기상이변 : 토네이도(tornado), 태풍(typhoon)과 허리케인(hurricane), 노리스터(nor' easter), 폭풍쇄도(storm surge), 엘니뇨, 라니냐, 라마마(La Mama) 등에 대하여

• 기상이변의 예

 

(1) 사이클론 폭풍(cyclone)

- 안쪽으로 회전하며 원형으로 바람을 일으키는 대기의 저기압계

- 과학적인 의미는 일반적이며, 다양한 종류의 넓고 약한 저기압계

- 코리올리 효과 때문에 북반구에서는 반시계방향, 남반구에서는 시계방향으로 회전

- 종류

가. 토네이도(tornado)

- 매우 강한 저기압 중심을 갖는 회오리바람

- 지속시간이 짧고 국지적이지만, 매우 강력하다.

- 보통 300-400m 폭

- 전진속도는 다양 → 100km/시 이상 질주하는 것도 있음.

- 풍속이 60-450km/시

- 내부 공기압이 대기압의 60% 정도

- 토네이도의 등급 → F 등급(테오르도 후지타 교수)(표9-1)

- 미국 중부와 남동부에 빈번히 발생

나. 태풍(typhoon)과 허리케인(hurricane)

- 바다 위에서 형성

- 토네이도에 비해 오랫동안 지속되고 광범위하다.

- 하루 동안의 에너지 흐름이 20메가톤 수소폭탄 400개가 방출하는 에너지와 같다.

- 카리브해와 북아메리카 → 허리케인

- 서태평양 → 태풍

- 인도양 → 열대성 사이클론

- 직경 600km까지 이른다.

- 불규칙하게 이동하며, 수 주일동안 지속

- 강한 폭풍우 동반 → 하천 및 폭풍쇄도로 인한 해안범람의 원인

다. 노리스터(nor' easter)

- 비열대지역에서 형성되는 사이클론 폭풍

- 열대성 사이클론보다는 약하고 바람도 덜 강력하다.

- 북미 동부해안을 따라 나타나고 종종 심각한 피해를 야기한다.

☞ 예) Ash Wednesday → 1962년 3월 7일 대서양 연안 강타 → 10m 이상의 폭풍파로 수일 동안 3억불 이상의 피해를 입힘.

라. 폭풍쇄도(storm surge)

- 대양이나 호수가 비정상적이며 일시적으로 수위가 상승하는 것.

- 사이클론 눈의 매우 낮은 압력

- 정상파와 수반되면 광범위한 해안 범람과 피해를 일으킴.

- 인명피해의 직접적인 원인 제공.

 

(2) 가뭄, 먼지 폭풍과 사막화작용

- 가뭄의 특성

가. 건기(dry spell) → 최소 15일 동안 강수량이 0.8mm 이하인 경우

나. 부분가뭄(partial drought) → 하루평균 강수량이 0.2mm를 초과하지 않는 날이 29일간 지속되는 경우

다. 절대가뭄(absolute drought) → 전혀 강수량이 없이 15일이 지속되는 경우

→ 가뭄은 예외적인 기상을 뜻하므로 사막지역에 적용하기는 것은 힘듬.

- 먼지폭풍(dust storm)

가. 사막의 특징

나. 바람에 의한 먼지로 시계 1000m 이하인 경우

- 사막화작용(desertification)

가. 비사막지역으로의 사막 확장 현상

나. 인간의 활동, 자연환경의 변화, 기후변화 등으로 나타날 수 있다.

다. 주요 징후 → 지하수면 하강, 물과 표토의 염분 증가, 지표수 공급의 감소, 비정상적으로 높은 침식률, 식생의 파괴 등..

라. 인간활동의 영향 → 부적절한, 혹은 과다한 농업계획 및 산림계획, 환경오염으로 인한 기후변화와 이에 따른 사막화 가속 등..

 

(3) 엘니뇨, 라니냐

- 어원 → Ei-Nino는 스페인어로 「남자아이-아기예수를, 그 반대 현상인 라니냐(La Nina, Anti-E1 Nine)는「여자아이」를 의미

- 태평양 동부 적도 해역(4"S-4"N, 150"W-90"W)의 월평균 해수면 온도 편차의 5개월 이동 평균값이 약 6개월 이상 계속해서 +0.5'C이상이 되는 현상을 엘니뇨, -0.5'C이하가 되는 현상을 라니냐라고 한다.

