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인석 차
8 years ago
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1 고등과정 함께보는 기상이야기

3 고등과정 함께보는 기상이야기

4 목차 1장. 대기와 해양의 상호작용 _5 STEP 1 STEP 2 STEP 3 STEP 4 대기의 운동, 순환의 원인과 순환세포 _6 대기 대순환의 모델 _7 대기의 순환_8 대기 대순환의 역할 _9 2장. 날씨 패턴 _13 STEP 1 STEP 2 전선의 종류와 특징 _14 고기압과 저기압 _16 3장. 태풍 _21 STEP 1 태풍의 생성과 소멸 _22 STEP 2 위험반원 / 가항반원 _24 4장. 기후 변화 _27 STEP 1 기후 변화의 원인 _28 STEP 2 STEP 3 기후 변화 현상 _33 기후 변화에 대한 대책 _37 STEP 4 기후 변화 시나리오_39

5 함께보는 기상이야기 1장 대기와 해양의 상호작용 STEP 1 대기의 운동, 순환의 원인과 순환세포 STEP 2 대기 대순환의 모델 STEP 3 대기의 순환 STEP 4 대기 대순환의 역할 체험 학습 노트

6 함께보는 기상이야기 1. 대기의 운동, 순환의 원인과 순환세포 지구 규모로 일어나는 대기의 순환. 대기대순환은 3개의 연직순환계의 풍계로 이루어진다. 기온이 높은 적도에서 상승기류가 발달하여 극 지방으로 이동하 게 되므로 적도 지방은 저압대가 형성되고, 상승한 공기가 북으로 이동하여 위도 30 부근에 도달했을 때는 하강기류를 형성하여 고압대를 형성한다. 하 강한 공기는 각각 무역풍과 편서풍을 이루어 이동하고 위도 60 부근에서는 극 지방의 찬 공기와 만나 한대전선대를 형성한다. 결국 대기대순환은 열대세포 중위도세포 극세포 등 3개의 순환 세포를 가지 고 있다. 열대세포와 극세포는 더운 공기의 상승과 찬 공기의 하강에 의해 생 기는 열대류이고, 중위도세포는 두 개의 직접 순환에 의해 생기는 순환으로 찬 공기가 상승하고 더운 공기가 하강하는 간접 순환이다. 따라서 열대류에 의한 직접 순환은 위치 에너지가 에너지를 만들지만 중위도 의 간접 순환은 에너지 소모에 의해 유지된다. <대기 순환도> 6

7 2. 대기 대순환의 모델 대기대순환모델(GCM, General Circulation Model)이란 전 지구적의 기후를 3차원 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 구현하는 시스템이며, 이를 인간의 활동이 기후 에 어떤 영향을 미치는지 알아보는 데 활용하고 있다. GCMs은 수증기나 온실가 스, 구름, 태양복사에너지, 해양온도, 빙권 등 기후에 영향을 주는 다양한 요소들 을 반영하는 복잡한 시스템이다. 가장 최근의 GCM들은 생권(지표), 해양, 대기의 순환을 총괄하도록 구성되고 있다. 3. 대기의 순환 지구의 대기는 작은 회오리 바람부터 태풍, 계절풍과 같은 대기대순환에 이르 기까지 다양한 규모의 순환이 존재한다. 대기순환은 수증기와 에너지를 이동시켜 기상현상과 지구의 열적 평형을 이룬다. 대기 순환의 수평적인 크기와 시간적인 규모에 따라 다양하게 구분한다. 공간 적으로 큰 규모의 순환일수록 긴시간에 걸쳐 나타난다. 1장 대기와 해양의 상호작용 7

8 함께보는 기상이야기 1주일 4 10 초 2 10 초 1초 1일 난류 토네이도 해륙풍 산곡풍, 뇌우 태풍 고기압, 저기압 대기 대순환 편서풍 파동 계절풍 KM 미규모 중간규모 중관규모 지구규모 규모 미규모 중간규모 특징 1km 미안의 크기이며 몇 분 이내로 나타난다. 1~100km 규모로 1주일 정도 나타난다. 지역에 따 라 날씨에 영향을 주며 하 루를 주기로 반복현상이 나타나기도 한다. 현상 소용돌이, 난류, 회오리바람 등 뇌우, 산곡풍, 해륙풍 종관규모 수백 수천km 규모로 1일 1주일 수명을 갖는 규모이다. 일기예보에서 주로 다루는 순환규모이다. 고기압, 저기압, 태풍 지구규모 수천km 이상의 규모로 수 주일 이상나타나며 영구적 으로 지속되는 순환규모이다. 계절풍, 편서풍, 대기대순환 8

9 4. 대기 대순환의 역할 태양복사와 지구복사의 열수지는 위도에 따라 다르다. 대체로 위도 35 ~40 를 기준으로 고위도 지방에서는 에너지 부족이 발생하며, 저위도 지방 에서는 에너지 잉여가 발생한다. 이러한 불균형을 해소하기 위하여 지구적 규 모에서 대기의 이동이 일어난다. 지역 간의 기온 차는 기압 차를 일으킨다. 고온지역은 대기가 가열되어 상승기 류가 일어나 저기압을 이루며, 한랭지역에서는 하강기류가 발생하여 고기압 을 이루고 있다. 이러한 원리에 따라 지구적 규모의 기압배치가 일어난다. 적도 주변에서는 상승기류에 의해서 적도 기압대가 형성된다. 상승한 기류는 위도 30 부근에서 하강하여 고기압이 발달하며, 이를 아열대 고압대라 한다. 한편, 극 주변에서는 대기가 냉각되어 극 고압대를 이루며 극고압대의 찬기류 가 아열대 고압대의 따뜻한 기류와 위도 60 부근에서 만나 한대 전선을 형성 한다. 따라서 지구 상의 기압배치는 적도저압대(열대 수렴대), 아열대 고압대, 고위도 저압대(한대 전선대), 극 고압대 순으로 나타난다. 바람이란 기압 차에 따라 대기가 고기압에서 저기압으로 이동하는 현상을 가 리킨다. 바람은 대기 중의 수분과 열을 한 장소에서 다른 장소로 운반하는 역 할을 하며, 이러한 현상은 지구 전체의 규모에서 열평형을 이루려는 방향으로 전개된다. 1장 대기와 해양의 상호작용 9

