인도양 해양파 변화로 빈번해지는 양쯔강 유역의 홍수 새글 첨부파일 있음

- 짝수년에 강화하는 동아시아 여름 호우 대비 위해 인도양 연구 강화해야 -

[연구필요성]

대규모 인명피해를 가져오는 동아시아 여름 몬순 호우와 홍수가 열대 서인도양 해표면 수온의 비정상적 상승 및 대기 대류 강화와 원격 상관에 따른 서태평양 아열대 고기압 영향을 받음은 알려져 있으나, 1990년대 이후 강화된 그 연결성을 설명하는 메커니즘은 여전한 난제임

최신 연구는 1990년대 이후 인도-태평양과 대기 순환 결합 강화 및 준격년(약 14-36개월) 주기 변동성 증폭을 보고했지만, 증폭된 인도양 준격년 변동성이 어떤 메커니즘을 통해 해표면 수온, 동아시아 강우와 양쯔강 범람에 영향을 미치는지에 대한 의문이 해소되지 않고 있음

따라서, 1990년대 이전과 이후 인도양 해양파 역학의 비교·분석을 통해 해표면 수온의 비정상적 상승을 유지하는 물리적 메커니즘과 그 동아시아 여름 몬순 준격년 변동성 연결 강화 원인을 규명하는 연구를 수행

[연구성과/기대효과]

이번 연구를 통해 여름철 동아시아 호우와 양쯔강 유역 범람에 주효한 영향을 미치는 열대 서인도양 해표면 수온의 비정상적 상승 유지에 인도양 해양파 역학이 핵심 메커니즘으로 작용함을 밝힘

인도양 해양파 역학의 변화 과정을 밝혀 엘니뇨 남방진동, 인도양 모드, 인도양 쌍극자 모드로 알려진 기후변동의 준격년 변동성과 그 동아시아 여름 몬순 연결성의 1990년대 이후 강화 원인을 최초로 규명함

열대 서인도양 모니터링 강화를 통해 동아시아 폭우(홍수)와 가뭄(폭염) 등의 기후재난 피해 경감과 기후위기 적응에 필수적인 예측력 향상 가능성을 제시

동아시아 호우와 양쯔강 범람에 대한 예측력 향상은 자연재해 방재와 기후위기 적응 외에도 한반도 남해안과 제주 인근 해역의 저염수 피해 경감 등 해양생태계와 수산 측면에서도 매우 중요함

[본문]

서울대학교 미래혁신연구원 및 자연과학대학 지구환경과학부 남성현 교수 연구팀은 최근 강화되어 약 2년마다 반복되는 여름철 동아시아 폭우와 양쯔강 유역 홍수 등에 연결된 인도양 해양파 변화 역학 메커니즘을 최초로 규명함. 이번 연구는 서울대학교 미래혁신연구원 파니니 다스굽타(Panini Dasgupta) 박사의 주도로 서울대학교 자연과학대학 지구환경과학부, 한국해양과학기술원, 미국 해양기상청 태평양환경연구소, 인도 열대기상연구소가 함께 수행했으며, 이 국제공동연구 성과는 국제적 우수학술지 'Nature Communications (네이처 커뮤니케이션스)'에 게재됨

□ 여름철 동아시아 호우와 양쯔강 범람 빈도 및 준격년 기후변동성의 연결성 강화 확인

여름철 동아시아 강우량 및 양쯔강 담수 유출량의 극한 빈도 관측 결과는 과거(1960-1991년) 대비 최근(1992-2024년) 급증했음을 나타내고, 이러한 현상은 엘니뇨-남방진동(El Niño-Southern Oscillation), 인도양 모드(Indian Ocean Basin mode), 인도양 쌍극자 모드(Indian Ocean Dipole mode) 각각의 준격년(약 14-36개월 주기) 변동성(quasi-biennial variability) 강화와 유의한 상관성을 보임

이번 연구에서는 과거 대비 최근 크게 강화된 준격년 인도양 해양파의 증폭과 그 특성 변화가 인도-태평양 및 동아시아 몬순 사이의 연결성을 강화되는 새로운 물리적 메커니즘으로 작용함을 최초로 제시함

□ 준격년 변동성 강화와 열대 인도양 로스비파 특성의 변화 규명

가장 뚜렷한 준격년 변동성 강화 신호는 세이셸레스-차고스 수온약층 융기(Seychelles-Chagos Thermocline Ridge) 해역과 자바-수마트라(Java-Sumatra) 연안을 따르는 열대 위도대에서 발견됨

