한반도 태풍과 집중호우 발생의 비밀, 연안지질 퇴적층과 엘니뇨 연구로 밝혀내다
한반도 태풍과 집중호우 발생의 비밀, 연안지질 퇴적층과 엘니뇨 연구로 밝혀내다
  • 한국과학경제
  • 승인 2019.10.01 16:09
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과거 엘니뇨 발생 빈도가 높은 시기에 남해지역 집중호우 빈도 강도가 증가하는 경향 발견
현재는 1550년과 780년 주기의 정점에 해당되어 남해지역과 일본에 태풍 영향으로 인한 집중호우가 많이 일어날 것으로 예측
고흥지역 퇴적물 시추코어 사진. 숫자는 식물편을 이용한 탄소연대측정 결과를 나타냄.
고흥지역 퇴적물 시추코어 사진. 숫자는 식물편을 이용한 탄소연대측정 결과를 나타냄.
주기분석 결과, Redfit이라는 프로그램을 사용하여 주기분석을 실시하였으며, 약 1550, 780, 140, 120, 105년의 주기가 포함되어 있음을 알 수 있음
주기분석 결과, Redfit이라는 프로그램을 사용하여 주기분석을 실시하였으며, 약 1550, 780, 140, 120, 105년의 주기가 포함되어 있음을 알 수 있음
(A) 동아시아 지역 및 주요 태풍경로, 엘니뇨 빈도가 높은 시기에 태풍이 북상하여 한국-일본에 더 많은 영향을 주고 있음. (B)~(D) 남해 고흥만 내 시추공 위치.
(A) 동아시아 지역 및 주요 태풍경로, 엘니뇨 빈도가 높은 시기에 태풍이 북상하여 한국-일본에 더 많은 영향을 주고 있음. (B)~(D) 남해 고흥만 내 시추공 위치.
고흥만 지역 미래 집중호후 빈도 예측 모델링 결과. Ti/Al값은 집중호우 지시자로 약 800~1000년 전 중세온난기에는 집중호우 빈도가 증가하였으며, 400~700년 전 소빙기 시기에는 빈도가 감소한 것을 알 수 있음. 적합회귀모델을 이용한 통계분석 결과는 이러한 과거 집중호우 빈도 및 강도변화가 1580년, 780년, 140년 주기를 갖는 사인커브함수의 합으로 잘 표현될 수 있음을 보여줌. 집중호우 시계열 함수식을 이용하여 미래 1천년을 예측한 결과, 앞으로 약 300년 동안 집중호우 빈도가 감소하는 경향을  보일 것으로 예상됨.
고흥만 지역 미래 집중호후 빈도 예측 모델링 결과. Ti/Al값은 집중호우 지시자로 약 800~1000년 전 중세온난기에는 집중호우 빈도가 증가하였으며, 400~700년 전 소빙기 시기에는 빈도가 감소한 것을 알 수 있음. 적합회귀모델을 이용한 통계분석 결과는 이러한 과거 집중호우 빈도 및 강도변화가 1580년, 780년, 140년 주기를 갖는 사인커브함수의 합으로 잘 표현될 수 있음을 보여줌. 집중호우 시계열 함수식을 이용하여 미래 1천년을 예측한 결과, 앞으로 약 300년 동안 집중호우 빈도가 감소하는 경향을 보일 것으로 예상됨.
지질자원연구원 임재수 박사
지질자원연구원 임재수 박사

 

【한국과학경제=박정민 기자】 현재 예보되고 있는 제18호 태풍 미탁이 한반도에 상륙하면 한반도는 1959년 이후 60년 만에 가장 많은 태풍이 발생하게 된다.

올해 유독 자주 일어나는 태풍의 원인이 현재 지구온난화로 몸살을 앓고 있는 전 지구적 기후시스템의 변화로 인한 것인지, 미래에는 한반도의 태풍 빈도가 더 증가할 것인지에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데, 과거 한반도 9천 년 동안의 집중호우 패턴을 분석하고 미래를 예측한 연구결과가 세계최초로 발표됐다.

