2025년 1월 중순에 미국 걸프 해안에 본격적인 눈보라가 내리고, 일부 늪지대와 해변에 전례 없는 추위가 밤새 이어졌을 때( 이 2부작 게시물의 1부 참조  ), 그것은 뉴올리언스와 모바일을 겨울 원더랜드로 바꾸는 것 이상의 일을 했습니다. 그것은 2010년대 초반부터 과학과 미디어 분야에서 계속해서 제기되어 온 주제를 다시 불러일으켰습니다. 북극의 온난화가 북미와 유라시아의 극한의 겨울 현상에 영향을 미치고 있을까요? 그렇다면 어떻게 영향을 미칠까요?

실제로 이 주제에 대한 활발한 과학적 논쟁이 있습니다. 이 논쟁은 일반 뉴스 독자에게는 불투명할 수 있지만, 겨울 날씨를 좋아하는 사람부터 겨울을 대비해야 하는 사람까지 모든 사람에게 중요합니다. 여기에는 이번 주 미국 중부와 동부에 걸쳐 극심한 한파가 덮쳐 수백만 명이 피해를 입었고, 오클라호마에서 노스캐롤라이나까지 상당한 눈이 내렸습니다.

기후 변화를 무시하거나 부정하는 사람들은 때때로 유명한 한파나 눈보라를 사용하여 "아직도 이 지구 온난화를 즐기고 있나요?"와 같이 비꼬는 말을 합니다. 다른 사람들은 때때로 아직 조사 중인 연결에서 뛰어들어 철옹성처럼 보이는 결론을 내리기도 합니다. 종종 밈으로 사용되는 이 진술처럼요. "당신이 경험하고 있는 극심한 기온은 기후 온난화 때문에 발생하는 것이지, 기후 온난화에도 불구하고 발생하는 것이 아닙니다."

사람들이 소셜 미디어에서 눈덩이를 앞뒤로 던지는 동안, 수십 명의 과학자들은 10년 이상 이 주제를 훨씬 더 심도 있게 다루어 왔습니다. 한 그룹은 상층 공기 패턴과 그것이 북극 증폭과 어떻게 관련이 있는지 끈기 있게 분석했습니다. 북극 증폭은 북극이  세계 다른 지역보다 더 빨리 따뜻해지고 있다는 관찰을 나타내는 용어  입니다. 그들의 목표는 예상대로 온난화 기후에서 추위와 눈의 극한이 어디에서나 사라지지 않는 이유를 설명하는 것입니다.

또 다른 그룹은 수십 년간의 최근 기후 관찰과 컴퓨터 모델 복제를 똑같이 끈기 있게 면밀히 조사했습니다. 그들은 가장 극심한 추위가 북반구 중위도 대부분에서 점점 덜 빈번해지고 있다는 것을 확인했습니다. 북반구 중위도, 즉 미국, 캐나다, 유럽, 러시아, 중국 대부분을 포함하는 적도에서 북쪽으로 약 35도에서 65도 사이의 넓은 띠입니다. 그리고 그들은 급속히 따뜻해지는 북극이 아니라 자연적인 기후 변화가 지난 수십 년 동안 일부 지역에서 추위와 눈의 극심한 현상이 지속된 이유를 설명할 가능성이 가장 높다고 생각합니다.

고해상도 날씨 모델을 글로벌 기후 예측에 접목하는 새로운 연구 분야도 있습니다. 이 연구는 이번 세기 후반에 미국의 강설량이 어떻게 변화할지에 대한 단서를 더 많이 제공하기 시작했으며, 한 그룹은 결국 남부 눈보라가 거의 없어질 것이라고 보고 있습니다.

결론: 대부분 미국인은 앞으로 수십 년 동안 겨울 날씨가 감소하는 것을 보게 될 가능성이 높습니다. 그러나 몇 가지 중요한 단서가 있습니다. 여기에는 겨울의 위험을 너무 빨리 선반에 올려놓는 위험이 포함됩니다.

