 요인이다.
지구 전체적으로 태양에서 받는 에너지와 우주로 방출되는 에너지의 양이 지구의 평형 온도와 기후를 결정하며, 이 에너지는 바람, 해류,[5][6]등을 통해 전 세계로 분산되어 각 지역 기후에 영향을 미친다.[7]
기후를 형성하는 요인을 기후 강제력 또는 "강제 메커니즘"이라고 한다.[8] 여기에는 태양 복사 변화, 지구 궤도 변화, 알베도 변화, 조산 운동, 대륙 이동, 온실 기체 농도 변화 등이 포함된다. 외부 강제력은 인위적이거나 자연적일 수 있다.[9]
기후 시스템의 일부는 기후 강제력에 느리게 반응하는 반면, 다른 부분은 빠르게 반응한다. 예를 들어, 화산 폭발 후 화산재가 햇빛을 반사하면 대기가 빠르게 냉각되지만, 해수 열팽창은 수천 년이 걸릴 수 있다.
기후 변동성은 내부 과정으로 인해 발생할 수도 있다. 내부적 강제되지 않은 과정에는 해양과 대기 내 에너지 분포 변화가 포함되며, 예를 들어 열염분 순환 변화가 있다.
자연적 요인으로는 태양 활동, 화산 폭발 등이 있고, 인적 요인으로는 대기 조성 및 토지 이용 변화가 있다.[131][132] IPCC와 기후 변화 틀 협약에서는 "기후 변동"을 "지구 온난화"와 같은 의미로 사용하기도 한다.[133][134]
외부 요인의 영향은 복사 강제력 개념으로 비교된다. 복사 강제력이 긍정적이면 온난화, 부정적이면 한랭화를 일으킨다.
3. 2. 1. 온실 가스
온실 기체로 인한 복사 강제(radiative forcing)가 기후변화의 주요 원인이라는 연구 결과가 있다. 온실 기체는 지구의 기후변천사를 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 온실 기체가 지구에 반사되어 나가는 태양 광선을 가두어 온도가 상승하는 온실 효과는 지구의 온도를 조절하는 데에 결정적인 역할을 한다.[46]
생물권에서 나오는 온실가스는 주로 피드백이나 내부 기후 과정으로 간주되지만, 화산에서 나오는 온실가스는 일반적으로 기후학자들에 의해 외부 온실가스로 분류된다. 이산화 탄소(CO2), 메탄, 아산화 질소와 같은 온실 가스는 적외선을 가두어 기후 시스템을 가열한다. 화산은 또한 확장된 탄소 순환의 일부로, 매우 긴 시간(지질학적 시간)에 걸쳐 지각과 맨틀에서 이산화탄소를 방출하여 퇴적암 및 기타 지질학적 이산화 탄소 싱크에 의한 흡수를 상쇄한다.