- 원래 엘니뇨는 보통 계절 변화로서 매년 크리스마스쯤에 서쪽에서 흘러온 적도 반류가 중앙아메리카 해안에 부딪혀 남으로 우회하기 때문에 적도대의 에콰도르 앞바다의 수온이 높고 염분이 적은 해수가 나타나는 것.

- 적도태평양의 중앙부까지 미치고 있는 대규모적인 현상임이 판명됨.

- 엘니뇨의 메커니즘

가. 정상적인 엘니뇨

→ 열대 해상에서는 동쪽에서 서쪽으로 부는 편동풍(무역풍)의 영향으로 태양 에너지에 의해 더워진 표층의 바닷물을 동에서 서로 이동

→ 이에 따라 필리핀 부근의 서쪽 태평양에는 따뜻한 바닷물이 모여 해수 온도가 상대적으로 높은 반면, 동쪽 태평양떼서도 따뜻해진 표층의 바닷물이 서쪽으로 이동해 가고 밑에서 올라오는 차가운 용승류에 의해 찬물이 모임(남미의 페루 연안이 세계적 어장이 될 수 있는 것도 이처럼 차고 영양이 풍부한 하층의 바닷물이 올라오기 때문)

나. 비정상적인 엘니뇨

→ 수년마다 이 편동풍(무역풍)이 갑자기 약해짐.

→ 서부의 따뜻한 물 층은 보통 때보다 얇아지고, 동부의 따뜻한 물 층은 보통 때보다 두꺼워 짐.

→ 이 때문에 용승에 의하여 솟아오르는 냉수는 데워진다. 그밖에 용승 자체의 약화

→ 중부-동부적도 태평양의 해면 수온은 평년보다 상승.

→ 동부 적도 태평양의 높은 해면 수온 상태는 대기에 되먹힘 (feedback)되어 무역풍을 다시 약화시키는 방향으로 작용되므로 같은 상태가 안정되어 지속

→ 이 같은 해양과 대기의 상호 작용 과정이 1-1.5년 정도 계속되는 엘니뇨현상의 라이프사이클(life cycle)을 만들어 내고 있으나, 그 상세한 기구(mechanism)에 대해서는 아직도 밝혀져 있지 않다.

→ 1950년 이후의 9개의 엘니뇨현상의 예에 대해 평균한 열대 태평양의 해면 수온 편차 분포의 경과를 보면 3-5월경에 시작된 엘니뇨현상은 그 후 점차 발달하여 그 해의 11-12월부터 다음해 1월경에 절정.

→ 엘니뇨현상의 진전에 따라 중부-동부 적도 태평양에서는 해면수온이 평년보다 1-5"C가량 상승. 이와 반대로, 서부 적도 태평양에서는 평년보다 0.5～1'C가량 낮아지는 경우가 많다. 절정에 달한 뒤에는 비교적 급속히 평년 상태로 되돌아간다.

→ 극히 대규모적인 1982-1983의 엘니뇨현상에서는 29"C이상의 따뜻한 물의 중심이 반년 가량 걸려 서태평양(160'E 부근)으로부터 중부 태평양(150"W부근)으로 이동.

→ 엘니뇨 발생에 있어서 서태평양의 역할이 주목됨.

- 엘니뇨현상이 가져오는 기후변화

가. 열대 대류권 상층의 고기압 편차가 파동이 되어 멀리 북미 대륙까지 전파되어 캐나다나 미국의 기후에 영향

나. 중동부 태평양의 중심으로 양반구에서 아열대 고기압이 기화되고 중위도의 편서풍이 세차게 되는 경향

다. 일본 부근의 대기 흐름도 엘니뇨현상에 의해서 영향

라. 그러나 현재 엘니뇨가 세계의 이상기상에 어느 정도로 또 어떤 메커니즘으로 영향을 미치는지 아직 완전히 규명되지 않은 상황.

마. 엘니뇨현상이 나타날 때 동반되는 세계의 기상 현상은 일반적으로 필리핀, 인도네시아, 호주 북부 등지에서는 강수량이 평년보다 적으며, 반면에 적도 중앙 태평양, 멕시코 북부와 미국 서부와 남부, 남미 대륙 중부에서는 홍수가 나는 등 예년보다 강수량이 많음.