북극-중위도 연구의 진화

1990년대부터 과학자들은 기후 변화의 모든 영향이 간단하지 않을 것이라고 경고했습니다. 한 가지 예가 " 습하면 더 습해지고, 건조하면 더 건조해진다 "는 역설입니다. 따뜻해지는 대기는 건조한 지형에서 더 많은 수분을 증발시켜 가뭄의 영향을 악화시키고, 바다에서도 증발시켜 극심한 강우를 심화시킵니다.

더운 공기와 과도한 습기는 일반적으로 눈보라에 좋지 않습니다. 하지만 특정 경우와 지역에서는 눈이 더 많이 내릴 수 있습니다. 다만 기온이 눈이 내릴 만큼 충분히 낮게 유지되어야 합니다.

2010년대에 과학자들은 중위도 겨울 폭풍이 북극 온난화의 가속화, 특히 북극 해빙 범위의 감소에 의해 어떻게 영향을 받을 수 있는지 분석하기 시작했습니다. 연간 최소의 전형적인 시기인 9월에 측정한 해빙 손실은 2000년대에 심화되었고 2012년에 현재 최저 기록을 기록했습니다. 그 이후로 "새로운 비정상" 낮은 범위(아래 그림 1 참조)를 중심으로 진동했으며 앞으로 더 많은 손실이 있을 것입니다. 겨울 손실도 극적이었습니다. 최근 며칠 동안 북극 해빙 범위는 2월 초에  기록적인 최저치를 기록했습니다  .

"이 지속적인 새로운 정상과 관련된 대부분의 오래되고 두꺼운 얼음의 손실은 새로운, 더 따뜻한 북극의 두드러진 특징으로, 10년 이상의 계절적 기후 패턴과 해양 조건의 변화에도 불구하고 얼음 덮개가 탄력적으로 낮습니다." 국립 눈과 얼음 데이터 센터는  2024년 10월에 보고했습니다  . 

 2월 6일에 출판된 Science의 리뷰 논문은 National  Snow and Ice Data Center의 Julienne Stroeve가 주도했으며, 산업화 이전 수준보다 화씨 2.7도의 지구 온도 상승이 있을 경우 북극은 "현재로서는 알아볼 수 없을 정도로 변형"되어 매년 여름 몇 달 동안 북극은 사실상 얼음이 없을 것이라고 경고했습니다.

북극이 녹으면 미국의 날씨에 영향을 미칠까? 

 2012년 제니퍼 프랜시스(현재 우드웰 기후 연구 센터)와 위스콘신-매디슨 대학의 스티븐 바브루스가 발표한 논문 에 이어 헤드라인이 등장했습니다  . 프랜시스와 바브루스는 북극 증폭으로 인해 서쪽에서 동쪽으로 흐르는 제트기류가 약해지고 대기 순환에서 북남으로 향하는 큰 상층파가 더 자주 발생할 것이라고 제안했습니다. 그들은 또한 이러한 변화로 인해 미국과 기타 지역의 중위도 극한 기상 현상이 더 지속되고 영향이 더 극심해질 것이라고 가설을 세웠습니다. 프랜시스와 동료들은 이후 여러 후속 논문에서 이 작업을 확장했습니다.

"기후가 따뜻해지면서 한파 기록이 깨지는 일이 줄어들고 있는 것은 분명하지만, 추위로 인한 혼란은 극심한 추위가 흔치 않은 지역에서 느껴지고 있으며, 루이지애나, 플로리다, 그리스, 사우디아라비아의 이번 겨울처럼 사람들과 지역 사회가 이에 대비하지 못하고 있습니다." 프랜시스는 이메일을 통해 Yale Climate Connections에 이렇게 말했습니다.

