엘니뇨, 라니냐, 무역풍, 편서풍 이야기

SCIENCE WAVE

 

 

세계 곳곳에서 예상치 못한 폭우, 집중호우, 홍수, 가뭄, 무더위, 폭풍, 폭설이 발생하는 원인이 ‘엘니뇨’와 ‘라니냐’라 불리는 태평양에서 일어나는 기상현상(climate pattern) 때문이라는 뉴스를 자주 접하게 된다. 발음하기조차 쉽지 않은 이 두 기상현상에 대한 설명은 내용이 간단하지 않으나 그림을 통해 이해해보자.

 

 

 

지구상 5대양 6대주에서 가장 넓은 면적을 차지하는 곳은 태평양이다. 북극에서 남극까지 펼쳐져 있는 태평양의 면적은 1억 6.520만km2. 이는 지구 표면 전체의 32%, 바다 전체의 46%를 차지하며, 전체 대륙 면적인 1억 5,000만km2보다 더 넓다. 지구에서 가장 깊은 바다도 태평양에 있으며, 평균 수심은 4,280m이다. 이런 태평양은 태양 에너지를 가장 많이 받는 바다이므로, 지구 표면 전체를 지배하는 중요한 기상현상도 여기에서 비롯된다. 고산이 많은 대륙에서는 바람의 방향과 세기가 지형의 영향을 받지만, 태평양에서는 저항물이 없으므로 일정하면서 강한 바람이 분다.

 

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엘니뇨와 라니냐를 설명하려면 세계의 바다 위를 일정한 방향으로 부는 무역풍, 편서풍, 편동풍 등에 대한 이해가 조금 필요하다.

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무역풍(trade winds)이란?

유럽의 여러 나라들이 세계를 지배하던 시절, 각 나라의 용감한 사람들은 큰 돛을 단 전선(戰船)과 상선(商船)을 타고 대서양을 건너 남북 아메리카 대륙으로 건너가 식민지를 개척하기도 하고, 유럽의 물건을 팔고, 그곳의 특산품을 실어 오는 무역을 하면서 몇 세기를 보냈다. 대항해 시대(Age of Sail)라 불린 이 시절의 영웅이던 범선의 선장들은 세계의 바다 위로 부는 바람이 계절에 따라 일정한 방향으로 분다는 것을 알고, 항해를 나설 때는 이 바람을 이용하여 빨리 목적지에 가도록 했다.

 

 

 

지구상에 보편적으로 부는 바람의 방향을 나타낸다. 적도를 중심으로 북부에는 노란색 화살표로 나타낸 동풍이 불고, 적도 남부에는 갈색으로 표시한 동풍이 지속된다. 반면에 북반구의 북쪽에선 청색으로 나타낸 서풍이 불고, 남반구의 남쪽에는 역시 청색으로 나타낸 서풍이 분다. 이 풍향도를 볼 때, 북미대륙에서 유럽대륙 쪽으로 부는 바람은 서풍이기 때문에 편서풍(偏西風 westerlies)이라 하고, 아프리카 대륙 북서부에서 중앙 아메리카 쪽으로 부는 바람(노란색)은 동풍이기 때문에 편동풍(偏東風 easterlies)이라 한다. 편(偏)은 어느 쪽으로 ‘치우치다’는 뜻이다.

 

대항해 시대의 선원들에게는 편서풍과 편동풍에 대한 지식이 필수였다. 그들은 이 바람을 따라 무역로(貿易路)를 오갔기 때문에, 항상 일정한 방향으로 불어주는 바람을 무역풍(trade wind)이라 표현했다. 위의 풍향도에서 편서풍과 무역풍은 풍향이 반대이다. 따라서 편서풍은 역무역풍(anti trades)라 부르기도 한다. 무역풍은 풍향이 거의 변함이 없으므로 우세풍 또는 탁월풍(卓越風 preveiling wind)이라 부르기도 한다.

 

 

당시 선장들은 무역풍의 방향을 나타낸 항해지도를 잘 활용하고 있었다. 그들이 유럽에서 아메리카 대륙으로 항해할 때는, 먼저 아프리카 대륙 쪽으로 치우쳐 항해하다가 편동풍을 등에 받으며 중앙아메리카 쪽으로 가면 빨리 도착할 수 있었다. 대항해 시대의 선진국은 스페인과 포르투갈이었으므로, 당시 바다의 기상 상태에 대한 지식도 그들이 앞서 있었다.