바. 우리나라의 경우

- 엘니뇨가 발생한 해에는 여름철 기온이 평년보다 다소 낮으며 강수량이 많은 등의 통계적인 경향이 있으나 아주 뚜렷하지는 않다.

- 우리나라는 중위도 지방에 위치하는 까닭에 적도 태평양뿐만 아니라 북서쪽 고위도지방에서 흘러 들어오는 공기의 흐름에도 영향을 받는다. 이 세력이 엘니뇨의 영향과 함께 겹치기 때문에 열대나 아열대 지방처럼 엘니뇨의 영향이 아주 뚜렷하게 나타나지는 않는다.

- 좀 더 이론적인 설명을 덧붙이면, 엘니뇨의 영향에 의해 적도에서 발생된 상승 기류가 북태평양에 하강기류를 유도하여 따뜻하고 강한 고기압을 형성한다. 그래서 이 고기압과 북극 한랭 기단의 사이에는 큰 온도차가 생긴다. 그리고 우리나라상공에는 동서류형의 강한 제트기류가 불게 된다. 그 결과 우리나라는 북극 한랭기단이 남쪽으로 내려오지 못하여 따뜻한 겨울을 맞이하게 된다. 엘니뇨가 발생하지 않았을 때는 필리핀 해역에 높은 수온이 유지된다. 이로서 남풍의 영향을 받는 우리나라에는 심만 더워가 찾아온다. 엘니뇨의 영향으로 북태평양 고기압과 오호츠크해 고기압 사이에 장마전선이 정체되는 블로킹형의 대기흐름이 생겨서 우리나라에는 긴 장마가 온다.

사. 1982, 1983년 엘니뇨는 금세기 최대 규모로서 이 기간 중 전 세계의 재산피해액은 80억 달러에 달하고 인명피해는 1000명 이상이 사망.

아. 1994년 10월 중앙태펑앙의 월평균 해수면 온도 평년 편차는 평년보다 1.7'C, 11월에는 l.0'C, 12월에는 l.l'C로 상승.

 

- 라니냐 발생 메커니즘

가. 엘니뇨현상이 시작되기 전 또는 끝난 뒤에는 평년보다 강한 무역풍이 지속되는 시기가 있다. 이 강한 무역풍에 의해서 해면 밑 따뜻한 물의 두께는 보통 파보다 서쪽에서 두껍고 동쪽에서 얇아져, 평년보다 낮은 해면 수온이 무역풍을 다시 강화시키는 쪽으로 되먹힘(feedback)되어 같은 상태가 지속되는데 이 상태를 라니냐라 한다.

나. 캘리포니아의 스크립 해양연구소의 Tim Bamet는 그의 수치 모형에서 1975년 이후로 나타난 적이 없었던 라니냐 현상을 예견 → 1988년 여름에 이 예견은 적도 부근 남아메리카 해수면 온도에 기형이라고 할 만한 7'C의 온도 경사가 생김으로써 입증.

다. 그 동안 적도 부근 태평양의 냉각 현상은 주기적으로 있었으나 엘니뇨의 일부분으로 생각해 왔으며 무시된 현상이었다.

라. 이러한 온도 하강과 온도 상승 현상이 결합되어 태평양의 폭풍이 형성되는 열대 수렴 대의 일부를 북쪽으로 밀고 나가서, 폭풍이 보다 북쪽에서 생겨나게 되고 이것이 보다 북쪽으로 옮겨진 제트기류를 타고 평소보다 수백 마일 북쪽에 있는 미국 대평원과 캐나다 쪽으로 이동하게 된다고 학자들은 말한다.

마. 그 동안 엘니뇨로 인해 따뜻해졌던 태평양의 돌연한 냉각 현상은 일기 형태에 영향을 끼치게 될 것이며 적어도 일시적이지만 온실효과를 감쇠시키게 될 것이다. → 대기 화학자 Charles Keeling에 따르면 라니냐 현상은 집중호우가 발생하는 지역에 거대한 수풀 숲을 조성하는데 촉진 작용을 함으로써 대기 중의 CO2의 증가에 제약 → 이로 인해 연간 전 세계적으로 화석 연료의 연소에 의하여 방출되는 총 CO2양의 약 40%를 감소시킴으로써 온실효과를 상쇄시킬 수 있다고 주장. → 온실효과에 대해 회의를 품을 만큼 뚜렷하게 지구의 온도를 예년 평균값 이하로 떨어뜨리게 될 것이다.