한편, Atmospheric and Environment Research, Inc.의 Judah Cohen은 이미 수년간 스칸디나비아 북쪽과 러시아 서부의 바렌츠해와 카라해의 해빙 손실을 분석하면서 열린 물의 수분이 시베리아에 축적되는 가을 눈덮임을 증가시키는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 살펴보았습니다.  2012년의 이 논문을 포함한 일련의 논문에 나와 있듯이  , Cohen과 동료들은 시베리아 눈덮임이 증가한 위에 형성되는 차가운 표면 고기압이 제트기류를 방해하여 성층권 극지방 소용돌이를 교란하고, 몇 주에서 몇 달에 걸쳐 북미를 포함한 북부 중위도에서 심각한 겨울 기상 현상을 심화시킬 수 있다고 주장했습니다.

북극 변화와 중위도 겨울 날씨에 대한 연구는 2020년 이후로만 최소 75편의 논문에 걸쳐 있습니다. 이러한 연구 주제는 2023년 워크숍과  2024년 12월  Environmental Research: Climate에 게재된 방대한 리뷰 논문에서 함께 모아졌습니다. 영국 링컨 대학교의 수석 저자인 에드워드 하나와 함께 이 논문에는 북미, 유럽, 아시아의 8개국에서 온 19명의 공동 저자(프랜시스와 코헨 포함)가 참여했습니다.

논문은 이 주제를 "연구와 토론의 중심적이고 논란의 여지가 있는 영역"이라고 언급하며 "누적된 증거에 따르면 최근 북부 중위도 겨울 추위 현상의 추세는 북극 온난화와 연간 변동성을 포함한 여러 영향의 조합 때문"이라고

덧붙였습니다. 리뷰 논문에서 강조했듯이 과학자들은 수년에 걸쳐 그물을 넓혀 성층권 극소용돌이의 분열과 변위뿐만 아니라, 소용돌이가 타원형이나 콩 모양으로 길어지는 덜 알려진 스트레칭 현상도 연구했습니다. 이러한 현상은 최근 몇 년 동안 북미에서 두드러졌으며, 이번 겨울도 포함되었습니다(  이 시리즈의 1부 참조 ).

 2021년 과학 논문 에서 코헨은 북극 증폭 시대에 스트레칭 현상이 증가했다는 증거를 제시했으며, 그와 동료들은 곧 발표될 논문에서 미국 중부와 동부의 극한의 겨울 날씨가 균열과 변위보다 스트레칭 현상과 함께 더 자주 발생하는 경향이 있다는 것을 발견했습니다. 

코헨은 "늘어나는 사건으로 인한 영향은 오래 지속되지 않으며 극지방 소용돌이의 변화는 [분열과 변위의 경우만큼] 극적이지 않습니다."라고 말했습니다.

북극과 열대 지방의 연결도 더욱 면밀히 조사되고 있습니다. 그리고 일련의 연구에서 베이징 사범 대학의  빈허 뤄  와 동료들은 비선형 이론을 적용하여 대기 블록의 복잡한 본질을 더 잘 이해했습니다. 대기 블록은 며칠에서 몇 주 동안 지속되는 상층 고기압으로, 혹독한 추위와 눈을 포함한 극한의 겨울 날씨가 며칠 동안 지속되도록 하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

프랜시스는 "이러한 블록이 형성될 때마다 우리는 그 주변에서 매우 지속적인 기상 조건을 봅니다."라고 설명했습니다. "날씨와 기후를 시뮬레이션하는 컴퓨터 프로그램은 이러한 블록을 현실적으로 포착하는 데 어려움을 겪으므로 이를 더 잘 이해하면 미래에 극심한 날씨에 대한 더 정확한 기상 예보와 예측이 가능해질 것입니다." 

북극의 역할에 대한 다른 견해

극지방 성층권이 기후 변화의 영향을 받는다고 가정할 때, 이것이 미국과 다른 중위도 지역의 겨울 극한에 대한 확실한 변화로 이어졌을까요? 영향력 있는 기후 과학자 중 일부는 아직 확신하지 못하고 있습니다. 여기에는 Texas A&M University의 Andrew Dessler가 포함됩니다. 