산업 혁명 이후 인류는 화석 연료 연소로 CO2를 배출하고, 산림 벌채를 통해 토지 이용을 변경하며, 에어로졸(대기 중의 미립자 물질)과 미량 기체(예: 질소 산화물, 일산화 탄소 또는 메탄)의 방출로 기후를 더욱 변화시켜 온실 기체를 증가시켜 왔다.[48] 토지 이용, 오존층 파괴, 축산업(반추 동물인 소는 메탄을 생성한다[49]) 및 산림 벌채를 포함한 다른 요인들도 영향을 준다.[50]
미국 지질 조사소의 추정에 따르면, 화산 배출량은 현재의 인간 활동의 영향보다 훨씬 낮은 수준이며, 인간 활동은 화산이 배출하는 이산화 탄소의 100~300배에 달하는 양을 생성한다.[51] 인간 활동에 의해 연간 배출되는 양은 인도네시아에서 74,000년 전에 발생한 토바 폭발과 같은 초화산의 분출량보다 더 많을 수 있다.[52]
3. 2. 2. 궤도의 변화
지구 운동의 약간의 변화는 지구 표면에 도달하는 햇빛의 계절적 분포와 지구 전체에 분포되는 방식의 변화로 이어진다. 지역 평균 연평균 일조량에는 거의 변화가 없지만, 지리적, 계절적 분포에는 큰 변화가 있을 수 있다. 세 가지 유형의 운동학적 변화는 지구 궤도 이심률의 변화, 지구 자전축의 기울기 변화, 지구 축의 세차운동이다. 이것들이 결합되어 기후에 영향을 미치는 밀란코비치 주기를 생성하며, 빙하기와 간빙기와의 상관관계,[53] 사하라 사막의 확장과 축소와의 상관관계,[53] 그리고 지질 기록의 주기층서학적 출현으로 유명하다.[54][55]
빙하기 동안에는 이산화탄소(CO2) 농도와 기온 사이에 높은 상관관계가 있었다. 초기 연구에서는 이산화탄소(CO2) 농도가 기온보다 뒤쳐진다는 것을 나타냈지만, 이것이 항상 그런 것은 아니라는 것이 분명해졌다.[56] 해수 온도가 상승하면 이산화탄소(CO2)의 용해도가 감소하여 해양에서 방출된다. 공기와 해양 사이의 이산화탄소(CO2) 교환은 기후 변화의 추가적인 측면에 의해서도 영향을 받을 수 있다.[57] 이러한 자기 강화 과정과 기타 과정으로 인해 지구 운동의 작은 변화가 기후에 큰 영향을 미칠 수 있다.[56]
3. 2. 3. 태양의 변화
태양은 지구 기후 시스템에 에너지를 공급하는 주된 근원이다. 태양 강도의 장기적인 변화는 지구 기후에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.[59] 태양 출력은 11년 태양 주기[58] 및 장기적인 변조를 포함하여 더 짧은 시간 척도로 변동한다. 흑점과 기후 사이의 상관관계는 기껏해야 미약하다.[59]
30억~40억 년 전, 태양은 오늘날보다 75% 정도의 에너지를 방출했다.[60] 대기 조성이 오늘날과 같다면 액체 상태의 물은 지구 표면에 존재하지 않아야 한다. 그러나 초기 지구의 명왕누대[61][62]와 시생누대[63][61]에 물이 존재했다는 증거가 있어, 이는 희미한 젊은 태양 역설로 알려져 있다.[64] 이 역설에 대한 가설적 해결책으로는 현재보다 훨씬 더 높은 농도의 온실 가스가 있는 대기의 대폭적인 변화가 있다.[65] 그 후 약 40억 년 동안 태양의 에너지 출력은 증가했다. 향후 50억 년 동안 태양은 적색 거성이 된 후 백색 왜성이 되는 최후를 맞이할 것이며, 이는 기후에 큰 영향을 미칠 것이며, 적색 거성 단계는 그때까지 살아남은 지구의 모든 생명체를 파괴할 수도 있다.[66]
3. 2. 4. 화산 활동
화산 폭발은 10만 톤 이상의 SO2를 성층권으로 분출할 때 지구의 기후에 1년 이상 영향을 줄 수 있다.[67] SO2와 황산염 에어로졸은 태양 복사를 흡수하거나 산란시켜 전 세계적으로 황산 안개 층을 형성하기 때문이다.[68] 이러한 폭발은 한 세기에 여러 번 발생하며, 햇빛을 부분적으로 차단하여 몇 년 동안 냉각 효과를 유발한다. 화산은 지권의 일부이지만, IPCC는 화산 활동을 외부 강제력으로 정의한다.[69]
1991년 피나투보 산 폭발은 최대 3년 동안 전 세계 온도를 약 0.5°C 낮췄으며,[72] 1815년 탐보라 산 폭발은 여름이 없었던 해를 일으켰다.[72] 5천만에서 1억 년마다 발생하는 대규모 화성암 지역의 폭발은 대량의 화성암을 지구 표면으로 가져오고, 암석 속 이산화탄소를 대기 중으로 방출한다.[73] 0.1Mt 미만의 이산화황을 분출하는 작은 폭발은 대기에 미묘한 영향을 주지만, 빈도가 잦아 지구 대기에 상당한 영향을 미친다.[67][75] 대량의 이산화황이 화산 먼지와 함께 성층권에 도달하면, 수년 동안 황산 에어로졸을 생성하여 지표면의 일사량을 감소시킨다.[150] 이는 단기적인 "여름이 없는 해"와 기근을 초래하기도 한다.
