'대기의 강'이란 무엇인가...기후테크의 필요성 대두

최근 미국 캘리포니아의 홍수와 산사태에 대해 첸 카오라는 여성 수문학자(hydrologist)가 밝힌 대기의 강이란 폭풍의 좋은 점과 나쁜 점, 그리고 변화하는 방식에 대해 유익한 내용을 영국의 국제종합지 '더 컨버세이션즈(The Conversations)가 공개했다.

바로 어제 5일, 강력한 '대기의 강(AR: atmospheric river)'이 남부 캘리포니아 상공을 덮치면서 수백만 명의 캘리포니아 주민들이 홍수 경보와 폭우 경고를 받았다. 로스앤젤레스는 2월 4일 10cm 이상의 비가 내리면서 기록상 가장 습한 날을 보냈고, 지역 사회에서는 광범위한 홍수 피해가 보고되었으며, 잔해와 산사태로 인해 말리부로 향하는 고속도로와 도로 일부 구간이 폐쇄됐다.

이는 서부 해안에 극심한 강우량을 가져온 일련의 대기의 강 중에서 가장 최근의 일이었다. 샌디에이고 캘리포니아대의 수문학자인 첸 카오는 이러한 폭풍이 초래할 수 있는 피해로 인해 두려운 존재이지만, 특히 캘리포니아 지역의 물 공급에 필수적인 요소이기도 하다고 설명한다.

대기의 강이란?
대기의 강은 대기 중에 운반되는 농축된 수증기의 좁은 통로 또는 가는 실 같은 필라멘트이다. 길이가 1,000마일에 달하는 하늘의 강과 같은 것이다. 평균적으로 대기의 강은 아마존 강의 일반 흐름의 약 2배에 달한다.

대기의 강이 산에 부딪히거나 지역 대기 역학에 부딪혀 강제로 상승할 경우, 강이 운반하는 수분이 냉각되고 응결되어 강렬한 강우나 강설을 일으킬 수 있다.

대기의 강은 전 세계에서 발생하며, 중위도에서 가장 흔하게 발생한다. 대기의 강은 대규모 기상 패턴이 일치하여 수분을 집중적으로 운반하는 좁은 수로를 만들 때 형성된다. 일반적으로 열대 바다와 같은 따뜻한 물에서 시작하여 온대 저기압의 한랭 전선에 앞서 저층 제트 기류에 의해 해안으로 유도된다.

미국 서부 해안을 따라 태평양이 폭풍의 수분 저장고 역할을 하고, 산맥이 장벽 역할을 하기 때문에 해안 산맥의 서쪽과 시에라 네바다에 많은 비와 눈이 내리는 것이다.

연속적인 대기의 강이 홍수 위험을 높이는 이유는?
AR 계열로 알려진 연속적인 대기의 강은 심각한 홍수를 일으킬 수 있다.

첫 번째 폭우는 땅을 포화시킨다. 연속적인 폭풍이 오면 더 많은 물을 흡수할 수 없는 토양에 강수량이 떨어진다. 그래서 이는 더 많은 유출을 유발해서 강과 하천이 범람한다. 그 사이에 따뜻한 기온으로 인해 눈이 녹아 유출수와 홍수 위험이 더욱 커질 수 있다.

캘리포니아는 2022년 12월과 2023년 1월에 3주 동안 9번의 기록적인 폭우가 연속적으로 발생했었다. 이 폭풍은 몇 년간의 가뭄 끝에 2023년에 대부분의 저수지가 과거 평균 수위를 회복하는 데 도움이 되었지만, 홍수와 토석류로 인한 피해도 발생했다.

AR 계열의 원인은 활발히 연구되고 있는 분야인데, 단일 대기의 강 발생과 비교할 때 AR 계열은 북태평양의 낮은 기압, 아열대 지방의 높은 기압, 더 강하고 지역적으로 길어진 제트기류, 더 따뜻한 열대 기온과 관련이 있는 경향이 있다.

'매든-줄리안 진동(MJO: Madden-Julian Oscillation)'과 같은 대규모 기상 패턴과 기후 현상도 AR 패밀리의 생성에 중요한 역할을 한다. 지난해 초 활발한 MJO 변화가 발생하여 캘리포니아 상공의 대기의 강 활동이 증가할 확률이 높아졌다.

스탠퍼드대와 플로리다대 과학자들의 최근 연구에 따르면, AR 계열의 폭풍이 연달아 발생하면 단독으로 발생했을 때보다 3~4배 더 많은 경제적 피해를 입힌다고 한다.

대기 하천이 서부 해안의 물 공급에 얼마나 중요한가?

대기의 강은 홍수 위험을 초래할 수 있지만, 서부 상수도 공급에 필수적인 요소이기도 하다. 대기의 강은 2012~2016년 캘리포니아의 극심한 가뭄을 포함하여 이 지역의 주요 가뭄의 3분의 1 이상을 종식시키는 역할을 담당했다.

대기의 강은 서부 해안 연간 강수량의 평균 30~50%를 공급하기 때문이다.

또한 캘리포니아의 연중 물 공급의 상당 부분을 제공하는 스노우팩(snowpack)에도 기여한다.

평년 기준으로, 눈이 내리는 1~2개의 극단적인 대기의 강이 시에라 네바다의 스노우팩에 주로 기여하는 것으로 알려진다. 대기의 강을 모두 합치면 평균 계절 총 적설량의 약 30~40%를 차지하고 있다.

그렇기 때문에 샌디에이고 캘리포니아 대학교 산하 스크립스 해양연구소의 서부 기상 및 물 극한 센터에서는 대기 중 하천 예보와 예측을 개선하기 위해 노력하고 있다. 물 관리자는 저수지를 조절하고 건기에 대비해 얼마나 많은 물을 저장할 수 있는지 파악하는 동시에 미래의 폭풍으로 인한 홍수 위험을 관리하기 위해 저수지에 공간을 남겨둘 수 있어야 한다.

지구온난화는 대기의 강에 어떤 영향을 미치나?
따뜻한 공기는 더 많은 수분을 보유할 수 있다. 앞으로 지구 기온이 상승함에 따라 대기의 강수량이 증가하여 폭우와 극심한 강수량이 증가할 것으로 예상할 수 있다.

연구에 따르면 이미 습한 조건에서 더 많은 대기의 강이 동시에 발생할 가능성이 높다. 따라서 극심한 홍수 가능성도 증가한다. 워싱턴대 과학자들의 또 다른 연구에 따르면 장마철 초기에 더 많은 대기의 강으로 계절적 변화가 있을 것이라고 한다.

또한 서부 기상 및 물 극단 프로젝트 센터(Center for Western Weather and Water Extremes projects)의 연구에 따르면 특히 캘리포니아의 연간 총 강수량은 해마다 변동성이 더 커질 것이라고 한다.