총 8단계로 구분한 열대 인도양의 서향 전파 경압 로스비파(baroclinic Rossby waves)의 위상 모두에서(특히 침강 로스비파에 해당하는 위상 4, 5, 6에서) 세이셸레스-차고스 수온약층 융기 해역의 전파속도 및 동-서 방향 파장이 과거 대비 최근 증가함

열대 동인도양보다 서인도양에서 더 빠르게 서향 전파하는 경압 로스비파의 전파 가속 정도가 과거 대비 최근 더욱 뚜렷해졌음

바람응력 회전(wind stress curl)과 관련된 침강 로스비파(downwelling Rossby waves)의 과거 대비 최근 증폭과 전파 가속에 따른 서인도양 수직 혼합 약화와 해표면 수온의 비정상적 상승 유지 현상을 여름철 동아시아 호우와 양쯔강 유역 홍수의 준격년 연결성 강화의 핵심 메커니즘으로 제시함

엘니뇨와 바람응력 회전, 그리고 양쯔강 유출량과 바람응력 회전의 준격년 변동폭 증가뿐만 아니라 이들 사이의 위상 일관성도 증가한 점도 인도양 로스비파의 증폭, 전파 가속과 동아시아 여름 몬순 연결성이 강화했음을 뒷받침함

이번 연구는 준격년 주기 인도양 로스비파 역학 변화가 과거 대비 최근 급증한 여름철 동아시아 호우와 양쯔강 유역 홍수의 경년 변동성을 좌우하는 핵심 동인임을 시사하며, 인도양 기인 동아시아 여름 몬순 변동의 중요성을 강조함

□ 열대 서인도양에서 찾은 기후재난 방제 및 방재와 기후위기 적응 해법의 실마리

이번 연구는 동아시아 여름 몬순에 관련된 폭우 등의 자연재해 사전 대응(방제)과 실시간 대응(방재)을 위해 열대 서인도양 환경에 대한 모니터링 강화가 중요함을 보여준 결과임

이번 연구로 동아시아 기후재난 피해 경감 등 기후위기 적응 해법의 중요한 실마리가 열대 서인도양에 있음을 밝혀 향후 열대 서인도양의 지속적인 현장 관측 데이터 축적을 통해 전반적인 동아시아 여름 극한 기후 예측력 향상이 가능함을 입증함

교신저자를 맡은 연구책임자 남성현 교수(서울대학교)는 "정확히 2년 주기는 아니지만 준격년 변동은 거의 2년에 가까워서 과거 2020년이나 2024년, 그리고 올해와 2028년 같은 짝수해 여름에는 특히 호우(홍수) 대비에 더 철저한 방재가 필요함을 뜻한다. 인도양 수산자원뿐만 아니라 동아시아 여름 몬순에 대한 전반적 모델예측력 향상과 한반도 주변 해양생태계와 수산자원 관리를 위해서도 열대 서인도양 모니터링 강화와 지속적인 해양 관측자료 수집이 중요하다"라며 이번 연구의 시사점을 강조했다.

제1저자를 맡은 파니니 박사(서울대학교)는 "한국해양과학기술원 인도양 연구 사업(KIOS) 일환으로 인도양 승선 조사에 참여했던 2024년 봄에 연구선 이사부호 선내에서 공저자들과 종종 동아시아 여름 몬순에 영향을 미치는 서인도양 물리적 과정에 대해 자주 토의하며 그해 여름에 발생할 호우 피해를 걱정했던 기억이 나는데, 실제로 그해 양쯔강 유역의 대형 홍수 등 막대한 피해 소식을 접하면서 이 연구에 더 박차를 가하는 계기가 되었다"고 이번 연구 과정의 소회를 밝혔다.

공동저자로 참여한 사란야 박사(서울대학교)는 "열대 서인도양, 특히 세이셸레스-차고스 수온약층 융기 해역은 인도양 최대 용승 해역이자 매우 생산력이 큰 해역인데, 이번 연구는 해양파 역학이 해양열파(바다의 폭염)와 같은 극단적인 환경도 유도해서 해양생태계 전반에 큰 영향을 미칠 수 있음을 시사하는 매우 중요한 연구 결과라고 생각된다"고 이번 연구의 중요성을 강조했다.

공동저자로 참여한 강동진 박사(한국해양과학기술원)는 "이번 연구 성과는 인도양이 우리나라 주변 바다에 주요한 영향을 미친다는 점을 다시 한번 증명한 것에 의의가 있으며 이러한 이유로 인도양을 포함한 대양 연구는 필수적이다."라며 이번 연구 성과가 가지는 전반적 의의를 부각했다.