3. 2. 5. 판 구조론
수백만 년에 걸쳐 판의 움직임은 전 세계의 육지와 해양 지역을 재구성하고 지형을 생성한다. 이는 지구적, 지역적 기후 및 대기-해양 순환 패턴에 모두 영향을 미칠 수 있다.[76]
대륙의 위치는 해양의 기하학적 구조를 결정하며, 따라서 해양 순환 패턴에 영향을 미친다. 바다의 위치는 전 세계적으로 열과 수분의 이동을 제어하는 데 중요하며, 따라서 지구 기후를 결정하는 데 중요하다. 해양 순환에 대한 판 구조적 제어의 최근 사례로는 약 500만 년 전 파나마 지협의 형성이 있으며, 이는 대서양과 태평양 사이의 직접적인 혼합을 차단했다. 이것은 현재 걸프 스트림의 해양 역학에 강력한 영향을 미쳤으며 북반구의 빙하를 초래했을 수 있다.[77][78] 약 3억 6천만 년 전에서 3억 년 전의 석탄기 동안, 판 구조론은 탄소의 대규모 저장과 빙하를 증가시켰을 수 있다.[79] 지질학적 증거는 초대륙 판게아 시대에 "메가 몬순" 순환 패턴을 가리키며, 기후 모델링은 초대륙의 존재가 몬순의 형성에 도움이 되었음을 시사한다.[80]
대륙의 크기 또한 중요하다. 해양의 온도 안정화 효과 때문에, 연간 온도 변화는 일반적으로 해안 지역이 내륙보다 낮다. 따라서 더 큰 초대륙은 여러 개의 작은 대륙이나 섬보다 기후가 계절적으로 강한 지역을 더 많이 갖게 된다.
3. 2. 6. 에어로졸
인간의 활동으로 인한 산업화는 대기 중 에어로졸의 양을 변화시킨다. 인간이 만든 에어로졸은 며칠 동안만 대기 중에 머무르기 때문에 산업 지역과 같은 발생지 부근에 집중되는 경향이 있다.[164]
3. 2. 7. 가축
가축들은 방귀나 트림 등을 통해 메테인 가스를 배출한다.[164] 이 메테인 가스는 기후 변화의 원인 중 하나이다.
3. 2. 8. 기타 메커니즘
CERN의 CLOUD 실험은 이온화된 입자인 우주선이 구름양에 영향을 미쳐 기후에 영향을 줄 수 있다는 가설을 검증했으나, 우주선의 영향은 기후에 눈에 띄는 영향을 미치기에는 너무 미약하다는 것을 보여주었다.[81][82]
약 6600만 년 전 칙술루브 소행성 충돌로 대량의 황산염 에어로졸이 대기 중으로 방출되어 지구 기후에 심각한 영향을 미쳤다는 증거가 있다. 이로 인해 전 세계 온도가 최대 26°C까지 감소하고, 3~16년 동안 영하의 온도가 지속되었으며, 회복 기간은 30년 이상 걸렸다.[83] 대규모 핵무기 사용 또한 기후에 미치는 영향에 대해 연구되었는데, 대규모 화재로 방출된 그을음이 햇빛을 차단하여 급격한 온도 하락을 초래하는 핵겨울이 발생할 수 있다는 가설이 제시되었다.