한국지질자원연구원(KIGAM) 국토지질연구본부 제4기지질연구팀이 참여한 이 연구결과는 ‘홀로세 동안의 연안 환경 변화와 엘니뇨에 기인한 동아시아 수문변동성 연구(Holocene coastal environmental change and ENSO-driven hydroclimatic variability in East Asia)라는 제목으로 2019년 9월 15일 제4기 지질연구분야의 세계적 과학 전문지인 ’Quaternary Science Reviews‘에 게재됐다.

현재의 기상데이터에 따르면 과거 태풍 정보는 100년을 넘지 못한다. 자연 현상으로 발생하는 태풍 등과 관련된 집중호우의 미래 변동 예측은 퇴적물 속에 기록된 과거 자연 변동성의 연구와 이해가 선행되어야 하며 이를 기반으로 한 현재 상태의 진단과 미래 모델링을 통해서 가능하다.

한국지질자원연구원은 '지질 기록체를 활용한 한반도 아열대화 규명 연구: 중기 홀로세 기후-지질생태계 특성 평가 주요 연구사업'의 일환으로, 지난 2016년부터 남해 고흥 연안지역에서 현장연구를 시작해약 10미터 퇴적물 속에 포함되어 있는 과거 9천년 년 동안의 집중호우 기록을 복원했다.

연구결과, 남해안 집중호우 변동양상이 한반도와 일본에 태풍이 많이 찾아올 때 증가하는 경향을 보였다. 특히 과거 엘니뇨 발생 빈도가 높은 시기에 남해지역 집중호우 빈도와 강도가 증가하는 경향을 나타내어 한반도의 집중호우 현상이 전 지구적 대기-해양 변화와 관련 있음을 밝혀냈다.

집중호우 빈도는 약 1550년, 780년, 140년 주기를 보이고 있으며, 현재는 1550년과 780년 주기의 정점에 해당되어 남해지역과 일본에 태풍영향으로 인한 집중호우가 많이 일어날 것으로 예측됐다.

미래 1000년 예측 모델링 결과 남해지역 집중호우 빈도와 강도는 향후 300~400년 동안 점차 감소할 것으로 예상됐다. 그러나 지구온난화가 지속된다면 이러한 자연적인 감소경향이 교란될 가능성이 있다고 연구진은 밝혔다.

이번 논문은 다중 환경 지시자(Multi-environmental indicator)를 활용, 과거 연안환경과 수문변화를 추적했다는 점에서 기존 연구와 차별성이 있다.

과거 약 1만 년 동안 연안환경 변화를 복원하기 위해서 국내 최초로 퇴적물에 포함된 황(sulfur)을 대상으로 동위원소 분석을 실시했다. 과거 9000년 전에 해수가 현재 고흥만에 유입되기 시작, 이후 조간대-조하대-조간대 환경으로 옮기어 바뀜을 확인했다.

조간대(Intertidal zone , 潮間帶)란 조석 변화에 따라 해수면이 가장 낮은 간조 시에는 수면 위로 노출 되고, 해수면이 가장 높은 만조 시에는 수면 아래에 잠기는 연안 지역을 말하며, 조하대(Subtidal zone , 潮下帶)는 간조 때에도 노출되지 않는 연안역, 연안의 저조선(low water line) 아래 쪽으로서 항상 물에 덮여 있는 지역이다.

유기탄소 동위원소 분석을 통해 과거 고흥만으로 유입된 담수의 움직임을 추적했다. 특히 XRF 코어 스캐너를 활용해 집중호우 시 유입되는 육성기원 원소비(Ti/Al) 값의 시계열 변화를 복원했다.