- 라니냐 현상에 의한 기상 이변

가. 라니냐가 일어나면 인도네시아 부근 서태평양의 대류 운동이 평상시보다 더욱 강화되고 이에 따라 우리나라 부근의 하강기류 또한 강화된다, 이런 파동 역시 고위도 지방으로 전달돼 여러 지역에서 가뭄과 홍수 등을 유발한다.

나. 예로써 여름철의 미국 중서부 가뭄과 1987년 9월에 일어난 방글라데시의 대홍수 및 카리브해와 멕시코만 일대에 지독한 허리케인의 유발

다. 그리고 1997년 우리나라 여름의 폭염과 가뭄은 1993년도 엘니뇨현상 때의 반동으로 나타난 일시적 라니냐 현상에 의한 것이라는 견해도 있다.

 

(4) 라마마(La Mama)

- 요즘 태평양에는 엘니뇨와 라니냐에 이어서 이른바 라마마로 불리는 새로운 현상이 일어나고 있어 이상기후가 나타날 것으로 우려됨.

- 라마마(La Mama) 란 스페인어로서 "La?는 여성명사에 붙이는 정관사이며 “Mama?는 어머니를 의미.

- 라마마는 엘니뇨나 라니냐와는 달리 태평양상의 북쪽에서 서쪽 그리고 남쪽으로 이어져 나타나는 말굽 형태의 고수온대가 태평양 동쪽의 저수온대를 감싸고 나타나는 현상

- 그러나 이 용어는 미 항공우주국 제트추진연구소(NASA Jet Propulsion Laboratory)의 William Patzert에 의해 처음 사용되었으나 아직까지는 일반적으로 통용은 되지 않은 용어임.

- 라마마 현상은 우리나라와 근접한 서태평양상의 수온변화이기 때문에 우리나라의 기상과 아주 밀접한 관계를 갖고 있다.

- 북태평양 중위도 해역의 고수온대는 1997년 12월부터 발달하기 시작하여 라마마 모식도에서 볼 수 있는 말굽형의 고수온대를 형성함. 이 고수온대는 제트기류와 동아시아 상층기압골의 발달에 영향을 미쳐 우리나라에도 고온현상을 초래하는 등 이상기후현상의 주요원인으로 주목되고 있다.

- 미 항공우주국 제트추진 연구소(NASA Jet Propulsion Laboratory)는 현재 나타나고 있는 라마마 현상이 제트기류에 영향을 미쳐 폭풍의 진로를 바꾸거나 가뭄을 일으키는 등 이상기후를 가져왔으며, 20-30년 동안 지속되면서 서태평양 해역과 미국 대륙 등에 폭우나 태풍 등 이상기상을 유발하고 해수면의 높이까지 변화시킬 것이라는 예측.

- 그러나 해양이나 대기의 변화는 아시다시피 매우 복잡한 양상을 띄고 카오스적인 발달을 하기 때문에 미국 기상청 등에서는 미국항공 우주국 제트추진 연구소의 주장이 너무 섣부르다는 의견도 있다.

- 따라서 장기적 변동(Decadal Variation)을 입증하기 위해서는 더 많은 분석과 연구가 선행되어야 할 것임.

 

• 해양환경의 오염

- GESAMP (Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Pollution) → 전 세계 해양의 상태를 정기적으로 평가

 

(1) 해양오염물의 유형

- 오염물질 → 오수, 실트 퇴적물, 유해물질, 해양쓰레기 등..

- 대부분 인간활동으로 인해 해양환경으로 유입된다 (표 17-1).

- 오수

가. 해양오염의 주범

나. 2차 처리 후에도 부유성 고형물, 질산성 질소, 인산염, 병원성 바이러스(해양에서 17개월 간 생존 가능), 중금속원소, 살충제, 방사성 물질 등 포함.

다. 유기물 다량 함유 → 연안수의 BOD 상승, 부영양화나 조류의 번성을 야기함.

라. 조개류의 오염, 해수욕장의 오염도 해안지역 오수에 의한 오염과 관련.