4. 기후 변화의 영향
이산화탄소, 일산화이질소, 메테인, 염화플루오르화탄소(프레온 가스), 일산화탄소 등의 기체는 지구로 들어오는 햇빛은 통과시키지만, 지구 밖으로 나가는 긴 파장의 적외선은 흡수하거나 막아 지구의 기온을 올리는 온실 효과를 일으킨다. 산업 활동 증가로 이러한 기체의 배출량이 늘어나고 있으며, 특히 이산화탄소는 연료 사용량 증가와 산림 훼손으로 인해 대기 중 농도가 급격히 높아지고 있다. 지난 100년 동안 지구 평균 기온은 0.3°C~0.6°C 높아졌고, 앞으로 상승폭은 더 커질 것으로 예상된다. 지구 기온 상승으로 인해 폭우, 폭설, 가뭄과 같은 기상 이변이 자주 발생하고, 급격한 사막화와 해수면 상승 등으로 인류의 생존이 위협받고 있다.
최근 10년간 국내에서 발생한 기상 재해 관련 통계는 다음과 같다.구분 발생 건수 총 사망자 수 건당 사망자 수 총계 195건 1,541명 - 폭풍 72건 - - 태풍 - - 21.4명
위 표에서 볼 수 있듯이, 총 195건의 기상 재해로 1,541명이 사망하여 연평균 154명이 사망하였다. 폭풍이 72건으로 가장 빈번하게 발생했으며, 발생 재해별 사망자 수의 경우 태풍으로 인한 사망자 수가 발생 건당 21.4명으로 가장 많았다.
빙하는 기후 변화에 민감하게 반응하며, 냉각기에는 전진하고 온난화 시기에는 후퇴한다. 지난 100년간 빙하에서 여름에 사라지는 얼음을 겨울에 충분히 보충하지 못하고 있다.
최후 빙기 동안 해수면은 현재보다 약 130m 낮았으나, 이후 해빙으로 급격한 해수면 변화가 있었다. 초기 플리오세에는 지구 온도가 현재보다 1°C~2°C 더 따뜻했고, 해수면은 15~25m 더 높았다.
해빙은 지구에서 반사되는 햇빛의 양에 영향을 미쳐 지구 기후에 중요한 역할을 한다. 과거 지구는 눈덩이 지구 상태에서 여러 차례 해빙으로 덮였고, 따뜻한 시기에는 얼음이 거의 없었다.
4. 1. 생태계에 미친 영향
기후변화는 식생 분포에 가장 두드러지게 영향을 미쳤다. 기후변화의 영향으로 인해 한국의 마늘과 대나무의 분포지도가 바뀐 것으로 나타났다. 또 온난화에 도시화의 영향까지 더해지면서 한반도 봄꽃 개화시기가 대도시일수록 더욱 급격하게 빨라지고 있는 것으로 조사되었다.[97] 기후 변화에 따라 식생의 유형, 분포 및 범위에 변화가 생길 수 있다. 강수량 증가와 온난화는 식물 성장을 촉진하고 대기 중 CO2의 격리를 유발할 수 있지만, 가뭄과 같은 환경 변화는 CO2 증가에도 불구하고 식물에 부정적인 영향을 준다.[98] 기후 변화가 CO2 배출량을 증가시키더라도, 다른 환경적 스트레스 요인으로 인해 식물은 CO2 증가를 활용하지 못할 수 있다.[99] CO2 격리는 식물 잔해 분해 속도와 같은 자연 순환 속도에 영향을 줄 수 있다.[100] 온난화는 개화 및 결실 시기를 앞당겨 생태계에 영향을 주지만, 추위는 식물 생물 주기를 지연시킨다.
4. 2. 인류에게 미친 영향
지구 온난화로 인한 온도 상승은 가뭄과 산림 화재 증가의 원인이 되기도 한다. 기후변화의 간접적인 영향으로는, 기온 상승에 비례하여 대기 내 광화학적 반응이 촉진되어 오존 농도가 증가하는 등 대기오염을 심화시켜 건강에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 말라리아, 세균성 이질 등 매개체를 통한 질병도 증가하고 있다.[165]
최근 10년간 국내에서 발생한 기상 재해 관련 통계는 다음과 같다.
| 구분 | 발생 건수 | 총 사망자 수 | 건당 사망자 수 |
|---|---|---|---|
| 총계 | 195건 | 1,541명 | - |
| 폭풍 | 72건 | - | - |
| 태풍 | - | - | 21.4명 |
위 표에서 볼 수 있듯이, 총 195건의 기상재해로 1,541명이 사망하여 연평균 154명이 사망하였다. 폭풍이 72건으로 가장 빈번하게 발생했으며, 발생 재해별 사망자 수의 경우 태풍으로 인한 사망자 수가 발생 건당 21.4명으로 가장 많았다.
