온난화하고 있는 지구에서도 가장 빠른 속도로 온난화되는 곳이 북극이다보니 북극과 아북극간 기온차가 적어지고 그에 따라 북극주변 제트기류가 약해져 북극냉기가 온대지방까지 흘러넘치는 북극발 한파현상은 기후변화의 아이러니로서 널리 알려져 있습니다.
뜨거운 태양 아래 데워진 열대대기는 상대적으로 저온인 고위도 지방으로 흐르겠죠?!
그런데 지구가 자전하므로 열기가 북쪽으로 (남반구의 경우는 남쪽) 직진하지 못하고 비스듬히 대각선 방향으로 움직이게 됩니다 (이러한 공기의 움직임을 편서풍이라 합니다).
편서풍이 북동쪽(남반구의 경우는 남서쪽)으로 불다가 일정고도(온도의 경압성이 쎄지는 높이)에 다다르면 더 이상 북진하지 않고 동쪽으로만 뱅글뱅글 돕니다 (이러한 공기의 회전을 제트기류라고 합니다).
제트기류중 가장 북쪽 그러니까 북극 근처를 도는 제트기류는 돌면서 그 안에 갖혀있는 북극 상공 대기와 함께 도는데 (통돌이 세탁기 속에 세탁물이 회전하는 모습을 떠올려보세요) 이 것을 극와류 (polar vortex)라고 합니다.
극와류는 극지방과 그 인근의 기압차이 때문에 마치 스마트한 통돌이 세탁기가 빨리 돌았다가 천천히 돌았다 하듯이 변속회전합니다. https://www.npr.org/sections/thetwo-way/2014/02/16/277911739/warming-arctic-may-be-causing-jet-stream-to-lose-its-way (http://www.wired.co.uk/article/jet-stream)
북극과 아북극간 기압차가 커져서 북극와류가 빨리 돌면 북극진동 양의 주기에 들었다고 하고 반대로 기압차가 작아져서 천천히 돌때면 북극진동 음의 주기라고 하는데요.
북극진동 음의 주기에 들어 북극와류가 약해진 틈을 강한 기압골이 파고들면 북극공기는 맥없이 밀려 내려오는데 이 것을 동장군(General Frost)이라고 합니다.
1812년 나폴레옹의 러시아 원정대를 얼려죽인 동장군이 이 북극발 한파였고 유난히 추웠던 2010, 2013, 2017년의 겨울도 북극진동 음의 주기였습니다.
반대로 북극진동 양의 주기였던 2009년 그 해 겨울은 따뜻했었죠.
헌데 북극이 타 지역보다 2배 빠른 속도로 온난화되고 있어 (Polar Amplification) 북극해가 품은 열이 북극대기중으로 더 많이 전이되니까 북극와류는 더더욱 약해지고 (https://www.usatoday.com/story/weather/2017/12/28/its-cold-outside-but-doesnt-mean-climate-change-isnt-real/987948001/ )
이 틈을 시베리아나 알라스카 상공의 고기압 (특히 움직임은 느리지만 강력한 블로킹 고기압)이 파고들면 북극공기는 맥없이 자리를 내어주고 저 멀리 남쪽으로 밀려납니다.
올겨울에도 동장군이 올까?
북극공기가 영하80도에 이를 정도로 차가운 이유는 단지 태양빛을 다른 지방보다 덜 받기 때문만이 아니라 차디찬 성층권으로부터 내려오는 냉기의 영향을 받기 때문입니다.
따라서 성층권의 냉기가 북극으로 하달되는 정도에 따라 북극기온이 크게 좌우되죠.
성층권 동쪽에서 서쪽으로 부는 바람이 우세하면 그 해 겨울은 유달리 춥고 반대로 서풍편차를 보이면 덜 춥습니다. 즉 성층권을 잘 감시하면 올겨울 한파를 내다볼 수도 있다는 이야기인데요
성층권 대신 바다를 보고도 얼추 알 수 있습니다.
영국Reading대학 연구진은 대서양 해면기압이 변하면 곧이어 성층권 온도가 올랐던 사례를 최소 49차례 이상 확인했습니다. (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019JD030940)
열대태평양 (특히 니뇨3.4해역)을 잘 살피면 라니냐의 징후를 알 수 있는데 라니냐 겨울에는 시베리아~알라스카 고기압이 강력한 저지고기압으로 발달할 가능성이 높아집니다. 이러한 저지고기압이 북극으로 파고들면 북극발 한파가 내려오게 됩니다.
세줄요약
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북극와류 회전속도가 느려질때마다 북극냉기가 중위도 지방으로 내려오는 일이 잦아지는 이유는 북극온난화로 인한 극와류 회전속도 감소 및 아북극/북극간 기압차 감소로 인한 제트기류 약화
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성층권 변동과 라니냐성 저지고기압과 같은 변동성도 작용
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모두 해양의 변화/변동의 영향을 받고 있음