10 대기와 해양의 상호 작용 문제 풀이로 심화하는 기상학습노트(1) 학습 목표 대기대순환의 뜻과 원인을 알아본다. 대기대순환의 종류와 지구의 자전과 연관하여 순환을 이해한다. 문제 풀이 문제 풀이로 대기와 해양의 상호 작용에 대하여 학습하자. 1. 다음 중 대기대순환으로 옳은 것은 0, 옳지 않은 것은 로 표시하시오. (1) 적도 지방과 60도 부근에서는 공기가 상승한다 ( ) (2) 극지방과 위도 30도 지방은 저기압대가 형성된다 ( ) (3) 위도에 따라 극동풍, 편서풍, 무역풍이 불고 있다 ( ) (4) 남반구와 북반구에 각각 3개의 순환이 이루어진다. --- ( ) (5) 극지방에서 하강한 공기는 60도 부근에서 상승한다. -- ( ) 2. 다음 그림을 보고 지구가 자전하는 대기대순환을 이루고 있을 때 순환 세포를 설명하시오. 답 보기 60 고 30 저 10

11 학습노트-1 앞 페이지의 그림을 보고 아래의 빈칸을 유추하여 보기에서 골라 써넣 으시오. 적도 지방과 위도 ( ) 지방은 ( )기압 지역이고 위도 ( )와 극 지방은 ( )기압 지역이다. 3. 대기대순환과 그 지역에서 부는 바람을 바르게 연결하시오. 극 순환 페렐 순환 해들리 순환 무역풍 편서풍 극동풍 극지방에서 하강하고 위도 60도 부근에서 상승 중위도 지역에서 순환 적도 지방에서 상승하고 위도 30도 부근에서 하강 4. 다음은 각 지역별 에너지양을 나타낸 것이다. 괄호 안의 기호 중 알맞 은 것을 고르시오. 저위도 지역 흡수하는 태양 복사 에너지 ( >, <, = ) 방출하는 지구 복사 에너지 중위도 지역 흡수하는 태양 복사 에너지 ( >, <, = ) 방출하는 지구 복사 에너지 고위도 지역 흡수하는 태양 복사 에너지 ( >, <, = ) 방출하는 지구 복사 에너지 1장 대기와 해양의 상호작용 11

12 TIP 헷갈려? 이것만 봐! - 해들리순환, 페렐순환, 극순환에서 부는 바람은 무역풍, 편서풍, 극동풍이다. - 지상에서 부는 바람은 고기압 지역(위도 30도, 위도 90도)에서 저 기압 지역(적도, 위도 60도)으로 분다. - 지구의 자전으로 인해 바람은 북반구에서는 오른쪽, 남반구에서 는 왼쪽으로 분다. 그러나 만일 지구가 자전하지 않는다고 가정하 면 북반구에서는 북풍, 남반구에서는 남풍만 분다. 12

13 함께보는 기상이야기 2장 날씨 패턴 STEP 1 전선의 종류와 특징 STEP 2 고기압과 저기압 체험 학습 노트

14 함께보는 기상이야기 1. 전선의 종류와 특징 온난전선: 따뜻한 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮기 때문에 온난 전선은 보통 차가운 기단 위로 미끄러져 올라가면서 전진한다. 따뜻한 기단이 차가 운 기단을 밀어낼때 그 맨 앞부분을 온난 전선이라 한다. 온난 전선은 공기 가 안정되어 있어 넓은 면적의 층운형 구름을 형성한다. 때문에 넓은 지역에 오랜 시간 지속적으로 비가 조금씩 내린다. 한랭전선: 일반적으로 밀도가 높은 차가운 공기는 밀도가 낮은 따뜻한 공기 밑으로 들어가는데 이때 따뜻한 기단과 차가운 기단이 만나는 앞부분을 한 랭전선이라 한다. 한랭전선은 최고 50km/h의 속도로 이동하기 때문에 전 선면의 기울기가 가파르고, 이때 형성되는 구름은 높이가 높고 면적이 좁은 적란운이다. 적란운은 돌풍과 뇌우, 비, 눈, 진눈깨비, 우박 등 짧은 시간 동 안 많은 강수를 내리게 한다. 폐색전선: 두 종류의 차가운 공기가 만나는 곳에서 상대적으로 서늘한 공기가 지표면으로 내려가면서 따뜻한 공기가 들어오는 것을 차단시켜서 생기는 것 이 폐색전선이다. 정체전선: 한랭기단과 온난기단이 만났을 때 그 둘의 세력이 비슷하면 두 기 단이 한 위치에 머물러 있게 되는 것을 정체전선이라 한다. 정체전선이 발달 한 지역은 날씨가 흐리고 비가 계속되는데, 우리나라 7월경에 발생하는 장 마전선이 이에 속한다. 14

15 온난 전선 한랭 전선 폐색 전선 정체 전선 <전선기호> 구분 온난전선 한랭전선 전선면의 기울기 완만 급경사 전선면의 이동 속도 느리다 빠르다 강수 구역 넓다 좁다 강수 시간 길다 짧다 강수 형태 가느다란 빗줄기 소나기, 호우 구름 형태 층운 적란운 기온 한냉 온난 온난 한냉 기압 고기압 저기압 저기압 고기압 풍향 남동풍 남서풍 남서풍 북서풍 통과 전과 통과 후의 주요 기상 변화 < 온난 전선과 한랭 전선의 비교 > 2장 날씨패턴 15

16 함께보는 기상이야기 2. 고기압과 저기압 어떤 지역이 주변보다 상대적으로 기압이 높은 곳을 고기압이라 하고, 상대적 으로 기압이 낮은 곳을 저기압이라고 한다. 고기압은 하강기류가 지구 자전의 영향을 받아 지상에서 바깥으로 시계방향으로 바람이 불어 나간다. 저기압은 지구 자전의 영향을 받아 지상에서 중심을 향해 반시계방향으로 바람이 불어 들어온다. 주위로부터 들어온 바람은 중심 부근에서 상승하여 수 km 상층으 로 올라간 후 밖으로 불어 나가면서 상승기류가 형성된다. 여기에 지구 자전 에 의해 회전하는 힘이 가해지면 공기의 소용돌이가 생겨나게 된다. 일반적으로 저기압들은 발생 성장 소멸 과정을 통해 매우 규칙적인 형태를 보이지만 고기압들은 때로 매우 활동적인 저기압 사이의 공간을 메우는 비활 성적이고 소극적인 기압계일 때도 있다. 때로는 고기압도 뚜렷한 발달을 보이 고 강도가 큰데, 이때는 항상 그 부근에 저기압도 크게 발달한다. 우리나라 부 근에서 고기압은 그 구조와 운동 및 상태에 따라 아열대 고기압, 대륙성 한랭 고기압, 이동성 고기압 등으로 구분된다. 아열대 고기압 아열대 해상에서 발생하는 키가 크고 따뜻한 고기압으로 지속성이 상당이 커서 연중 어느 계절에나 존재하고 있으며 특히 여름철에 더 강하다. 우리나 라 여름철에 영향을 미치는 북태평양 고기압이 여기에 속한다. 대륙성 한랭고기압 겨울철 대륙 북부지방에서 발달하는 키가 작고 한랭한 고기압으로 지면으 16