"누군가가 기후가 따뜻해짐에 따라 겨울 폭풍의 심각성이나 빈도가 더 심해지고 있다는 것을 보여주는 통계를 보여주기 전까지는, [그런] 개별 사건이 기후 변화와 관련이 있다고 믿지 않을 것입니다." 데슬러는 이메일로 이렇게 썼습니다. "저는 연관성이 있다고 생각하는 사람들을 존경합니다. 그리고 우리는 과학계가 모든 의견 불일치를 다루는 것과 같은 방식으로 그것을 논쟁할 것입니다. 그러나 합의가 부족한 상황에서, 저는 기후 변화를 이런 추운 사건과 자신 있게 연결하는 것은 잘못된 일이라고 생각합니다."

대기 역학과 이를 글로벌 기후 모델에서 포착하는 방법을 연구하는 NSF 대기 연구 센터의 Isla Simpson은 이메일에서 "저는 성층권 극지방 소용돌이와 중위도 날씨 모두에서 큰 내부 [자연적] 변동성이 추운 극한 상황을 더 가능성이 높게 만드는 장기적 추세를 보고 있는지에 대한 확실한 진술을 하는 것을 정말 어렵게 만든다고 생각합니다."라고 말했습니다. 

이러한 자연적 변동성은 일부 지역의 겨울이 수십 년 동안 세계적 추세와 동조하여 따뜻해지지 않은 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가장 극적인 사례는 동북아시아로, 1990년대에서 2010년대까지 겨울 기온이 실제로 약간 낮아졌습니다. 또한 20세기 중반에서 금세기 초까지 미국 오하이오 밸리와 동남부 일부 지역에서 겨울 온난화가 거의 없거나 약간 낮아지지 않았습니다. 이곳은 오랫동안 연구된 "온난화 홀"(  현재 감소 중 )의 일부로, 재산림화  와 햇빛을 가리는 전후 오염을  포함한 여러 요인이 작용했을 수 있습니다 .

코헨은 지구 온난화와 함께 상승하지 않는 지역적 겨울 기온은 그 자체로 주목할 만한 일이 될 수 있다고 주장합니다. 이는 그가 이끈 2023년 연구의 제목에 반영되어 있습니다. " 최근 북극 증폭 기간 동안 중위도 극한의 추위 추세가 감지되지 않았습니다 ."

코헨은 "사람들에게 겨울이 더 따뜻해지고 인생에서 다시는 눈을 볼 수 없을 거라고 말하다가 걸프 해안의 야자수에 눈이 쌓이는 것을 보게 되는" 위험에 대해 궁금해합니다. 그는 겨울 사건이 더 흔해지지 않더라도 여전히 발생할 수 있고 여전히 심각할 수 있다는 점을 강조해야 한다고 주장합니다. "저는 이것이 당신의 신뢰성을 감소시키는 것이 아니라 증가시킨다고 생각합니다."

 강설량과 기온을 모두 평가한 이 분야에서 몇 안 되는 논문 중 하나인 2024년 논문 에서  Cohen, Francis, 그리고 Atmospheric and Environment Research, Inc.의 또 다른 연구원인 Karl Pfeiffer는 1950년부터 2023년까지 미국 북부, 캐나다 남부, 동북아시아에서 겨울 날씨가 더 가변적이 되고 유럽과 북극해에서는 변동성이 감소하는 추세를 강조했습니다.  2018년 미국 중심 연구 에서와 마찬가지로 저자들은 Midwestern Regional Climate Center에서 개발한 도구인  Accumulated Winter Season Severity Index(누적 동계 계절 심각도 지수)를 사용 했는데, 이 도구는 가을부터 봄까지 추위와 눈의 강도와 지속성을 주어진 위치에서 일반적인 수준과 비교하여 통합합니다. 이를 " 비참함 지수"라고도 합니다.  (  2024-25년  2월 17일까지의 지수는 전국 대부분 지역에서 "경미함", "보통", "보통"으로 나타났습니다. 5단계 중 1, 2, 3단계이며, 일부 지역에는 "심각함"과 "극심함" 상태가 나타났습니다.)

