‘극한강수’ 주범 추적하는 지구환경과학자 민승기

▲ photo 이신영 영상미디어 기자

민승기 포항공대 기후과학자(환경공학부 교수)는 책상 앞에 앉아 보도자료를 쓰고 있었다. 지난 5월 22일 포항공대 지곡연구동 2층 연구실에서 만난 그는 “사이언스의 자매지인 ‘사이언스 어드밴시스’에 논문을 하나 썼는데 보도자료는 월요일에 나갈 거다”라고 말했다. 보도자료 제목은 ‘화산이 전 지구 강수량 줄인다’이다. 그는 “지난 몇 년간 화산을 연구했다. 화산은 기후변화에 미치는 요인 중 자연요인에 속한다. 기후변화에 미치는 자연의 영향을 잘 알면, 거꾸로 인간이 기후변화에 주는 영향을 잘 이해할 수 있다. 화산의 영향을 정확히 제거하고 데이터를 해석하면 인간 활동이 일으킨 기후변화 기여분이 더 잘 나오기 때문이다”라고 말했다.
   
   화산재가 성층권에 올라가면 햇볕을 차단해 지구 대기가 냉각되는 효과가 있다는 얘기를 들은 적이 있다. 민승기 교수는 “인공화산 실험을 주장하는 사람들도 있다. 성층권에 화산재 주성분인 이산화황을 뿌리자는 아이디어다. 그렇게 되면 대기의 온도가 떨어지는 효과가 있으나 강수량이 줄어들게 된다. 지구온난화 방지를 위해 화산재 효과를 내자고 하나, 되레 그로 인한 가뭄 피해가 더 클 수도 있다”라고 말했다.
   
   민 교수는 과거 5개 화산 폭발을 연구한 결과, 육지 평균 강수량이 2~3% 정도 줄었다고 했다. 기후변화에 영향을 주는 자연요인은 화산 외에 태양활동의 변화, 태양과 지구의 천문학적인 위치의 변화가 있다.
   
   민 교수는 인위적인 기후변화, 즉 인간이 기후변화에 미치는 영향을 연구한다. 특히 극한 강수, 극한 기온 등 극한기후가 인간 활동으로 얼마나 달라지고 있는지를 규명하고 있다. 민 교수는 “최근에는 극한 강수 연구를 했다”라고 말했다. 인간 활동이란 석유나 석탄 사용으로 인해 이산화탄소와 같은 온실가스를 대기 중에 방출하는 걸 가리킨다.
   
   
   “인간이 지구온난화 만든 것은 확실”
   
   미국 트럼프 대통령은 “인위적인 기후변화는 없다”고 말한 걸로 악명 높다. 주변에서도 이따금씩 그런 얘기를 듣는데 이런 식이다. “트럼프 얘기가 근거가 없는 게 아니다. 기후과학자 대다수는 인위적인 기후변화를 부정한다.” 인간 활동으로 기후변화가 진행 중이라고 알고 있으나, 그렇게 확신에 차서 강하게 부정하는 사람을 만나면 혼란스럽다. 그래서 이 부분을 확실히 하고 싶었다. 민승기 교수는 “잘못 아신 것 같다. 현재의 지구온난화는 당연히 인간 활동의 결과이다. IPCC(기후변화에 관한 정부 간 협의체) 보고서를 읽어보라고 권하고 싶다. 기후과학자의 95% 이상은 인간 활동으로 인한 기후변화가 진행 중이라고 믿고 있다. 한국 기후과학자들을 붙잡고 이야기해도 대부분은 그렇다고 할 것이다. 증거가 강력하다”라고 말했다.
   