17 로부터 약 3km 정도까지 이른다. 우리나라 겨울철에 영향을 미치는 시베리 아 고기압이 여기에 속한다. 이동성 고기압 저기압과 저기압 사이를 이동하는 고기압과 대기단의 범람에 의하여 한랭 기단이 흩어져서 이동하는 고기압이 된다. 우리나라의 봄 가을철에 영향을 미치며 날씨가 맑고 화창한 것이 특징이다. 온대 저기압 온대지역에서 발생하는 저기압을 온대저기압이라 하며, 온대 저기압과 북 쪽에 잇따라 형성되는 대고기압 사이의 전선 상에서 보통 발생한다. 이 저기 압은 발생 초기부터 전선을 동반하는 것이 특징이며, 상대적으로 열대저기 압보다 훨씬 크다. 이 저기압이 접근할 때는 기온이 상승하고 구름이 점차 낮아져서 비가 오기 시작한다. 온난전선이 통과한 후에는 비가 멈추고, 곧 한랭전선이 지나가기 때문에 소나기가 온 후에 날씨가 갠다. 2장 날씨패턴 17

18 함께보는 기상이야기 날씨 패턴 문제 풀이로 심화하는 기상학습노트(2) 학습 목표 발생 장소에 따른 기단의 성질을 알아본다. 전선의 종류와 특징을 이해하고 날씨 변화를 알아본다. 문제 풀이 문제 풀이로 날씨 패턴에 대하여 학습하자. 1. 탐구 확인 문제 (1) 찬 공기와 따뜻한 공기가 만나 서로 섞이지 않고 형성한 된 경계면 을 ( )이라고 하며 이 경계면이 지표면과 만나 이루는 곳을 ( )이라고 한다. (2) 찬 공기가 따뜻한 공기를 밀어올리면서 이동하는 전선을 ( )전선 이라 한다. (3) 따뜻한 공기가 찬 공기를 올라가면서 이동하는 전선을 ( )전선이 라고 한다. 18

19 학습노트-2 2. 다음은 두 전선의 특징을 비교한 것이다. 알맞은 것에 체크하시오. 온난전선 구분 한랭전선 전선의 단면 완만하다 / 급하다 느리다 / 빠르다 전선의 앞쪽(넓은 지역) 기온(상승 / 하강) 기압(상승 / 하강) 전선면 기울기 이동 속도 강수 구역 통과 후 기온 변화 통과 후 기압 변화 완만하다 / 급하다 느리다 / 빠르다 전선의 뒤쪽(좁은 지역) 기온(상승 / 하강) 기압(상승 / 하강) 3. 전선의 명칭, 기호, 특징을 바르게 연결하시오. 온난전선 한랭전선 정체전선 폐색전선 찬 공기가 따뜻한 공기 밑을 파고들면서 생성된 전선 한랭전선과 온난전선이 겹쳐지면서 생긴 전선 따뜻한 공기가 찬 공기를 타고 올라가면서 생긴 전선 두 기단의 세력이 비슷하여 오랫동안 머물러 있는 전선 2장 날씨패턴 19

20 함께보는 기상이야기 4. 다음 그림은 우리나라 특정 계절에 자주 나타나는 일기도(가)와 우리 나라의 날씨에 영향을 주는 기단(나)의 위치를 나타낸 것이다. 시베리아 기단 A 오오츠크 해 기단 B 양쯔 강 기단 C 적도 기단 D E 북태평양 기단 (가) (나) (1) (가)에 나타난 전선의 종류와 특징을 간단하게 서술하시오. (2) 그림(가)의 전선을 형성하는 기단의 해당 기호를 그림 (나)에서 선택 하시오. 20

21 함께보는 기상이야기 3장 태풍 STEP 1 STEP 2 태풍의 생성과 소멸 위험반원 / 가항반원 체험 학습 노트

22 함께보는 기상이야기 1. 태풍의 생성과 소멸 태풍은 남 북위 5 이상에서 바닷물의 온도가 26 이상의 열대바다에서 발 생한다. 열대바다는 강렬한 태양빛을 받기 때문에 바닷물의 온도가 매우 높아 대기는 항상 고온다습한 수증기를 포함하고 있다. 이 수증기가 계속 상승하면 서 적란운을 만들고, 소용돌이가 발생하면 그 소용돌이가 뭉쳐 더욱 강한 소 용돌이를 이루게 된다. 이를 열대저기압이라 하고, 열대저기압은 강도에 따라 열대폭풍, 혹은 태풍이라 불리게 되며 바람의 강도가 초속 17m/s 이상이면 태풍으로 분류된다. 이러한 현상이 많이 발생되는 지역은 북태평양 남서해양, 인도양과 호주 부 근, 북대서양의 카리브 해 멕시코만 등인데, 이들 지역에 따라 태풍 (Typhoon), 사이클론(Cyclone), 허리케인(Hurricane)으로 불리지만 본질적 으로는 같은 기상현상이다. 바닷물의 온도가 높고 대기의 온도가 높을 때 해면으로부터 강한 상승기류가 발생한다. 이때 상승기류에 의해 수증기가 상승하면서 적란운이 형성된다. 강 한 상승기류로 저기압이 발생하고 주변의 따뜻한 공기가 저기압을 향해 모여 들면서 상승하게 된다. 적란운이 만들어질 때 수증기가 물방울이 되면서 잠열 이 방출되고, 이 열은 주변공기를 데워 주변 공기가 다시 상승하게 되고, 새로 운 적란운이 형성된다. 이 과정을 계속 반복하게 되면서 더 많은 적란운이 형 성된다. 적란운이 어느 정도 규모로 형성되면 저기압이 발생하여 그 중심을 향해 시계반대방향으로 회전하면서 바람이 불어오게 된다. 22