이 지수는 1950-2023년 기간 동안 북반구 전역에서 광범위한 감소 추세를 보였지만, 북극이 빠르게 따뜻해진 최근 수십 년 동안 북미 북부 대부분과 유라시아 일부 지역에서 증가 추세를 보였습니다(아래 그림 5 참조). 이 연구는 또한(그림에는 표시되지 않음) 북극 위 수 마일까지 확장되는 비정상적으로 따뜻한 기간이 1950-2023년 기간 동안 북부 중위도 전역에서 높은 겨울 심각도와 강력한 상관 관계가 있음을 발견했습니다. 다시 말해, 북부 중위도 겨울은 지난 75년 동안 덜 심각한 추세를 보였지만, 2000년 이후 일부 지역에서는 춥거나 눈이 내리는 겨울이 분명히 증가했습니다. 그리고 그 겨울이 혹독해질 때, 그것은 북극 온난화와 밀접한 관련이 있는 것으로 보입니다.

자연적인 변화가 이 그림에 어떻게 들어맞는가?

다른 전문가들은 코헨과 그의 동료들이 분석한 일부 추세는 자연적 변동 범위를 넘어설 만큼 장기적이거나 일관적이지 않으며, 따라서 언제든지 바뀔 수 있다고 오랫동안 주장해 왔습니다.

캐나다 환경 및 기후 변화 연구원인 러셀 블랙포트, 엑서터 대학교의 제임스 스크린, 그리고 동료들은 여러 연구에서 이 주제로 돌아왔습니다.  2024년 10월에 출판된 Science Advances의 논문 에서 그들은 1990년부터 2022년까지 북반구 중위도에서 각 지점의 3개월 평균 겨울 기온이 10년당 평균 0.25°C씩 상승했다는 것을 발견했습니다. 그러나 각 지점에서 일년 중 가장 추운 날은 겨울 내내 평균보다 거의 두 배나 빨리 상승했습니다. 10년당 0.42°C 상승했습니다. 간단히 말해서, 겨울이 평균적으로 더워지고 있을 뿐만 아니라 가장 추운 겨울날은 훨씬 더 빠른 속도로 더워지고 있습니다.

1990~2013년과 2000~2013년의 짧은 기간에 대한 결과가 다르게 나타났는데, 이는 추세 분석의 시작 연도와 종료 연도가 결과에 얼마나 큰 영향을 미치는지를 다시 한번 보여줍니다.

블랙포트와 동료들은 같은 연구에서 기후 모델을 사용하여 지난 수십 년 동안의 겨울 날씨를 재현한 결과, 모든 시뮬레이션에서 최근 수십 년 동안 몇몇 지역에서 한파가 더 자주 발생하거나 강해졌다는 것을 발견했습니다. 

"하지만 이런 일은 다른 시뮬레이션의 다른 지역에서 발생하므로 모든 시뮬레이션의 평균을 내면(따라서 내부 변동성에 대한 평균을 내면) 모든 곳에서 강도/빈도가 크게 감소하는 지구 온난화 신호가 남습니다." 블랙포트가 이메일에서 말했습니다. "장기적 추세(50~70년)는 모든 곳에서 강도/빈도가 감소하는 것을 보여줍니다. 최근의 단기적 추세가 증가하는 지역도 포함됩니다."

"저는 우리 모두가 북극 증폭 없이도 극한의 추위가 자연스럽게 발생할 수 있으며, 기후가 따뜻해지면 계속 발생할 것이라는 것을 알고 있다고 생각합니다." Screen이 이메일로 썼습니다. "저는 또한 북극 증폭이 어떤 면에서는 중위도 날씨에 영향을 미칠 수 있다는 데 동의하지만, 그것이 더 많은 극한의 추위로 이어질지는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다.