   민 교수는 미국 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 물리학자 얘기를 꺼냈다. “이름은 기억이 안 난다. 그는 기후변화 반대론자였다. 기후과학자들이 온도 상승곡선을 조작하고 있다고 생각했다. 은퇴 후 데이터를 구해서 직접 계산을 했다. 그런데 결과가 기후과학자가 그간 내놓은 것과 같았다. 그게 요즘 유명한 버클리 데이터다.” 나중에 자료를 찾아보니 그 물리학자 이름은 리처드 멀러다. 멀러는 저명한 입자물리학자-우주론 연구자로, 한국에 그의 책 ‘나우: 시간의 물리학’ ‘대통령을 위한 물리학’이 소개되어 있다. 그는 화석연료 사용으로 인한 기후변화 유무가 논란이 되자, 비영리단체인 ‘버클리 지구(Berkeley Earth)’를 2010년에 설립, 지표 온도 관련 자료를 생산해 기후과학 연구에 기여하고 있다.
   
   민 교수의 책장에는 IPCC가 발행하는 기후변화 보고서들이 꽂혀 있었다. 그는 2013년 5차 보고서에 기여저자로 참여했고 내년도에 나올 6차 보고서에 주저자로 참여하고 있다. 그는 보고서 3장의 ‘지구기후시스템에 미치는 인간의 영향’ 편 중에서, 연구방법론과 강수량, 빙권, 그리고 극한기후 부문을 맡았다. 연구방법론은 기후변화에서 인간이 준 영향을 어떻게 찾을 것인가를 다룬다. 강수량 부문은 지구 강수량이 어떻게 달라졌는지를 담게 되며, 빙권 부문에는 북극 해빙, 남극 해빙, 적설 면적(Snow-Cover)이 인간 활동으로 어떻게 변화하고 있는가를 소개하게 된다. 계절성이지만 겨울철 러시아 시베리아와 캐나다의 북극권은 많은 면적이 눈으로 덮인다. 이 눈이 덮고 있는 면적이 점점 줄고 있다. 눈 대신 비가 오는 곳이 늘고 있다.
   
   민 교수는 자신의 최근 주 연구 토픽인 극한 강수 이야기를 시작했다. 기온은 지구 전체적으로 올라가니까 그것이 인간 활동으로 인한 결과라는 게 분명하다. 하지만 강수량은 지역에 따라 편차가 심해 연구가 어렵다. 예컨대 2011년 7월 서울 우면산 붕괴를 가져왔던 ‘극한 강수’는 매년 내리는 게 아니다. 말 그대로 수십 년 만의 호우다. 자주 일어나는 현상이 아니기에 샘플이 작아서 연구하기가 쉽지 않다. 비가 오더라도 이게 인간이 기후변화에 미친 결과인지를 확인할 수 없다.
   
   “나의 도구는 기후모델이다. 기후모델은 지구기후시스템을 이해하기 위해 기후과학자가 사용하는 연구방법론이다. 지구기후시스템을 이루는 요소들, 즉 대기, 해양, 빙권, 지표, 식생이 기후모델 안에는 들어 있다. 이를 갖고 과거의 기후변화를 이해하고, 미래를 예측한다. 나는 기후모델을 갖고 장기 시뮬레이션을 돌린다. 수십 년, 혹은 100년의 시간 규모에서 기후변화가 있는 것인지, 그렇다면 특히 인간에 의한 기후변화가 있는지를 알아내려 한다.”
   
   예컨대 온실가스 농도를 줄이고 바다를 차갑게 조정하여 컴퓨터 시뮬레이션을 한다. 이는 인간 활동이 없는 경우를 상정한 실험이다. 가령 바닷물이 평균 1도 떨어진 것을 가정해, 인간 활동이 있는 경우와 없는 경우를 각각 시뮬레이션하는 거다. 여러 번 반복 실험해야 한다. 극한기후란 원래 잘 안 생기는 법이니까. 민 교수는 “100년 만의 폭염을 찾아내려면 100년치 시뮬레이션을 돌려야 하나 나온다. 그런데 샘플 하나가 나왔다고 그걸 갖고 증가했는지 감소했는지 얘기할 수 없다. 그러니 몇천 년씩 시뮬레이션을 돌려야 의미 있는 샘플을 구할 수 있다”라고 말했다.
   