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그런데 일정한 방향으로 불던 무역풍의 풍속이 평상시보다 너무 약해지거나 빨라지는 경우가 종종 있었다. 그럴 때는 바람 때문에 적도 태평양의 해류 이동에 변화가 생겼다. 세월이 지나면서 이러한 현상은 적도(저위도) 태평양의 수온 변화에 의해 나타난다는 것을 알게 되었다.

 

 

 

저위도 태평양의 무역풍(trade winds)만을 생각해보자. 무역풍(편서풍)이 정상적으로 분다면, 더워진 표면의 물(주황색)도 풍향 따라 서쪽(아시아 대륙)으로 이동한다. 이때 수온이 높은 물이 서쪽으로 이동하면 그 자리를 아래로부터 찬물(푸른색)이 올라오게 된다. 온도가 낮은 해저의 물이 상층으로 올라오는 것을 기상학에서 ‘위로 오른다’는 뜻으로 용승(湧昇 upwelling)이라 한다.

 

 

 

 

상황에 따라 적도 태평양에 부는 바람의 풍속에 변화가 발생한다. 위 그림에서 붉게 나타낸 모습처럼, 동태평양의 수온이 비정상적으로 높아지는 것을 엘니뇨(El Nino)라 하고, 반대로 아래 그림처럼 서태평양의 수온이 높아질 때를 라니냐(La Nina)라 한다. 이런 현상이 심하게 나타나면 그때마다 용승하는 냉수대의 위치와 규모가 변하고, 그에 따라 지구상 곳곳에 이상기후 현상이 나타난다.

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엘니뇨가 발생하는 이유(동쪽 바다 수온이 높아지는 이유)는 서쪽으로 불던 무역풍이 약해지는 현상이 나타나기 때문이다. 반대로 무역풍이 강해지면 라니냐 현상이 나타난다. 풍속이 변하면 적도상에서 더워진 표층수의 흐름에 변화가 생겨 바다 전체에 영향을 준 것이다. 엘니뇨와 라니냐는 서로 반대로 나타나는 현상이다. 일반적으로 엘니뇨가 라니냐보다 자주 발생하며, 한번 나타나면 1년도 가고 때로는 더 장기간 지속된다.

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위의 아래쪽 그림은 엘니뇨와 반대로 편서풍이 평소보다 강하게 불어 태평양의 더운 물이 아시아쪽으로 밀려간다. 이때 아메리카 대륙 서쪽 태평양에서는 해저에 있던 심층수가 위로 올라오게 된다. 이때 올라오는 용승류 속에는 영양물질이 다량 포함되어 있다.

 

 

 

해류는 바다와 접하고 있는 연안의 생명체들에게 매우 중요한 역할을 한다. 적도지대 태평양의 표면 수온이 높아지고, 편서풍을 따라 수면층이 이동하면, 그 아래에 있던 해저의 냉수대가 용승하여(cold water upwelling) 그 자리를 차지한다. 이때 용승하는 냉수에는 표층의 물보다 많은 영양분이 녹아 있다. 그러므로 해저의 냉수가 잘 용승하는 바다일수록 플랑크톤이 많이 번식하게 되고, 플랑크톤이 풍부하면 물고기를 비롯한 다른 해양생명체들도 증식하기 좋은 조건이 된다. 위 그림은 미국 해양대기청(NOAA)이 라니냐가 발생하는 상황을 나타낸 것이다.

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대기층의 상층 고공에는 제트기류라 불리는 강풍이 끊임없이 불고 있다. (제트기류에 대해서는 본사 블로그에서 <제트기류>를 검색하여 보자.) 라니냐 현상이 일어나 동태평양에서 냉수가 용승하면, 기온과 기압의 변화가 제트기류에 영향을 준다. 그 결과 미국 남부에서는 장기간 가뭄이 계속되고, 미국과 캐나다 서부에서는 많은 비가 내리는 현상이 발생한다. 또 라니냐 동안 북아메리카 대륙 남부에서는 겨울의 기온이 온화하고, 북부에서는 평소보다 추운 날이 많아진다. 그리고 강한 허리케인도 라니냐 때 더 자주 온다.

 

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계절풍(monsoon, seasonal wind)이라 불리는 바람은 대륙의 위치와 지형에 따라 계절적으로 일정하게 부는 별도의 바람을 뜻한다. 편서풍과 엘니뇨는 스페인어로 ‘어린 소년’(Little Boy)을 말하는데, ‘크리스마스 어린이’를 뜻하기도 한다. 이는 엘니뇨 현상이 주로 크리스마스 전후에 나타나기 때문이다. 그리고 라니냐는 ‘Little Girl’의 스페인어이다. 엘리뇨와 라니냐에 따라 나타나는 기상현상에 대한 구체적인 내용은 매우 전문적이다. - YS

 

 

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