4. 3. 빙권의 변화
빙하는 기후 변화의 가장 민감한 지표 중 하나로 인식된다.[105] 냉각기(예: 소빙하기)에는 대체적으로 전진하였고, 기후 온난화에는 후퇴(glacier retreat)하였다. 빙하의 성장과 붕괴는 자연 변화에 영향을 주며, 외부 요소에 의한 변화를 증폭시킨다. 지난 100년간, 빙하에서 여름에 사라지는 얼음을 만회할 수 있을 만큼 겨울에 얼음이 재생산되지 못했다.
지난 1백만 년간 가장 주목할 만한 기후 변화 과정은 빙하기와 간빙기의 순환이다. 이는 밀루틴 밀란코비치의 순환 궤도 변동 이론에 의해 윤곽이 갖추어졌지만, 대륙의 얼음층을 포함하는 내부 반응과 130m의 해수면 변화가 대부분 지역에서 기후 변화가 관측되는 양상을 알 수 있도록 중요한 역할을 하였다. '하인리히 이벤트', '단스고르-외슈거 이벤트'(Dansgaard–Oeschger event), '영거 드라이아스'(EDryas) 등의 다른 변화들은 특별한 궤도 변화가 없어도 빙하 변화가 잠재적으로 기후에 영향을 줄 수 있음을 보여준다.
4. 3. 1. 빙하와 빙상
빙하는 기후 변화의 가장 민감한 지표 중 하나로 인식된다.[105] 빙하의 크기는 눈 유입과 융해 유출 사이의 질량 균형에 의해 결정된다. 기온이 상승함에 따라, 눈의 강수량이 증가하여 추가적인 융해를 보충하지 않는 한 빙하는 후퇴한다. 빙하는 자연적인 변동성과 외부적인 강제력에 의해 성장하고 축소한다. 온도, 강수량 및 수문학적 변동성은 특정 계절의 빙하 발달을 강력하게 결정할 수 있다.4. 3. 2. 해수면 변화
최후 빙기 동안, 약 25,000년 전, 해수면은 현재보다 약 130m 낮았다.[107] 이후 해빙은 급격한 해수면 변화를 특징으로 했다. 초기 플리오세에는 지구 온도가 현재보다 1°C~2°C 더 따뜻했지만, 해수면은 오늘날보다 15~25m 더 높았다.[107]4. 3. 3. 해빙
해빙은 지구에서 반사되는 총 햇빛의 양에 영향을 미치므로 지구 기후에서 중요한 역할을 한다.[108] 과거 지구는 이른바 눈덩이 지구 상태였을 때 여러 차례 해빙으로 거의 완전히 덮였으며,[109] 따뜻한 기후 시기에는 얼음이 전혀 없었다.[110] 전 세계적으로, 특히 열대 및 아열대 지역에 해빙이 많이 존재할 때 기후 민감도는 얼음-알베도 피드백이 매우 강하기 때문에 강제력에 더 민감하다.[111]5. 기후 변화의 증거 및 측정
기후는 해마다 크게 변화하는 것은 아니지만 오랜 세월 동안 상당한 변화를 일으키고 있다. 지난 100년간의 기온이나 강수량만을 조사하여 보아도 현재와 다른 점이 많다는 것을 알 수 있다. 에든버러와 스톡홀름에서는 1850년경부터 매년 기온이 상승하고 있으며, 1940년대 이후로는 지구가 전반적으로 추워지고 있으나, 어떤 지역은 더 따뜻해지고 있다. 또한 더 습해지는 지역이 있는가 하면, 더 건조해지는 지역도 있다.