본 연구의 공동교신저자로 참여한 미국 해양기상청 소속 마이크 맥파든(Michael J. McPhaden) 박사는 한국해양한림원의 외국인 석학회원이며, 매튜 콜 록시(Mathew Koll Roxy) 교수는 제1저자 파니니(Panini Dasgupta) 박사와 공동저자 사란야(JS Saranya) 박사 부부의 각각 박사 및 석사 지도교수이고, 공동저자 강동진 박사는 현재 한국해양과학기술원 부원장이다.

본 연구는 해양수산부 해양수산과학기술진흥원(기후변화 예측력 향상을 위한 대양 연구 사업) 및 한국연구재단(글로벌 기초연구실 및 중견연구자지원사업)의 재정 지원을 받아, 한-미 인도양 공동연구 프로그램(KUDOS)과 한국해양과학기술원 인도양 연구 프로젝트(KIOS) 일환으로 추진되었고, 한국해양한림원의 "해양수산 과학기술 국제협력 고도화" 사업(유엔 해양과학 10년 도전과제 7: 전 지구 해양관측 확장)의 일부 지원도 받았다.

[연구결과]

Frequent Floods in the Yangtze River Basin Linked to a Shifted Indian Ocean Wave Regime

Panini Dasgupta, SungHyun Nam, Michael J. McPhaden, Dong-Jin Kang, Saranya. J. S., M. K. Roxy
(Nature Communications, 2026, in press, https://www.nature.com/articles/s41467-026-70940-z)

양쯔강 유역의 여름철 대형 홍수를 6배나 급증시키며 동아시아 여름 몬순과 양쯔강 담수 유출이 2년마다 강화하는 특성은 과거 1960-1991년 대비 1992-2024년 기간에 크게 심화했는데, 그 핵심 원인이 기후변동과 관련된 준격년(quasi-biennial) 주기의 강화된 열대 인도양 해양파 특성의 변화 메커니즘에 기인한다.

[그림설명]

과거(1960-1991년) 대비 최근(1992-2024년) 증폭된 준격년(Quasi-Biennial, QB) 양쯔강 담수 유출량(Yangtze River Discharge, YRD) 변동성을 설명하는 모식도 - (1) 인도양 쌍극자 모드(혹은 엘니뇨 남방진동-인도양 쌍극자 모드 결합)에 관련된 양의 바람응력(Wind Stress Curl, WSC)에 의한 켈빈파-로스비파 순환(Kelvin-Rossby wave cycle)의 침강 로스비파(downwelling Rossby waves) 성분 강화, (2) 강제 침강 로스비파 서향 전파속도의 더 빠른 증가와 적도 켈빈파 형태의 반사 및 켈빈파-로스비파 가속에 따른 동아시아 여름 몬순(East Asian Summer Monsoon, EASM)과의 과거 대비 최근 위상 일관성 증가, (3) 길어진 파장과 증가한 진폭 및 증가한 속도로 전파하는 로스비파(위상 6번)에 의해 열대 서인도양의 수직 혼합 약화와 (4) 해표면 수온의 비정상적 상승 및 대기 대류 활동 강화, (5) 대류운과 응결 가열로 마쓰노-길 유형의 대기 켈빈파(Matsuno-Gill-type atmospheric Kelvin waves) 반응 유도, (6) 서태평양 아열대 고기압(Western Pacific Subtropical High) 및 시계방향 대기 순환 강화와 이동, (7) 강화된 시계방향 대기 순환의 서부에서 동아시아 여름 몬순 기간 중 양쯔강 유역으로의 수증기 유입과 극한 호우 유도, 비슷한 과정으로 용승 로스비파는 양쯔강 유역에 가뭄 호조건을 가져옴. 전반적으로 과거 대비 최근 증폭된 준격년 켈빈파-로스비파 가속이 동아시아 여름 몬순 및 연관된 양쯔강 담수 유출량의 준격년 변동성을 강화함.

(a) 양쯔강 담수 유출량(Yangtze River Discharge, YRD; 올리브색은 여름철 평균, 파란색은 준격년 변동 성분을 의미)과 (b) 양쯔강 유역(Yangtze River Basin, YRB) 강우량 시계열(파란색). (b)에는 양쯔강 유역 강우량(빨간색)과 해수면 고도(초록색)의 가장 우세한 모드의 진폭에 대해 준격년(Quasi-Biennial, QB) 성분 3년 이동 표준편차(Standard Deviation, STD)를 비교함. (a)에서 표준편차의 2배 이상에 해당하는 극한값을 보이는 기간들은 별도 표시함.