23 그렇게 되면 이 흐름을 따라 적란운의 회전이 시계반대 방향으로 빨라지면 강한 원심력에 의해 구름이 중심에서 주위로 밀려나면서 태풍의 눈이 형성된 다. 일단 태풍이 발생하면 바다로부터 수증기를 공급받아 계속해서 적란운이 형성되며 태풍의 세력은 점점 커진다. 일반적으로 태풍이 발생하면 북태평양 고기압의 남쪽 편동풍을 따라 계속 서 쪽으로 밀려 이동하면서 전향력에 의해 점차 북으로 향하는 힘이 증가하고, 북태평양 고기압에서 발생하는 시계 방향의 바람을 타고 북상한다. 북태평양 고기압의 세력이 약하면 태풍이 동북아시아로 올라오지 못하고, 일본열도 남 쪽에서 진로를 동쪽으로 바꾸게 된다. 태풍이 육지에 상륙하게 되면 바다로부 터 공급받던 수증기를 공급받지 못하기 때문에 그 세력이 급격하게 약해진다. <태풍의 모습> 3장 태풍 23

24 함께보는 기상이야기 2. 위험반원, 가항반원 태풍이 이동하고 있을 때는 진행방향 오른쪽 바람은 강해지고, 왼쪽 바람은 약 해진다. 그 까닭은 오른쪽 반원에서는 태풍의 바람 방향과 이동방향이 서로 비슷하여 풍속이 커지는 반면, 왼쪽 반원에서는 그 방향이 서로 반대가 되어 상쇄되므로 상대적으로 풍속이 약해지는 것이다. 그래서 태풍의 오른쪽 반원을 위험반원( 危險半圓 ), 왼쪽 반원을 가항반원( 可航半圓 )이라 한다. 태풍이 육지를 통과할 때 우리나라가 태풍진행 방향의 오른 쪽 반원에 위치하게 되면 왼쪽 반원에 위치하는 것보다 피해가 커진다. 선박이 항해 중 태풍과 마주쳤을 경 우, 그림 1 의 경우와 같이 진행방 향에서 바람이 약한 왼쪽으로 피하면 태풍에 동반된 폭풍을 피할 수 있는데 이를 가항반원이라 부르고, 오른쪽은 바람이 강하고 위험하기 때문에 위험 반원이라 부른다. 이와 같은 관계는 태풍이 접근했을 때 자기가 있는 지점 의 바람 상태를 예상하는 데 필요하다. < 그림 1 > 자기가 있는 위치의 동쪽으로 태풍이 지나갈 때는 태풍의 가항반원에 들게 되므로 바람은 비교적 약하나, 반대로 서쪽으로 지나갈 때는 위험반원에 들게 되어 바람이 강해지므로 주의해야 한 다. 24

25 학습노트-3 태 풍 문제 풀이로 심화하는 기상학습노트(3) 학습 목표 태풍의 단면에 따른 기압 분포 및 태풍의 구조와 날씨를 이해한다. 태풍 발생 시 위험반원과 안전반원을 알아본다. 문제 풀이 문제 풀이로 태풍에 대하여 학습하자. 1. 다음 중 태풍에 대한 설명 중 옳은 것은 0, 옳지 않은 것은 로 표시 하시오. (1) 북태평양의 저위도에서 발생한 열대저기압으로 최대풍속이 17m/s 이상을 말한다 ( ) (2) 지상에서 반시계방향으로 회전하는 바람을 동반한다 ( ) (3) 태풍의 눈 부분은 맑고 바람이 약하다 ( ) (4) 태풍이 육지에 도달하면 지표면과의 마찰에 의해 세력이 약해 진다 ( ) (5) 태풍의 발생조건은 수온이 27 이상이고 위도 5도 25도 사이에 서 발생한다 ( ) 3장 태풍 25

26 함께보는 기상이야기 2. 다음 그림은 태풍의 예상 진로와 위성사진이다. 옳은 것은 0, 옳지 않 은 것은 로 표시하시오. (1) 태풍은 편서풍지대에 진입하면 북동쪽으로 이동한다 ( ) (2) 우리나라는 태풍의 진로 오른쪽에 위치하여 많은 비와 바람이 강하 게 불 것이다 ( ) (3) 태풍이 처음 발생한 8월 20일 이후 세력이 점점 약해진다. -- ( ) (4) 태풍은 북위 5도 25도 사이의 열대 해상에서 발생한다. --- ( ) 26

27 함께보는 기상이야기 4장 기후 변화 STEP 1 STEP 2 STEP 3 기후 변화의 원인 기후 변화 현상 기후 변화에 대한 대책 STEP 4 기후 변화 시나리오 체험 학습 노트

28 함께보는 기상이야기 1. 기후 변화의 원인 1. 자연적인 요인 기후변화의 자연적인 요인으로는 대기, 해양, 육지 등의 상호작용에 의한 변화 가 있으며, 화산폭발로 인한 화산가스와 화산재가 공기 중으로 솟구쳐 두꺼운 구름먼지를 형성하여 지구의 온도를 변화시키기도 한다. 또한 태양활동의 변화 와 지구 공전궤도의 변화 등이 있다. 1 지구 공전 궤도의 변화 지구는 하루에 한 바퀴씩 자전축을 중심으로 자전하는데, 자전축은 약 41,000만 년을 주기로 21.8 ~24.4 사이에서 변화한다. 자전축의 기울기 가 커지면 지구로 들어오는 태양에너지가 증가하여 지구 전체의 온도가 높 아져 기후가 변하게 된다. 여기서 잠깐 - 냉밀란코비치 주기(빙하시대가 반복되는 근원적인 원인) 지구 기후는 10만년을 주기로 추운 빙하기와 더운 간빙기를 반복하고 있다. 유고 슬라비아의 천문학자 밀란코비치는 지구가 받는 태양에너지를 측정한 결과, 태양 주위를 도는 지구 공전궤도의 형태변화, 지구 자전축 기울기의 변화, 지구 자전축 의 세차 운동에 의해 지구가 태양으로부터 받는 에너지가 주기적으로 변화하는 것을 발견, 이러한 현상으로 지구의 기후가 변화하는 과학적인 원인을 발견하였다. 2 화산폭발에 의한 변화 화산이 폭발하면 화산재나 먼지 등 다양한 분출물이 대기의 높은 곳까지 올라가면서 수개월에서 수년 동안 대기를 떠다니기도 한다. 이로 인해 태양 에너지가 차단되어 기후변화가 발생할 수 있다. 28