이산화탄소, 일산화이질소, 메탄, 염화플루오르화탄소, 일산화탄소 등의 기체는 짧은 파장의 햇빛은 통과시키지만, 긴 파장의 적외선은 흡수하거나 막아 지구의 기온을 올리는 온실효과를 일으킨다. 특히 이산화탄소는 연료 사용량이 증가함에 따라 배출량이 급격히 늘어나는 반면, 산림 훼손으로 이산화탄소 고정량은 줄어들어 대기 중 농도가 급격히 높아지고 있다. 따라서 지난 100년 동안 지구의 평균기온이 0.3-0.6°C 높아진 것으로 조사되었고, 앞으로 상승폭은 더욱 커질 것으로 예상된다.
고기후학은 지구 전체 역사에 걸쳐 기후 변화를 연구하는 학문이다. 암석, 퇴적물, 빙상, 나이테, 산호, 조개, 미화석과 같은 물체 내에 보존된 데이터를 대리 지표 방식을 사용하여 지구 및 생명 과학으로부터 얻는다. 그런 다음 기록을 사용하여 지구의 다양한 기후 지역과 대기 시스템의 과거 상태를 결정한다.
5. 1. 직접 측정
측정 장치의 광범위한 배치 이후에 발생한 기후 변화는 직접 관찰할 수 있다. 비교적 완전한 전 지구적 지표면 온도 기록은 19세기 중후반부터 이용 가능하다. 위성 구름 및 강수량 데이터는 1970년대부터 이용 가능해졌다.[86]5. 2. 역사 기후학
역사 기후학은 기후의 역사적 변화와 이것이 인류의 역사와 발전에 미친 영향을 연구하는 학문이다. 주요 자료에는 사가, 연대기, 지도 및 향토사 문헌과 같은 기록물뿐만 아니라 그림, 드로잉, 심지어 암각화와 같은 시각적 표현도 포함된다.[87] 최근 과거의 기후 변동성은 정착지 및 농업 패턴의 변화에서 파생될 수 있다.[87] 고고학적 증거, 구전 역사 및 역사적 문서는 과거 기후 변화에 대한 통찰력을 제공할 수 있다. 기후 변화는 다양한 문명의 흥망성쇠와 관련이 있다.[88][87]5. 3. 대리 측정 (Proxy measurements)
암석, 나무, 화석에는 과거 기후에 대한 다양한 기록이 존재한다. 이러한 기록들을 통해 기후의 간접적인 측정값, 즉 소위 대리 지표를 얻을 수 있다. 해양 퇴적물, 빙하 코어, 동굴 석순, 나이테와 같은 대리 지표를 사용하여 과거 수 세기 및 시대의 강수량 변화를 추정할 수 있다.[89]스트레스, 강수량 부족, 부적절한 온도는 나무의 성장률을 변화시킬 수 있으며, 과학자들은 나이테의 성장률을 분석하여 기후 변화 추세를 추론할 수 있다. 이러한 과학 분야를 수목 기후학이라고 한다.[90]
식물의 잔해, 특히 꽃가루 또한 기후 변화 연구에 사용된다. 식물 분포는 다양한 기후 조건에 따라 달라진다. 서로 다른 식물군은 독특한 모양과 표면 질감을 가진 꽃가루를 가지고 있으며, 꽃가루 외부는 매우 탄력적인 물질로 구성되어 있어 부패에 강하다. 퇴적물의 서로 다른 층에서 발견되는 꽃가루 유형 변화는 식물 군집의 변화를 나타내며, 이는 종종 기후 변화의 신호이다.[91][92]
6. 기후 변화의 역사
기후 강제력을 비롯한 다양한 요인들은 일반적으로 지질 시대 전반에 걸쳐 변화하며, 지구 온도의 일부 과정은 자기 조절될 수 있다. 예를 들어, 눈덩이 지구 시대에는 거대한 빙하가 지구 적도까지 뻗어 거의 전체 표면을 덮었고, 매우 높은 알베도는 극도로 낮은 온도를 만들었다. 눈과 얼음의 축적은 대기 침전을 통해 이산화탄소를 제거했을 것이다. 그러나 화산에서 배출되는 대기 CO2를 흡수할 식물 덮개가 없었고, 풍화 작용 시 CO2를 사용하는 노출된 규산염 암석도 없었기 때문에 온실 가스가 대기 중에 축적될 수 있었다. 이는 이후 얼음을 녹이고 지구 온도를 다시 올리는 온난화를 일으켰다.
