지구온난화로 인해 대기와 마찬가지로 바다 물의 온도(수온)도 올라가는데, 그 증가폭은 중위도 해역에서 가장 크게 나타난다 . 이러한 큰 수온 증가는 해류계 변화에 의한 것으로 알려져 있는데, 북서태평양에서는 쿠로시오와 쿠로시오 확장역이 북쪽으로 이동하기 때문에 수온이 큰 폭으로 올라가는 것으로 알려졌다. 황해와 동해 모두에서 관측된 큰 폭의 수온 상승은 겨울철의 북서 계절풍이 약해짐으로써, 해양에서 대기로 방출되는 열이 줄어 들었기 때문으로 유추되었다. 이러한 바다의 온도 변화는 기상에 큰 영향을 주기 때문에 수온이 얼마나 변해왔고, 앞으로 어떻게 변화할지 파악하고자 많은 노력을 기울이고 있다. 
    

과거의 수온변화에 대한 연구는 과거 관측 자료를 이용하여 진행한다. 앞으로 나타날 수온 변이 정도를 파악하기 위해서는 과거에 나타난 수온 증감의 원인을 먼저 밝히고 , 해양순환모형을 이용하여 미래 상황을 예측한다. 우리나라 주변해역은 지난 수 십 년 간 꾸준히 조사되어 왔다. 이 자료와 해외에서 정리된 자료에 근거하면 50년대 이후 황해에서는 약 평균 1℃ 정도, 동해에서는 1890년대 이후 1~2℃ 정도 수온이 상승하였다. 
    

수온에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나가 해류인데, 이에 관한 자료는 매우 드물기 때문에 관측자료만을 이용해서는 해류 변화에 의한 수온변화를 파악하기는 불가능하다. 해류의 영향을 파악하기 위해서는 해양순환모형이 필수적이다. 현상의 이해가 주 목적이라면 역학적 과정만이 고려된 모형이어도 무방하겠지만, 과거의 변화를 정량적으로 평가하려면 해양순환모형에 관측자료를 동화시킨 재분석자료가 필요하다. 현재 국내외 여러 연구자들이 관련 주제를 연구하고 있다. 여기에서는 재분석자료와 관련된 KIOST의 연구와 국제동향을 소개한다. 마지막 부분에 이와 관련된 연구를 성공적으로 수행하는데 필요한 간단한 정책적 제안을 하였다.    

KIOST 관련 연구사업 소개

우리나라 주변해역에 대한 과거의 수온 변화와 미래의 변화에 대한 산발적인 연구결과는 있지만, 종합적인 연구는 아직 이루어지지 않았다. 수온변화에 대한 자료는 생태계 등 다른 해양환경의 변화 연구에 필요한 기초 자료이다. 과거의 변화에 대한 평가는 기존 자료의 정확도에 의존하므로 기존자료에 대한 평가가 필요하지만 아직까지 제대로 이루어지지 않았다. 이에 밀도역전이나 기후 평균과 표준편차 이상의 차이를 보이는 자료를 제거하는 등, 기본적인 오류 검증을 통과한 자료를 해양순환모형에 동화시켜 한반도주변해역의 과거수온변화를 평가하고 계절예측을 수행하려는 연구가 진행되고 있다.

모형에 관측자료를 결합(동화)시켜 모형의 오류와 관측자료의 시공간적 불연속성을 극복할 수 있다. 이러한 방법을 사용하여 과거 상태에 대한 자료를 만들어 낼 수 있는데, 이를 재분석자료라 한다. 대기과학분야에서는 이러한 자료가 널리 사용되고 있으며, 해양학에서도 관련 연구나 자료가 늘어나고 있다. KIOST에서는 두 가지 방향으로 해양재분석자료를 만들어 내고 있다. 첫번째로 Data Assimilation System of KIOST(DASK) 라고 이름 붙여진 전 해양 재분석자료인데, 해외 유수 연구기관에서 만들어 내는 것에 비하여 뒤지지 않는 성능을 보인다. 특히 중점을 둔 북태평양에서는 외국의 자료보다 좋은 결과를 보인다(그림 1). 이 DASK 재분석자료는 미국 하와이 주립대학 Asia-Pacific Data-Research Center 를 통하여 국제사회에 배포되고 있다. 두 번째는 북서태평양만 대상으로 하는 고해상도 자료이다. 위의 자료들을 활용하여 한반도 주변해역의 온난화에 대한 심도 깊은 연구를 수행할 예정이다.  