29 자연적인 요인으로 기후변화가 실제로 발생한 예 1991년 필리핀 피나투보 화산폭발 당시 분출된 화산재는 아프리카 동부해 안까지 날아갔으며, 2년간 지구 전체 기온이 약 이상 떨어졌다. 또한 1815년 인도네시아 탐보라 화산폭발로 다음 해 유럽은 수많은 기상이변이 발생했다는 기록이 있다. 2. 인위적인 요인 기후는 인간에 의해 변하기도 하는데 최근 문제가 되고 있는 지구온난화 현상 은 인간의 활동과 관련이 매우 깊다. 화석연료 사용의 증가, 숲 훼손 등 인간의 활동으로 인해 자연환경이 변화하면서 발생하게 된다. 1 숲 파괴 숲은 동식물의 보금자리이자 생물 다양성을 보존하는 역할과 함께 물과 탄소의 순환을 담당 하면서 생태계 유지에 큰 역할 을 한다. 하지만 도시나 도로 건설 등 개발로 인한 숲 파괴는 물과 탄소의 순환에 영향을 미 친다. 또한 산불이나 벌목 등으로 인한 숲 파괴는 자연환경의 변화를 야기하 며 이는 곧 기후변화로 이어진다. 4장 기후 변화 29

30 함께보는 기상이야기 2 화석 연료 사용 산업혁명이 일어나기 전까지 이산화탄소의 양은 거의 일정했으나 18세기 중엽, 영국에서 일어난 산업혁명 이후 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료를 주요 에너지원으로 사용하면서 지구 대기의 온실가스 농도가 증가했다. (2004년 측정결과 1770년에 비해 이산화탄소량이 70% 증가했다.) 이산화 탄소, 메탄, 아산화질소 등 주요 온실가스의 농도는 인간의 화석연료 사용 후 뚜렷하게 증가하였다. 30

31 온실가스 너희를 알고싶다. 4장 기후 변화 31

32 32 함께보는 기상이야기

33 2. 기후 변화 현상 최근 우리가 살고 있는 지구는 오랜 세월동안 경험하지 못했던 급격한 기후변 화를 겪고 있다. 이는 지구온난화로 인한 기후변화 때문인데 지구가 계속해서 따뜻해지면 어떻게 될까? 이미 지구 곳곳에서는 기후가 변화하고 있다는 징후 들이 나타나고 있다. 먼저 높은 산에 있던 만년설이 사라지고 있다. 북극의 여 름에 얼음을 볼 수 없는 곳이 많아졌고, 남극에서는 거대한 얼음 덩어리들이 남극에서 바다로 떨어져 나가고 있다. 그런가 하면 눈이라고는 구경조차 할 수 없었던 아프리카의 케냐에는 눈이 내렸다고 한다. 우리나라에서도 기후변화의 징후가 나타나고 있다. 사과로 유명했던 대구에서 사과를 찾아보기 어려워졌으며 이젠 사과를 보려면 훨씬 북쪽지방으로 올라가 야 한다. 또한 남해에서는 열대바다에서 잡히던 참치가 잡히고, 제주도의 명 물 자리돔을 독도에서도 볼 수가 있다고 한다. 기후변화는 어떤 지역에는 비를 많이 오게 하고 또 어떤 지역에는 비를 오지 않게 하는 불균형을 초래하기 때문에 좋지 않다. 비가 많이 와서 홍수가 나는 것은 사람들이 예방과 대처로 어느 정도 그 피해를 막을 수는 있지만 비가 너 무 오지 않으면 그 피해는 엄청나다. 사막으로 변해가는 지역은 점점 더 늘어 나게 될 것이고 물 부족으로 고생하는 사람들도 점점 늘어나게 될 것이다. 1. 생존을 위협하는 해수면 상승 지구온난화로 바다가 많이 변하고 있다. 1993년 이후 해마다 3.1mm씩 해수 4장 기후 변화 33

34 함께보는 기상이야기 면이 상승하고 있는데 해수면 상승의 첫 번째 원 인으로는 북극과 남극 지방의 빙하가 녹아 바다 로 흘러들어 갔기 때문이고, 두 번째는 바닷물의 온도가 높아지면서 물의 부피가 증가했기 때문이다. 2. 가뭄과 사막화 지구는 3억 5천만 년 전 이르러서야 지금과 같 은 숲의 모습을 갖추게 되었다. 그러나 일부 지역 은 강수량이 현저하게 줄어들고 토양이 마르면서 모래의 이동이 증가하여 사막화 현상이 증가하고 있다. 아라비아 사막이나 아프리카의 사하라 사 막 같은 건조한 지역은 비가 드물게 내리던 지역 으로 최근 기후변화로 비가 더욱 내리지 않고 뜨 거운 햇빛만 내리쬐고 있다. 3. 이상폭우와 거대한 홍수 비는 건강하게 자라고 있는 동물과 식물이 살아 가는 데 반드시 필요한 요소이지만 지구의 기후 변화에 따라 지역마다 급격히 늘어나기도 하고 줄 어들기도 한다. 홍수란 하천이 범람하여 주변 지역에 물에 의한 피해를 입히는 재해현상으로 자연상태에서 하천 이 자연 제방을 흘러넘칠 때 발생하지만 근래에는 홍수를 예방하기 위하여 댐이 나 인공제방을 쌓기 때문에 그 발생빈도는 줄어들고 있다. 34

35 4. 생물 다양성과 생태계 위협 지구 온난화 현상이 생태계에 미치는 예상은 우 리가 생각하는 것보다 훨씬 심각하다. 이는 온도 에 영향을 받는 생물종들이 많기 때문인데 특히 곤충들에게 온도는 생존과 직접적으로 연결된 부 분이다. 최근 기온이 상승하면서 봄꽃이 빨리 피고 있다. 지난 30년 동안 봄꽃과 주요나무의 개화 시기가 6~8일 정도 앞당겨졌다. 봄꽃의 개회 시기는 벌, 나비 등과 같은 곤충의 생태와 나무의 번식에 매 우 큰 영향을 미칩니다. 꽃은 빨리 피었지만 나비나 벌 같은 곤충들이 깨어나지 않는다면 어떻게 될까? 꽃의 개화와 곤충의 활동주기가 달라지면서 곤충들의 먹을 것이 부족하고, 식물들은 번식할 수가 없게 된다. 5. 바다 속 물고기들의 이사 지구가 더워지면 바다 속에서도 급격한 변화가 일어난다. 우선 바닷물의 흐름인 해류가 바뀐다. 해류가 바뀌면 결국 차가운 물을 좋아하는 물고 기인 대구, 명태 등은 바닷물의 온도 상승으로 그 수가 줄어들고 따뜻한 물을 좋아하는 오징어 등 이 많아진다. 또한 지구온난화로 바닷물이 온실기체인 이산화탄소를 지나치게 흡수해서 바다가 산성화되면 플랑크톤이 죽고 플랑크톤을 먹이로 하는 물고기 들이 살지 못하면 생태계가 파괴되어 인간도 살 수가 없게 된다. 4장 기후 변화 35