10cm 간격으로 분석된 황-탄소 동위원소 값의 변동은 과거 해수면 변동과 관련된 장기적 연안환경 변화 지표로 활용됐다. 5mm간격의 고해상도(20년)로 분석된 원소비(Ti/Al) 값 변화는 과거 고흥만에서 발생한 수십 년~수백 년 단위의 단주기 집중호우 빈도 변화를 추적할 수 있는 단서가 됐다.

또 연구팀은 과거 9000년 동안 나타난 엘니뇨 발생빈도 변화와 고흥만의 육성기원 원소비값 변화 사이의 유사성을 발견, 고흥만에서 발생하는 집중호우가 엘니뇨 빈도 변화에 영향을 받고 있음을 처음으로 밝혀냈다.

고흥만에서 집중호우 빈도가 증가한 시기는 과거 일본 서부 연안에 태풍으로 인한 범람 퇴적층이 쌓인 때와 비슷하다. 서태평양에서 발생한 태풍이 북상해 남해와 일본 서부 연안에 영향을 주는 횟수가 잦을수록 남해에 집중호우가 증가했던 것을 알 수 있다.

연구팀은 고흥만 육성기원 원소비값의 시계열 변화를 대상으로 Redfit이라는 프로그램을 사용하여 주기분석을 실시한 결과 약 1550, 780, 140, 120, 105년의 주기성이 관찰됐다. 이러한 주기성의 교차검증 위해서 적합회귀모델을 이용한 통계분석을 실시한 결과 1550, 780, 140년의 동일한 주기가 확인됐다.

이번 연구결과는 동아시아 지역의 퇴적물 연구결과를 통해 얻은 수문변동 자료에 주기분석과 비선형 적합회귀모델링을 최초로 적용한 연구이다.

연구진은 이번 연구결과를 통해 △남해지역 수문 변동이 어떤 주기성으로 과거에 발생 하였는지를 바탕으로 현재 고흥지역의 집중호우 빈도가 1550년과 780년 주기의 정점에 있는 것과 △과거 엘니뇨 빈도가 증가한 시기에 남해지역에서의 집중호우 빈도가 증가함을 밝혔다. 또 △고흥지역에서 복원된 고해상도 집중호우 기록이 남해와 일본 서부연안을 대표할 수 있는 광역 태풍-수문변동 지시자로 활용될 수 있는 가능성을 보여줬다고 평가하고 있다.

연구논문의 제1저자인 임재수 박사는 “연안지역의 퇴적물은 당시에 비가 얼마나 집중적으로 내렸는지에 따라서 강으로 유입되는 육성기원 입자 크기, 구성물질 등의 특성이 달라지므로 집중호우와 관련된 수문-기후변화의 중요한 단서가 될 수 있다”며, “한반도 하천-연안 지역에서의 지속적인 퇴적층 연구를 통해 급변하는 기후변화에 대응할 수 있는 기후변화 예측 모델링 시스템 구축을 목표로 연구팀 모두가 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

한국지질자원연구원 김복철 원장은 “이번 연구결과는 그동안 기후 변화연구에 있어 KIGAM 연구자들의 끊임없는 노력의 결과이자 우수한 성과”라며, ”앞으로도 국가와 국민에게 도움이 될 수 있는 밀접한 지질자원분야의 맞춤형 정보 제공을 위하여 연구 지원을 아끼지 않겠다“고 밝혔다.

□ 한편, 한국지질자원연구원에서는 2020년부터 연안지역을 포함한 전 국토의 퇴적층 정보를 담은 제4기지질도를 제작-발간하기 위한 사업을 계획하고 있다. 국민생활의 기반이 되는 제4기 퇴적층 연구는 세계적으로 자원개발과 고환경/기후 복원이라는 관점에서 중요한 영역으로 부각되고 있다. 제4기지질도 제작 사업을 통하여 국가와 국민에 필요한 맞춤형 지질자원정보, 고환경/기후정보를 체계적으로 정리하여 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

※ 논문링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379119304457

※ 참고자료


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