그림2에 나타낸 것처럼 해양순환모형 통계모형과 기후모형을 사용하여 계절규모 또는 약 1년 앞선 시간의 한반도 주변해역 월평균 혹은 계절평균 수온을 예측하려 하고 있다. 계절예측을 위한 통계모델에는 현업에 널리 활용되는 다중선형회귀모형과 정준상관분석모형 등이 있다. 그러나 통계모형은 예측인자에 따라 과적합이 일어나 종종 불안정한 예측결과가 나올 수 있다. 기후모형에서는 열대의 표층수온 특히 열대태평양의 표층수온에 대한 계절예측성이 비교적 높게 나타난다. 하지만 우리나라를 포함하는 중위도 수온의 예측성은 크게 떨어진다. 따라서 기후모형과 통계모형을 조합한 결합 역학/통계모형(hybrid dynamical/statistical model)을 이용하면 두 모형의 단점을 보완하여 한반도 주변해역 수온에 대한 계절예측을 할 수 있을 것으로 기대된다. 

국제동향         

영국의 Hadley Centre에서는 전 세계 관측자료를 수집·분석하여 1871년 이후 해양의 표층수온과 해빙의 분포에 대한 자료(The Hadley Centre Global Sea Ice and Sea Surface Temperature: HadISST)를 제공한다. NOAA 에서도1854년 이후 해양의 표층 수온에 대한 자료(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature: ERSST)를 제공한다. 이러한 자료를 이용하여 과거 해양의 표층수온 변화에 대한 원인과 영향에 관한 연구와 기후변화에 대한 평가가 이루어진다. 이러한 자료는 해양, 대기, 기후 모델 결과 검증과 기후변화 예측 등 다양한 분야에 활용된다.    

과거 자료를 수집하여 검증하고 자료집으로 만들어 내는 데에는 많은 경험과 노력, 주의가 필요하다. 자료집을 만들 때 여러 가지 가정을 하거나 자료 재처리 과정에서 오류가 포함 될 수 있기 때문에, 자료에 대한 꾸준한 검증과 개선이 공개적으로 진행되고 있다. 완벽한 자료는 없다. 불완전하고 오류가 있더라도 현재 우리가 가지고 있는 것을 최대한 활용해야 한다.    

대양의 변화에 대한 연구는 여러 나라에서 진행하고 있으나, 지역해에 대한 연구는 주변국가에서 주로 수행한다. 황해에 대한 연구는 한국과 중국에서, 동해에 대한 연구는 한국과 일본 러시아 등에서 수행하고 있다. 위에서 언급한 자료들은 대양을 주 대상으로 하고 공간해상도가 낮기 때문에 우리나라 주변해역에 적용하는 데에는 한계가 있다. 그러므로 우리나라 주변해역에 관한 자료는 우리가 직접 정리하고 분석해야 한다.    

결론 및 정책제언

우리나라 주변 바다가 더워지고 있는 것은 부정할 수 없는 사실이다. 하지만 관련 연구는 아직까지 표층이나 연안 해역에만 국한되어 있어, 바다의 내부가 어떻게 변화하는지는 잘 알려져 있지 않다. 우리 바다에 대해서는 우리가 주도적으로 연구를 진행해야 하는데, 가장 먼저 해야 할 것이 자료를 확보하고 정리하는 것이다. 자료는 늘 부족하고 불완전하여, 완벽한 자료를 얻기 위해서는 영원히 기다려야 할 것이다. 지난 수 십년 간 우리는 여러 경로를 통하여 우리 바다에 대해 조사하고 연구해 왔다.

좋은 재분석자료가 만들어 지면 많은 사람들이 이를 활용하여 여러 가지 유용한 연구 성과를 이룰 수 있다. 그러나 과거 자료를 수집하여 자료 자체의 정밀도와 정확도를 검증하고, 모형을 구축하여 의미 있는 재분석자료를 만들어 내려면 고도로 훈련된 인력의 시간과 정성이 매우 많이 필요하다. 그러나 재분석자료를 만들어낸 연구자가 연구논문을 작성하고 특허를 출원하는 등 직접적이고 가시적인 연구성과를 바로 많이 만들어 내기란 쉬운 일이 아니다. 모형과 관측자료를 결합하여 재분석자료를 만들어 내는 작업에는 많은 컴퓨터자원과 노력 또한 필요하다.

박영규 | 해양순환·기후연구센터 센터장