36 함께보는 기상이야기 온도가 1도씩 올라갈때 마다 지구는 어떻게 변할까? 36

37 3. 기후 변화에 대한 대책 화석연료란 석탄, 석유, 천연가스 같은 지하에 매장되어 있는 연료를 말하는데 땅속에 파묻힌 동 식물의 유해가 오랜 세월에 걸쳐 화석화되어 만들어진 연 료로써 화석연료에 의해 얻어진 에너지를 화석에너지라고 한다. 현재 인류가 이용하고 있는 에너지의 대부분이 이에 해당한다. 19세기 이후 석탄을 에너지 로 사용함으로써 산업혁명이 일어나게 되었고 그 뒤 석유와 천연가스가 발굴 되어 이들 에너지의 사용량이 급격히 늘어났다. 이들을 이용하는 화력발전소, 공장, 그리고 내연기관 등의 배기가스에서 배출된 이산화탄소는 대기 중에 머 물러 기후변화와 지구온난화에 영향을 준다. 지구온난화에 따른 기후변화를 막기 위해서는 이산화탄소와 같은 온실가스의 발생량을 줄여야 하는데 우리의 생활환경에서 석유와 석탄을 사용하지 않을 수는 없다. 이 때문에 인류는 화석 연료의 의존도를 줄여나갈 뿐만 아니라 환경에 영향을 미치지 않고 고갈될 염 려가 없는 새로운 에너지원을 찾아 오래전부터 대체에너지와 청정에너지로 개 발을 위하여 노력하고 있다. 온실가스는 석탄, 석유에서 많이 발생되는데 화석에너지를 대체할 신 재생 가 능 에너지로는 햇빛, 물, 바람, 바이오연료, 지열 등과 같이 재생이 가능한 자 연자원으로부터 얻는 에너지가 있다. 이 신재생에너지의 장점은 무엇보다도 고갈되지 않아 석탄이나 석유 같은 화석연료가 없는 나라에서도 에너지를 생 산할 수 있다. 특히 우리나라와 같이 석유가 생산되지 않은 나라는 청정에너지 개발에 힘써야 한다. 4장 기후 변화 37

38 함께보는 기상이야기 1. 바이오 연료 바이오 연료는 화석연료를 대신할 연료로 사탕수수나 옥수수 등이 원료가 되 는 바이오 에탄올, 식물성 기름이 원료가 되는 바이오 디젤을 말한다. 2. 태양광 발전 태양광 발전의 장점은 에너지의 원천이 태양인만큼 무한하다는 것이다. 태양 광을 받아 전기로 변환하는 패널을 대규모로 펼쳐 전기를 생산하는 발전시스템 이 태양광 발전이다. 3. 풍력발전 풍력발전은 바람을 이용하여 풍차를 돌려 전기를 생산하는 기술로 바람의 힘 을 풍차의 회전운동으로 전환해 회전축을 돌리면 회전축에 연결된 발전기에서 전기를 생산하는 방식이다. 4. 지열발전 지열에너지는 지구 내부의 열 즉 지열을 이용하여 발전이나 냉난방에 사용하 는 것으로 지열에너지는 지역적인 제한이 있기는 하지만 비용이 적게 들고 환경 친화적인 에너지라 할 수 있다. 5. 조력발전 조력발전은 조석현상에 의해 발생하는 해면의 높이 차를 이용하여 발전하는 방식이다. 만조 때 유입되는 바닷물을 저수지에 가두었다가 간조 때 방수하여 발전기 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식으로 수력발전과 비슷하다. 38

39 4. 기후변화 시나리오 현재 추세대로 온실가스를 배출한다면 2100년 후의 기후는 어떻게 될까? 기온과 강수량은 얼마나 변하며, 이로 인한 영향은 어느정도 일까? 기상청은 이런 질문에 대한 예측정보를 생산하고 있다. 이것이 바로 기후변 화 시나리오이다. 이는 온실가스, 에어로졸 변화 등 인위적인 원인에 따른 기 후변화를 조사하기 위해 기후변화모델을 이용하여 기온, 강수, 습도, 바람 등 미래의 기후를 예측하는 정보이다. 100배 더 상세해진 2011년 새로운 기 후변화 시나리오 현재 만들어지고 있는 시나리오는 기존에 만들어진 기후변화 시나리오 보다 최대 100배 더 상세해진 정보이 다. 공간영역에 따라 전지구 시나리 오, 한반도 시나리오, 남한상세 시나 리오가 각각 만들어진다. 이중 특히 남한상세 시나리오는 전 국을 가로 세로 1km 단위로 나누고 각 단위별로 기온과 강수량이 어떻게 변할지를 예측한 정보이다. STEP 1 전지구 시나리오 STEP 2 한반도 시나리오 STEP 3 남한상세 시나리오 4장 기후 변화 39

40 학습노트-4 기후 변화 문제 풀이로 심화하는 기상학습노트(4) 학습 목표 기후 변화를 일으키는 자연적, 인위적 요인을 알아본다. 온실가스와 기후 변화에 대한 대책을 이해한다. 문제 풀이 문제 풀이로 기후 변화에 대하여 학습하자. 1. 기본 탐구 문제 (1) 지구 온난화 현상과 직접적인 관계가 적은 것은? 1 해수면 상승 2 사막화 현상 3 인구의 증가 4 생태계 변화 (2) 다음의 온실가스 중 온실효과에 가장 많이 기여하는 가스는? 1 이산화탄소 2 메탄가스 3 아산화질소 4 과불화탄소 (3) 다음 괄호 안에 들어갈 단어는 무엇일까? 기후를 형성하는 기본 요소는 ( ), 강수량, 바람, 습도 등이 있다. 2. 생각해 보기 (1) 다음 글은 기후 변화에 영향을 주는 요인 중 하나에 대한 설명이다. 1783년 아이슬란드와 일본에서 두 개의 거대한 화산이 폭발하였다. 이 두 화산의 폭발로 인해 북반구의 기온이 약 1.3 내려갔다고 한다. 또한 1991년 필리핀 피나투보 화산 폭발 당시 분출된 화산재는 아 40