6. 1. 신생대
신생대 동안, 다양한 기후 강제력은 대기의 온난화와 냉각을 유발하여 초기 남극 빙상의 형성, 후속적인 해빙, 그리고 이후의 재빙결을 초래했다. 온도 변화는 이산화탄소 농도가 약 600~760 ppm이고 온도가 오늘날보다 약 4°C 더 따뜻한 시기에 다소 갑작스럽게 발생했다. 플라이스토세 동안, 빙하기와 간빙기의 주기가 대략 100,000년 주기로 발생했지만, 현재의 간빙기처럼 궤도 이심률이 0에 가까워지면 간빙기 내에서 더 오래 머물 수 있다. 에에미안과 같은 이전의 간빙기에는 오늘날보다 더 높은 기온, 더 높은 해수면, 그리고 서남극 빙상의 부분적인 해빙이 발생했다.[115]6. 2. 플라이스토세
신생대 동안 다양한 기후 강제력은 대기의 온난화와 냉각을 유발하여 초기 남극 빙상의 형성, 후속적인 해빙, 그리고 이후의 재빙결을 초래했다.[115] 온도 변화는 이산화탄소 농도가 약 600~760 ppm이고 온도가 오늘날보다 약 4°C 더 따뜻한 시기에 다소 갑작스럽게 발생했다.[115] 플라이스토세 동안, 빙하기와 간빙기의 주기가 대략 100,000년 주기로 발생했지만, 현재의 간빙기처럼 궤도 이심률이 0에 가까워지면 간빙기 내에서 더 오래 머물 수 있다. 에에미안 간빙기와 같은 이전의 간빙기에는 오늘날보다 더 높은 기온, 더 높은 해수면, 그리고 서남극 빙상의 부분적인 해빙이 발생했다.[115]6. 3. 홀로세
홀로세는 홀로세 기후 최적기 이후 시작되는 장기적인 냉각으로 특징지어지며, 이때 온도는 아마도 현재 온도(21세기 20년대)보다 약간 낮았을 뿐이다.[116] 강한 아프리카 몬순은 신석기 시대의 사하라에 초원 환경을 조성했다. 그 이후 여러 번의 한랭기가 발생했는데, 여기에는 다음이 포함된다.- 피오라 진동
- 청동기 시대 중기 한랭기
- 철기 시대 한랭기
- 소빙하기
- 1940~1970년경의 냉각 단계 (이는 지구 냉각 가설로 이어짐)
반대로, 여러 온난한 시기도 있었는데, 다음을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
- 미노아 문명의 정점 시기의 온난기
- 로마 온난기
- 중세 온난기
- 20세기 동안의 현대 온난화
이러한 주기 동안 특정 영향이 발생했다. 예를 들어, 중세 온난기 동안 미국 중서부는 가뭄을 겪었으며, 네브래스카 샌드 힐스는 활발한 모래 언덕이었다. 흑사병 ''페스트균''도 중세의 온도 변동 동안 발생했으며, 기후 변화와 관련이 있을 수 있다.