   
   수천 년 시뮬레이션 데이터 분석
   
   수퍼컴퓨터로 해도 몇천 년 치 시뮬레이션을 돌리면 시간이 오래 걸린다. 기상청 산하 국립기상과학원이 IPCC 연구에 기여하기 위해 보유하고 있는 수퍼컴퓨터를 이용해서 기후모델을 돌리는데, 수년이 걸린다. 다 모으면 수천 년 분량의 시뮬레이션이다. 인간 활동을 넣은 것과 뺀 것, 그리고 다양한 미래의 시나리오를 돌려본다. 이렇게 돌린 시뮬레이션 데이터를 모아서 분석하고 그 결과들이 IPCC 기후변화 보고서에 들어가게 된다.
   
   컴퓨터 계산을 위해 각국은 수퍼컴퓨터 센터를 갖고 있다.(한국은 기상청과 KISTI 국가슈퍼컴퓨팅센터) 하지만 그걸 사용하려는 각 분야의 연구자들이 많아 대기줄이 길다. 특히 수천 년을 돌려야 하는 극한기후 연구에서는 더 그렇다. 이 같은 상황을 타개하기 위해 기후과학 분야에서 나온 아이디어가 ‘집에서 날씨를(Weather@Home)’이다. 영국 옥스퍼드대학 기후학자 마일스 앨런(Myles Allen)이 제안한 분산컴퓨팅 프로젝트다. 민 교수도 이 프로젝트의 도움을 받아 연구하고 있다. 가정에서 사용하지 않는 PC의 계산능력을 이용해 기후과학자가 계산하고자 하는 걸 풀어보자는 접근법이다. 민 교수는 2015년부터 동아시아 지역 폭염 연구를 하면서 이 방법을 이용해왔다. 마일스 앨런 교수팀은 전 세계를 대상으로 한 폭염과 호우 등 다양한 극한기후 연구를 했고, 이 중에서 동아시아 지역 연구를 민 교수가 맡았다. 민 교수는 ‘Weather@Home’의 도움을 받아 수천 년의 샘플을 얻었고 이를 계산한 결과, 인간 활동으로 인해 2017년과 같은 봄철 폭염은 발생 확률이 2~3배, 2018년 여름철과 같은 장기간 지속되는 폭염은 발생 확률이 4배 이상 증가했음을 확인했다. 특히 2018년 한반도에 덮친 폭염은 이례적으로 길었기에 그의 연구는 주목을 받았다.
   
   강수도 인간 활동의 영향을 받는다는 건 2007년에 처음 확인됐다. 학술지 네이처에 논문이 나왔으며, 캐나다 환경청의 슈빈 장(Xuebin Zhang) 박사가 저자다. 슈빈 장은 민 박사의 보스(supervisor)가 됐다. “강수량 자체가 변동성이 워낙 크다. 한국에서도 그렇지만 여름철 몬순은 널뛰기를 한다. 어떤 해는 비가 많이 오고, 어떤 해는 가물다. 그런 상황에서 온실가스가 좀 증가했다고 해도 강수 변화는 자연변동성에 파묻혀 잘 안 보인다. 전 지구를 평균해서 볼 때는 인간 활동으로 강수가 증가하지 않았으나, 슈빈 장 박사팀은 지역별로 나눠 보고 그 안에서 인간의 영향을 찾을 수 있었다. 위도별로 지역을 나눠 봤다. 그 결과 북반구 고위도 지역은 강수가 증가하고, 아열대는 강수가 감소하고, 적도는 증가하는 식으로 패턴을 찾았다. 인간 영향의 크기가 엄청 강력하게 나오진 않았지만 온실가스가 강수량에 영향을 준다는 증거는 이게 처음이었다. 2007년이라면 그리 오래 된 게 아니다. 강수량은 그 안에서 어떤 패턴을 찾아내기가 그만큼 어렵다는 얘기다.” 민 교수의 설명이다.
   