41 프리카 동부 해안까지 날아갔으며 2년간 지구 전체 기온이 1 이상 내려갔다고 한다. 이러한 원인은 화산재와 먼지가 수개월 사이에 지구의 전 지역으로 퍼지면서 성 층권에 미세한 먼지로 남아 태양 복사열을 차단시켰기 때문이다. 역사상 최대로 평가되는 1815년 인도네시아 탐보라 화산 폭발은 다 음 해 유럽에 서리를 내리게 하는 등 여름을 앗아갔다는 기록이 있 기도 하다. 이러한 화산 폭발의 효과가 사라지는 데는 4~5년이 걸리기도 한다. 1 화산 폭발로 북반구의 날씨는 어떻게 변했는지 설명하시오 화산 폭발이 날씨 변화에 어떠한 경로로 영향을 미쳤는지 설명하 시오 장 기후 변화 41

42 학습노트-4 3. 다음은 우리나라와 전 세계 이산화탄소 농도 변화를 나타낸 그래프이다. < 1999년부터 2012년까지의 한반도와 전세계 CO 농도 > 2 - 우리나라 평균이 전 세계 평균보다 높게 나타나는 이유는 무엇일까? 4. 다음은 지구 온도를 상승시키는 지구 온난화 현상에 대한 설명이다. 빈 칸을 채워 보세요. 대기 중에 존재하는 온실가스는 ( )으로부터 지구로 들어오는 짧 은 파장의 에너지는 통과시키는 반면, 지구로부터 나가려는 긴 파장 의 복사에너지는 ( )하여 지구의 온도를 상승시킨다. 이러한 과정 으로 대기는 지구를 보온하는 역할을 하여 지구의 온도를 상승시킨다. 5. 다음은 IPCC(기후 변화에 관한 정부간 협의체) 보고서에서 제시하고 있는 지구의 평균기온, 해수면 변화, 적설 면적과 관련된 그래프이다. 그림을 보고 물음에 답하시오. 42

43 < 그림 1. 전 지구 연평균 기온과 CO 농도 > 2 전 지구 연평균 해수면 높이 북반구 적설량 변동성 < 그림 2. 지구 평균 해수면 높이 및 북반구 적설량 변동성 > 4장 기후 변화 43

44 학습노트-4 1. 각각의 그래프가 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하고 있는지 설명하 시오. 1 연평균기온과 CO 농도: 2 2 해수면: 3 적설 면적: 북반구의 적설량이 줄어들고 있다. 2. 현재의 기후 변화 추세를 참고하여 미래의 기후 변화를 예측해 보시오. 44 4장 기후 변화

45 고등학교 부록 위성 영상과 날씨 위성 영상의 종류와 그에 따른 분석 방법 오존 홀 오존층이 파괴되는 심각한 현상 나비 효과 카오스 이론 기후 변화와 관련된 국제 협약 사진 출처 : 기상청 등 * 이 책에 실린 사진은 저작권자의 허락을 받아 게재한 것입니다. * 저작권자를 찾지 못해 게재 허락을 받지 못한 일부 사진은 저작권자가 확인되는 대로 게재 허락을 받고 통상 기준에 따라 사용료를 지불하겠습니다.

46 함께보는 기상이야기 위성 영상과 날씨 위성 영상의 종류와 그에 따른 분석 방법 우리가 텔레비전 일기 예보에서 보는 구름 사진은 기상 위성이 지구 주위를 돌 면서 찍은 위성 사진이다. 1960년부터 시작으로 하여 지금도 많은 위성들이 밤 에도 적외 영상을 이용하여 구름의 분포를 관측하고 있다. 기상 위성 영상의 종류에는 가시 영상, 적외 영상, 합성 영상, 수증기 영상 등 이 있다. 가시 영상 가시 영상은 기상 위성을 통하여 관 측된 구름 영상의 하나로, 태양의 가시 광선이 구름과 지표면으로부터 반사되 어 우주로 나가는 반사광의 강약을 영 상화한 것이다. 가시 영상에서 밝게 보이는 곳은 두 꺼운 구름이 있는 하층운과 중층운, 해 빙 등으로 반사가 큰 곳이다. 이에 비해 반사가 작은 곳은 구름이 없는 해수면과 태양광이 상대적으로 덜 비치는 고위도 지역이다. 가시 영상은 태양광이 있는 주 간에만 관측하여 자료를 얻을 수 있다. 2

47 적외 영상 적외 영상은 지표와 구름의 상부에서 내 보내지는 적외선 에너지의 양이 많고 적음 을 영상의 명암으로 표현한 것이다. 물체 가 내보내는 에너지의 양은 물체의 온도 에 따라 결정되므로, 적외 영상에서 휘도 온도가 낮은 곳은 밝게 영상화되고, 휘도 온도가 높은 곳은 어둡게 영상화된다. 여 기에서 휘도 온도란 적외 영상 관측으로 부터 추정된 물체의 온도를 말한다. 적외 영상은 주간이든지 야간이든지 상관없이 자료를 관측할 수 있으므로 연속 적인 구름의 변화를 탐지할 수 있다. 따라서 일기 예보를 만드는 데 중요하게 이 용될 수 있다. 합성 영상 가시 영상을 인위적으로 붉은색으로 처리하고, 적외 영상을 푸른색으로 처 리하여 합성한 영상이다. 영상에서 보이는 색깔에 따라 층별 로 구별된다. 진한 분홍색은 하층운을 나타내며, 약간 투명하게 나타나는 푸 른색은 권운, 즉 상층운을 나타낸다. 탁하면서 흰색으로 보이거나 또는 흰 위성 영상과 날씨 _ 3

48 색을 섞은 분홍색으로 보이는 부분은 하층부터 상층까지 발달한 구름(적운)을 나 타낸다. 수증기 영상 적외 영상과 마찬가지로 물체가 방출하 는 적외선 에너지양의 많고 적음을 나타낸 다. 수증기 영상이 적외 영상과 다른 점은 적외선 에너지 중에서 대기 속에 있는 수 증기에 의하여 잘 흡수되는 에너지를 관 측한다는 점이다. 따라서 수증기 영상은 관측된 에너지의 양이 에너지를 방출하는 물체의 온도보다 위성과 물체 사이에 있는 수증기량에 의해서 결정된다. 또 다른 점은 수증기 영상에서 대기의 상층과 중층의 수증기의 수평적인 분포 를 알 수 있다는 점이다. 무엇보다 가장 중요한 것은 수증기 영상의 명암의 형태 와 그 움직임으로부터 대기의 상층과 중층의 흐름을 알 수 있다는 점이다. 적외 영상과 가시 영상을 통해서도 구름의 움직임을 추적하여 대기의 흐름을 알 수 있 지만, 수증기 영상에서는 구름이 없는 곳에서도 수증기의 이동으로부터 형성되는 대기의 흐름을 알 수 있다. 수증기 영상에서 흐름을 추정할 수 있는 대기층의 고도는 계절과 장소에 따라 다르지만, 평균적인 대기의 에너지 방출 특성을 고려하면 최대 4 5km 정도라 고 생각할 수 있다. 4