6. 4. 현대의 기후 변화와 지구 온난화
인간의 온실 기체 배출로 인해 지구 표면 온도가 상승하기 시작했다. 지구 온난화는 현대 기후 변화의 한 측면이며, 강수량, 폭풍 진로 및 구름 양의 변화도 포함한다. 전 세계의 빙하는 1850년 이후 현저하게 줄어들고 있으며,[117][118] 남극과 그린란드의 육빙층은 2002년부터 질량이 감소했고, 2009년부터는 얼음 질량 손실이 가속화되었다.[119] 지구 해수면은 열팽창과 얼음 융해로 인해 상승하고 있다. 지난 수십 년 동안 북극 해빙의 범위와 두께가 감소한 것은 급격한 기후 변화의 추가적인 증거이다.[120]
해양이 과도한 열의 약 90%를 흡수하면서 육지 표면 온도가 해수면 온도보다 더 빠르게 상승했다.[122] 북반구는 남반구보다 육지 대 해양 비율이 높아 평균 온도 상승이 더 크게 나타난다.[124] 서로 다른 위도대 간의 변동 또한 이러한 차이를 반영하며, 북부 온대 외 지역의 온도 상승은 열대 지역을 초과하고, 이는 다시 남부 온대 외 지역을 초과한다.[125]
상층 대기는 하층 대기의 온난화와 동시에 냉각되어 온실 효과와 오존층 파괴의 작용을 보여준다.[126]
관측된 지역 기후 변동은 (더 완만한) 연간 전 지구적 변동과 (더 불안정한) 지역화된 지역의 연간 변동을 대비함으로써, 진행 중인 변화에 대한 예측을 확인시켜준다.[127] 서로 다른 지역의 온난화 패턴을 각 지역의 역사적 변동성과 비교하면, 온도 변화의 순수한 크기를 각 지역의 정상적인 변동성의 관점에서 파악할 수 있다.[129]
지역 변동 관측은 열대 우림 손실, 빙상 및 해빙 융해, 영구 동토층 해빙과 같은 지역화된 기후 임계점에 대한 연구를 가능하게 한다.[130] 이러한 차이는 가능한 전 지구적 임계점 연쇄 반응 연구의 기초가 된다.[130]
7. 기후 변화에 대한 대응
지구 온난화 대책과 에너지 공급 측면 완화 기술에 대한 연구가 이루어지고 있다.
7. 1. 국제적 노력
지구 온난화 대책과 에너지 공급 측면 완화 기술 연구가 이루어지고 있다.1995년 3월 28일 독일 베를린에서 제1차 기후 변화 협약 당사국 총회가 개최되었고, 1997년 12월 교토에서 열린 제3차 기후 변화 협약 당사국 총회에서 기후 변화 협약인 교토 의정서가 채택되었다. 2015년 11월, 교토 의정서를 대체하는 파리 협정이 제21차 기후 변화 협약 당사국 총회에서 채택되었다.
2014 UN Climate Summit, 2019 UN Climate Action Summit도 개최되었다. 또한, 2019년 유엔 기후 행동 정상회의 직전인 9월 20일부터 27일까지 글로벌 기후 행진(2019년 기후 변화 파업)이 촉구되어 전 세계에서 시위가 벌어졌다.
7. 2. 자연 기반 해결책 (Nature-based Solutions, NbS)
자연 기반 해결책(NbS)은 사회적 과제에 효과적이고 순응적으로 대처하며 인간의 행복과 생물 다양성에 의한 혜택을 동시에 가져다주는 자연 및 인위적으로 개변된 생태계의 보호, 지속 가능한 관리, 회복을 위한 행동을 가리키는 개념이다. 자연 기반 해결책은 기후 변화에 대한 적응 및 완화를 위한 중요한 수단으로 인정받고 있으며, 국제 자연 보전 연맹(IUCN)이나 유엔 환경 계획(UNEP) 등의 국제 기구에 의해 추진되고 있다. 또한, 유엔 기후 변화 협약(UNFCCC)이나 생물 다양성 협약(CBD) 등의 국제적인 조약 및 협정에서도 언급되고 있다.8. 관련 학문 분야
기상학, 대기 과학, 환경 과학, 방재 공학, 국제 보건학, 열대 의학, 자연 과학 등 폭넓은 연구 분야가 기후 변화와 관련되어 있다.
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