   

   네이처 표지논문도
   
   민 교수는 독일 본대학에서 2003년부터 박사과정을 밟으며 기후변화 연구의 방법론을 개발했다. 2005년 어느 날 캐나다에서 슈빈 장이 연락을 해와 데이터를 줄 수 있느냐고 했다. 민 교수는 독일 막스플랑크연구소가 개발한 기후모델로 IPCC 기후변화 실험을 한 자료를 갖고 있었다. 당시 슈빈 장이 기후모델 3개의 데이터를 갖고 있었고, 여기에 민 교수가 갖고 있는 데이터를 추가로 얻어, 자신의 연구를 해보려는 것이었다. 슈빈 장의 2007년 논문에는 그의 데이터가 들어갔다. 민 교수는 그 논문의 공동저자는 아니고, 논문 끝의 감사의 말(acknowledgement)에 이름이 들어갔다. 그는 “지금 생각해 보면 중요한 자료를 제공한 거라서 공동저자도 가능했을 것이다. 나중에 보니 일본팀은 공동저자로 들어갔다. 그런데 그렇게 요구했으면 캐나다로 슈빈 장이 초청하지 않았을지도 모르겠다”라고 농담했다.
   
   그는 토론토에 있는 캐나다 연방환경청에서 2006년부터 5년을 일했다. 1년은 박사후연구원 그리고 나머지 4년은 정직원으로 근무했다. 캐나다 생활이 민 교수에게는 학자로서 네트워크를 만들고 향후 연구의 방향을 잡는 데 크게 도움이 됐다. 프랜시스 즈비어스(Francis Zwiers, 캐나다 워털루대학)와 슈빈 장 박사가 참여하고 있는 기후변화탐지 그룹에도 자연스럽게 들어갈 수 있었다. 옥스퍼드대학의 마일스 앨런 교수와 캐나다 환경청, 영국 기상청, 독일 막스플랑크기상연구소(함부르크 소재), 미국 국립대기연구소, 멜버른대학 연구자가 참여하는 그룹이다. 인간이 기후에 미치는 영향을 알아내기 위한 것이 이 그룹의 목표이며, 현재도 매년 한 번씩 모인다.
   
   민 교수는 캐나다에 가자마자 2008년 학술지 ‘사이언스’에 논문을 발표했다. “쉽게 논문이 실렸다. 운이 좋았다. 캐나다와 유라시아 북극권 강수가 증가하고 있는데 이게 온실가스 증가 때문이라는 내용이었다. 북대서양 고위도에서 바닷물의 대규모 침강 현상이 일어난다. 이 침강은 컨베이어벨트와 같은 대서양의 심층 순환에서 중요하다. 그런데 캐나다 북극권에 비가 더 내리면서 추가적인 빗물이 바다로 들어가면 해류의 침강이 영향을 받게 된다. 짜고, 차갑고, 무거운 물이 가라앉으나, 민물이 들어가면 바닷물이 잘 가라앉지 않을 수 있다. 즉 온난화가 심해져 북극 강수가 증가하면 심층 순환이 약해질 수 있다는 점에서 내 논문이 높게 평가를 받은 것 같다.”
   
   민 교수는 그로부터 3년 뒤에 네이처 표지논문을 썼다. 이때는 논문 심사위원들이 논문 수정을 요구해 1년이나 고치느라 힘들었다고 한다. 그의 방 책장에 그 표지논문이 액자 안에 들어 있었다. 캐나다 장관이 사인과 함께 축하선물로 준 것이다. 카피본을 민 교수가 보여주는데, 2011년 2월 17일 자였다. 표지에는 ‘인간 요인(Human Factor)’이라는 제목이 큰 활자로 쓰여 있었다. 네이처에 표지논문을 쓴다는 건 대단하다.
   