- 실트 퇴적물

가. 벌목, 농업, 광산개발, 준설작업 → 부유성 토양의 운반 및 퇴적작용 가속

나. 과다하게 쌓인 퇴적물 →오염원, 해양유기물 질식 가능

- 유해물질

가. 염화유기화합물(살충제, 산업화학물질 등), 중금속원소, 방사성물질 등 → 지표수체 오염경로와 동일하게 오염시킬 수 있음.

나. 산업폐기물, 화학물질의 직접적인 유출

다. 농지로부터의 유출수

라. 대기 침전물

마. 바다에 투기된 폐기물

- 해양쓰레기

가. 해안지역 인구의 증가, 어업활동의 증가 → 지속성 폐기물과 쓰레기의 양 증가 초래.

나. 플라스틱(내구성과 부양성을 갖음) → 가장 많음.

다. 폐기된 낚시그물과 기름통

라. 지속성 쓰레기의 문제점 → 해안가의 황폐화 → 해양생태계의 포유동물이나 어류, 조류 등을 죽게 함.

 

(2) 연해수의 오염

- 얕은 대륙붕에는 많은 해양생물들이 서식

- 해안가 지역의 습지대, 강어귀, 호수림 늪, 산호초, 섬의 해변 → 미묘한 생태계의 균형을 이루는 곳.

- 따라서 연해수의 오염은 생태계의 변화뿐 아니라, 이들의 자연적인 역할, 즉, 폭풍우로 인한 침식에 대한 완충역할, 지하수의 저류, 해양생물에 대한 서식지 제공 등의 역할을 저하시킨다.

- 산호초 - 특성 및 중요성은 해안지형에서 설명

가. 열대 및 아열대지방의 얕은 연해수에서 서식

나. 과도한 퇴적작용, 산업폐기물에 의한 열적오염, 담수의 유입에 의한 염도 감소, 기름 등에 의한 수질변화 등 해안오염에 매우 민감

 

(3) 대양에서의 오염

- 해안지역과는 달리 오염물질의 침전 및 점차적인 희석 등에 의해 오염도가 낮음

- 오염원

가. 대기로부터의 퇴적

나. 대형 선박 - 항로 주변의 오염 → 오수, 쓰레기, 파편물, 화학물질, 중량조절용 물(생물군을 타지로 이동시킬 수 있음. 예. 1980년대 후반 오대호의 얼룩홍합의 유입 ; 유럽국가 배에서 방출한 중량조절용 물에서 기인한 것으로 믿어짐 → 플랑크톤 감소시킴, 자생 수상생물의 먹이감소로 생존 위협 → 제거에 많은 비용) 등의 배출

다. 기름 유출

→ 오수에 의한 해양오염, 산업재난 및 지하원유저장탱크로부터의 유출에 의한 오염보다는 상대적으로 심각하지 않다.

→ 대부분이 해안에서 발생되며, 해양생물자원에 큰 영향을 미친다.

→ 전세계 해양으로 유출되는 기름량 ; 약 6백만톤/년

① 사고로 인한 유출

② 운송과정 중의 유출

③ 대도시나 산업공장에서의 유출

④ 대기로부터의 강수(대기로 증발된 기름의 재침강)

⑤ 해안탐사와 원유생산과정 등

 

☞ 원유유출사고 일지

① 엑손 발데즈 사건(1989년 3월, 알래스카) → 원유 천만갤론 정도가 유출 → 알래스카 해안을 따라 5천km 이상 오염 → 차갑고, 나쁜 날씨로 인한 정화작업의 지연 → 해변지역의 모래 등 퇴적물 및 하부 물속으로 스며들어감 → 제거 불능

※ 문제점

- 기름의 이동 방향 예측 실패

- 지표면하의 기름오염 → 제거 불능

- 회사의 대응 미흡 등.

② 걸프전 시의 페르시아만 기름 유출

③ Sea Empress호 좌초(1996년 2월, 영국 웨일즈) → 72,000톤의 원유 유출 → 약 200km의 해안 황폐해짐. → 전화비용만 약 1억달러 소요됨.

④ Sea Prince호 좌초((1995년, 우리나라 여천군 소리도 끝단에 좌초) → 127마일 해안을 오염시킴.