“어떤 면에서 의견 차이는 '증거 부담'을 어디에 두느냐에 달려 있습니다. 우리는 관찰된 극한의 변동성과 추세가 자연적(내부적) 변동성과 일치한다고 말하고 있습니다. 어떤 의미에서 북극은 유죄 판결이 날 때까지 무죄입니다... 하지만 무죄를 증명하는 것도 어렵습니다. 관찰된 변동성과 극한의 추세가 자연적(내부적) 변동성과 일치하지만, 북극 온난화가 영향을 미치지 않는다는 것을 반드시 의미하는 것은 아닙니다. 본질적으로 우리는 어느 정도 교착 상태에 있습니다. 연관성을 완전히 증명하거나 반증하기 어렵기 때문입니다. 비유를 계속하자면, '배심원'은 분열되어 있습니다.”

21세기 기후에서 미국의 눈의 미래

온난화 세계에서 최고 눈보라가 어떻게 변할지는 극한의 추위보다 더 까다로운 문제입니다. 비교적 간단한 것은 기온이 상승하면서 눈이 많이 내리는 지역이 시간이 지남에 따라 극지방으로 밀려날 것이라는 것입니다. 하지만 일부 지역에서는 적어도 그 지역이 여전히 규칙적인 눈이 내릴 만큼 추운 동안에는 더 많고/또는 더 많은 눈보라가 올 가능성도 있습니다.

새로운 모델링 접근 방식은 이 문제를 더 자세히 해결하는 데 도움이 됩니다. Northern Illinois University의 Walker Ashley와 동료들은 현재 검토 중인 논문에서 북미 중부와 동부의 눈보라의 미래를 조사했습니다. 그는 1월에 역사적인 눈보라가 내리기 불과 일주일 전인 뉴올리언스에서 열린 American Meteorological Society의 2025 연례 회의에서 새로운 작업을 미리 보여주었습니다. " Winter Weather in a Warming World "라는 세션의 일부로 진행되었습니다.

Ashley의 팀은 글로벌 규모의 변화가 지역적 강설에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 측정하기 위해 Community Earth System Model의 미래 기후 시뮬레이션 두 세트에 고해상도 지역 날씨 모델(WRF-ARW)을 포함시켰습니다. 하나는 고배출 시나리오(RCP8.5)를 기반으로 하고 다른 하나는 중간 범위 시나리오(RCP4.5)를 기반으로 합니다. 지역 날씨 모델은 세기 중반(2040-2055)과 세기 후반(2085-2100)의 15년 단위 시간 슬라이스로 실행되었습니다. 글로벌 모델에서 발생하는 대기 구조와 순환의 모든 변화를 자동으로 통합하는 이 동적 다운스케일링 접근 방식은 해당 그룹이 2023  년 연구 에서  슈퍼셀 뇌우의 미래 변화를 분석하는 데 사용한 것과 동일합니다.

전반적으로 새로운 연구에서 예측된 강설량 변화는 예상대로입니다. 눈보라의 수와 지속 시간, 영향을 받는 지역, 그리고 강설량에 포함된 물의 양은 모두 세기 중반까지 두 시나리오 모두에서 몇 퍼센트씩 감소합니다. 하이엔드 시나리오에서 세기 후반의 감소는 25%를 초과합니다. 눈 시즌도 짧아지고, 중간 및 하이엔드 시나리오 모두에서 세기 중반에 이르러서야 초가을과 봄 중반에 급격히 감소합니다.

그리고 두 시나리오 모두에서 가장 극심한 강설 빈도(그림 7 참조)는 향후 수십 년 동안 미국 남부 대부분 지역에서 50% 이상 급감합니다. 결국 연구자들은 이를 텍사스에서 대서양 중부까지 "거의 눈보라가 없어지는" 현상이라고