   민 교수의 네이처 논문의 본문에 달린 제목은 ‘보다 강한 극한 강수에 대한 인간의 기여(Human contribution to more-intense precipitation extremes)’였다. 그는 실제 관측한 강수와, 자연활동의 기여분을 빼고 인간 활동의 기여분만을 본 모델을 비교하는 컴퓨터 시뮬레이션을 비교했다. 그 결과, 극한 강수가 인간 활동과 연결되어 있다는 걸 알아냈다. 민 교수는 연구의 돌파구와 관련 “기후모델들이 갖고 있는 절대값을 퍼센트(%)로 바꿨다. 각각의 값을 %로 바꾸니 밀리미터로 볼 때는 보이지 않았던, 기후모델들이 갖고 있던 차이가 줄었다. 그리고 인간 활동 증가와 관측값의 대응관계가 잘 나타났다. 다른 방식으로 접근한 것이 주효했다”라고 말했다.
   
   그는 이로부터 9년이 지나 후속 논문을 썼다. 2011년 분석 데이터에서 보지 못했던 온실가스 기여분을 분리해 연구했다. 온실가스와 에어로졸 영향이 이전에는 함께 들어가 있었는데, 이를 분리했고 최신 컴퓨터 시뮬레이션 자료를 분석했다. 그 결과 극한 강수는 지난 65년간 강도가 약 4% 강해졌으며 그 대부분이 온실가스 증가분 때문이라고 말할 수 있게 되었다. 논문은 미국 지구물리학회(AGU)가 발행하는 학술지 GRL(Geophysical Research Letters)에 실렸다. 민 교수는 “돌파구를 마련한 연구는 아니지만, 좀 더 구체적인 크기를 확인하는 정량적인 연구를 한 것”이라고 말했다.
   
   
   “지구온난화로 물 순환이 뒤집어졌다”
   
   민 교수는 “극한 강수 연구에 많은 사람이 매달려 있다. 지구온난화로 물 순환이 뒤집어졌다. 비가 잘 안 오다가 오면 쏟아진다”라고 말했다. 대기는 기온이 높으면 많은 수분을 갖고 있을 수 있고, 기온이 낮으면 수분을 적게 갖는다. 그러니 지구온난화로 기온이 올라가면 대기는 수분을 많이 머금게 된다. 수분이 포화상태에 가깝게 머금을 때까지는 비를 내리지 않아 가뭄이 올 수 있고, 또 수분을 쏟아낼 때는 왕창 내릴 수 있다. 강우는 피해와 직결되는 사안이어서 극한 강수량 연구는 중요하다. 민 교수는 “특히 단기간 폭우를 내리는 시간당 극한강수 연구는 어렵지만, 앞으로 계속 도전하려고 한다”라고 말했다.
   
   유럽의 경우 폭염 때문에 사람들이 기후변화에 민감하다. 민 교수는 “한국은 폭염과 태풍을 옛날부터 겪었기에 기후변화에 둔감할 수 있다. 우리는 기후 변동성에 속고 있다. 전 지구를 보면 지구는 뜨거워지고 있다. 매일매일 전 지구 기온을 보면 온난화 신호가 명백하다는 연구가 최근 발표되었다”라고 말했다.
   
   민 교수는 서울대 대기과학과 1991년 학번이다. 석사까지 마치고 기상청 산하 기상연구소(현재 이름은 국립기상과학원)에 들어갔다. 들어가자마자 받은 임무가 독일에 가서 기후변화에 대한 인간 영향을 분석하는 기법을 배워오라는 것이었다. 그래서 내리 3년, 해마다 독일 본에 가서 한 달씩 체류했다. 2003년에는 본대학의 통계기후연구자인 안드레아즈 헨제(Andreas Hense) 교수에게 가서 박사과정 공부를 시작했다. 본대학에서 기후모델을 독일 수퍼컴퓨터로 돌리며 또한 기후변화 원인 규명 방법론을 연구했다. 그 뒤 캐나다 연방환경청에서 일했고, 2012년에는 호주 멜버른의 CSIRO(호주연방과학산업기구)로 가서 이상기후를 연구했다. 호주 생활 1년이 지나지 않아, 포항공대로 옮겨 일하고 있다.

출처: http://weekly.chosun.com/client/news/viw.asp?nNewsNumb=002611100022&ctcd=C08