[과학향기 Story] 마른 하늘에 난기류? 범인은 ‘지구온난화’ : 과학향기 Story : KISTI의 과학향기

과학향기 Story
스토리

스토리

[과학향기 Story] 마른 하늘에 난기류? 범인은 ‘지구온난화’

<KISTI의 과학향기> 제3073호 2024년 07월 01일

2024년 5월 21일 영국에서 싱가포르로 향하던 항공기가 순식간에 1.8km 정도 급강하하는 사건이 발생했다. 이 과정에서 많은 사람이 다치고 승객 1명이 목숨을 잃었다. 그런데 왜 갑자기 비행기가 급강하했을까? 바로 ‘난기류’ 때문이다. 난기류는 대기의 흐름이 불규칙한 난류의 형태를 띠는 것으로, 좁은 지역에서 짧은 시간에 일어나는 현상이다. 난기류는 왜 발생하는지, 또 최근 난기류가 문제가 되는 이유가 무엇인지 살펴보자.

사진 1. 난기류는 좁은 지역에서 짧은 시간에 발생하는 탓에 대처가 어렵다. ⓒshutterstock

하늘길 위협하는 난기류…원인도 다양해

난기류는 크게 세 가지 메커니즘에 의해 발생한다. 첫 번째 발생 요인은 ‘대기 불안정’이다. 보통 지표면에서 뜨거워진 공기는 위로 상승하고, 차가워진 공기는 지표면 근처로 내려오며 ‘대류 현상’이 발생한다. 다만, 지표면 부근 공기가 빠르게 가열되면 상승 기류에 의해 주변 대기의 흐름이 교란된다. 이때 수증기가 많으면 응결 과정에서 많은 열이 발생하므로 상승 기류가 더더욱 강력해진다. 그로 인해 구름 내부와 주변에 심한 난기류가 발생한다.

두 번째 발생 요인은 ‘제트기류’다. 제트기류는 대류권 위쪽에 좁은 지역을 따라 부는 강한 편서풍으로, 한대기단과 열대 기단 사이에 형성되는 한대전선 부근에서 발달한다. 제트기류는 그 자체로 바람의 속도나 방향이 급변하는 '급변풍(Wind shear)' 현상을 동반하기 때문에 난기류가 나타날 수 있다.

세 번째 발생 요인은 ‘산악파’다. 강한 바람이 산맥을 넘을 때 공기 흐름이 파동을 만들어 낸다. 그로 인해 상승 기류와 하강 기류가 교차하며, 종종 강한 난기류가 만들어진다. 한국처럼 산이 많은 지역에선 산악파에 의해 난기류가 발생하기 쉽다.

사진 2. 난기류는 제트기류, 산악파, 대기 불안정 등 다양한 요소에 의해 발생한다. ⓒshutterstock

이중에서도 제트기류는 북반구에선 고도에 따라 바람의 방향이 시계 방향으로 바뀌고, 남반구에선 반시계 방향으로 바뀐다. 또 중심부에선 풍속이 빠를 뿐 아니라, 고도에 따른 풍속 변화가 크기 때문에 급변풍을 만든다. 제트기류의 강한 급변풍은 상하층 공기가 활발하게 혼합되게 만든다. 그래서 상층 공기가 강제로 하강하거나, 하층 공기가 상승하면서 기류가 교란돼 뇌우 상황이 아님에도 난기류가 발생한다. 이를 ‘청천난류’라고 부른다. 전문가들은 5월 21일 싱가포르행 항공기가 갑작스레 추락한 원인 역시 청천난류를 지목한다.

난기류가 점점 늘어나고 있다?

그런데 최근, ‘기후 위기’로 인해 난기류 발생 빈도와 강도가 높아지고 있다. 영국 레딩대학교 폴 윌리엄스 교수 연구팀이 2023년 발표한 논문에 따르면, 1979년부터 2020년까지 북대서양과 미국 상공에서 청천난류 발생 건수가 늘었다. 북대서양의 경우, 1979년 대비 2020년 중강도 난기류 발생 시간이 37% 증가했고 강한 난기류는 55%까지 증가했다. 미국 상공에서도 유사한 경향이 관찰됐다.

(a)는 1979년 (b)는 2020년에 강한 청천난류와 조우할 확률을 나타낸 그림이다. (c)와 (d)는 1979년과 2020년에 평균 규모의 청천난류와 조우할 가능성을 컴퓨터로 예측한 값이다. 색이 진할수록 청천난류와 조우할 가능성이 높다. ⓒGeophysical Research Letters

또 2022년 서울대학교 김정훈 교수 연구팀이 ‘네이처’ 저널에 발표한 연구에선 지금처럼 탄소를 다량 배출한다면, 21세기 후반에는 1970년~2000년 대비 전 지구 난기류 발생 강도가 약 2배 증가할 것으로 보고 있다.

전문가들은 왜 이러한 전망을 내놓았을까? 기후 위기로 인해 기온이 상승하면, 대기 중 수증기량이 늘어나고 대기 불안정성이 커져 난기류를 유발하는 대류성 구름이 발달하기 좋은 조건이 갖춰진다. 대류성 구름은 생성과 소멸 과정이 빠르고 복잡해 이로 인한 난기류는 예측하기 무척 어렵다. 비행기 경로가 결정된 뒤에야 난기류를 확인할 수 있는 경우가 많아, 승객들의 안전을 위협할 수 있다.

한편, 제트기류 역시 지구온난화로 불안정해지면서 주변에 난기류를 일으키는 빈도가 높아지고 있다. 제트기류는 북극과 중위도 지역의 온도 차에 의해 발생한다. 다만 기후 위기로 인해 북극지방 기온이 다른 지역보다 빠르게 상승하면서 극지방과 중위도의 기온 차가 줄어들고 있다. 이에 제트기류가 약해지는 일이 잦아지면서, 제트기류의 흐름이 불안정해지고 상층 대기의 혼란이 가중되면서 청천 난기류가 점점 더 자주 일어나게 된 것이다.

기후 위기로 인해 홍수가 빈발하고 폭염일수가 증가하고 겨울이 짧아지는 등 다양한 기후변화가 나타나면서 우리의 일상이 위협을 받는 이때, 난기류처럼 미처 예상하지 못한 변화들 또한 앞으로 더 잦아질 것이다.

글 : 박재용 과학커뮤니케이터, 일러스트 : 이명헌 작가

메일링 구독 신청하기

KISTI의 과학향기

키워드로 보는 과학향기

키워드로 보는 과학향기

스토리

[과학향기 Story] 마른 하늘에 난기류? 범인은 ‘지구온난화’