49 함께보는 기상이야기 오존 홀(ozone hole) 오존층이 파괴되는 심각한 현상 오존층이란 오존층은 성층권인 15~30km 높이에 있는데, 오존 밀도가 상대적으로 높은 곳으로 지상에서 25~30km의 상공에 있다. 이곳에는 전체 오존의 약 90%가 분 포한다. 이 층은 태양으로부터 지구로 유입되는 해로운 자외선을 흡수하므로 인 체나 생물을 보호해 주는 보호막이라고 할 수 있다. 오존층 파괴 오존층을 파괴하는 주된 물질은 냉장고, 에어컨 등의 냉매로 많이 사용되는 프 레온 가스(CFCs) 이다. 염화불화탄소를 흔히 프레온 가스라고 하며 무취, 무독 성에 불에 타지도 않고 화학적으로 안정된 물질로 많은 분야에서 사용되어 온 물 질이다. 이 프레온 가스의 분자 구조는 탄소 원자를 염소와 불소 원자가 둘러싸고 있는 형태인데, 자외선을 받으면 분해되면서 반응성이 큰 염소 분자(Cl)를 방출하게 된다. 방출된 염소 원자는 오존층에서 결합력이 약한 오존 분자를 파괴하게 되는 데, 염소 원자 하나가 무려 10만개의 오존 분자를 파괴한다. 또한 이 프레온 가 스는 오존층에서 최고 100년까지 분해되지 않고 잔존할 수 있다. 오존 홀 _ 5

50 오존 홀(ozone hole) 오존홀은 남극에서 봄에 해당하는 10월경에 성층권의 오존 농도가 평상시의 반 정도로 급격히 감소되는 현상을 말한다. 오존 홀이라는 명칭은 주위의 농도에 비해서 구멍이 뚫린 것처럼 농도가 낮아진 장소가 큰 구멍같이 보인다는 데에서 붙여졌다. 과거에는 남극 하늘에서만 나타나던 현상이었는데, 현재는 사람이 많 이 살고 있는 북극 하늘에서도 오존층이 얇아지고 있는 것이 관측되었다. 오존층을 지키기 위한 노력 하늘에 높이 떠 있는 오존층이 해로운 자외선으로부터 지구의 생명체를 보호해 주고 있다. 하지만 인간의 인위적인 활동으로 인해 오존층이 많이 파괴되었다. 이제는 우리가 이 오존층을 지키기 위한 노력을 해야 한다. 국제적인 협약으로 1987년 몬트리올 의정서를 통해 프레온 가스의 생산과 사 용을 1986년에 비해 50% 정도 줄이기로 합의하였다. 이후 1992년에 다시 모여 1990년대 중반까지 오존층 파괴 물질의 생산과 사용에 대한 규제를 강력히 시행 하기로 하였다. 1994년 제49차 유엔 총회에서 1987년 9월 16일을 세계 오존층 보호의 날 로 지정하였다. 유엔 총회는 모든 회원국이 국가 차원에서 몬트리올 협 약의 목적에 상응하는 구체적인 행동으로 이 날을 특별히 지킬 것을 요구하고 있 다. 이러한 노력과 함께 프레온 가스를 대신할 수 있는 물질을 개발해야 하며, 그 전까지는 프레온 가스의 사용을 최대한 줄이는 것이 필요하다. 6

51 함께보는 기상이야기 나비 효과 나비의 단순한 날갯짓이 날씨를 변화시킨다는 이론이다. 미국의 기상학자 에드 워드 N. 로렌츠가 처음으로 발표한 이론으로, 나중에 카오스 이론으로 발전하는 계기가 되었다. 나비 효과의 발견과 연구 나비 효과는 일반적으로는 작고 사소한 사건 하나가 나중에 커다란 변화를 가 져온다는 의미를 담고 있다. 로렌츠가 결정론적인 비주기적 유동(Deterministic Nonperiodic Flow) 이라는 논문을 발표하면서 나비 효과는 결정론적 카오스 (Deterministic Chaos)의 개념을 일깨운 새로운 유형의 과학 이론으로 사용되게 되었다. 로렌츠는 컴퓨터를 사용하여 기상 현상을 수학적으로 분석하는 과정에서 흥미 로운 현상을 발견했다. 초기 조건의 미세한 차이가 시간의 흐름에 따라 점점 커 져서 결국 그 결과에 엄청나게 큰 차이가 생기게 된다는 것을 알아낸 것이다. 즉, 이것은 중국에 있는 나비의 작은 날갯짓이 미국 텍사스에 토네이도를 발생시킬 수도 있다는 것을 의미한다. 미세한 차이가 엄청난 결과를 가져온다는 나비 효과 는, 이렇듯 처음에는 과학 이론에서 발전했으나 점차 경제학과 일반 사회학 등에 서도 광범위하게 쓰이게 되었다. 나비 효과 _ 7

52 나비 효과의 예와 영향 가령 1930년대의 대공황이 미국의 어느 시골 은행의 부도로부터 시작되었다고 설명한다면, 이것 또한 나비 효과의 한 예가 되는 것이다. 이러한 나비 효과는 1달 후나 1년 후의 정확한 기상 예보, 주식이나 경기의 흐 름 등에서 장기적인 예측을 불가능하게 한다. 작고 사소한 기상 현상이나 사건이 일어난다면, 그것이 나중의 결과에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 8

53 함께보는 기상이야기 카오스 이론 카오스 는 우주가 발생하기 이전의 원시 상태, 컴컴한 텅 빈 공간을 뜻하는 그 리스 어로 흔히 혼돈 이라는 뜻으로 번역되어 사용되고 있다. 물리학에서는 불규 칙적인 결정론적 운동을 가리키기도 한다. 카오스 이론의 출발과 나비 효과 이러한 카오스 이론은 1990년대 물리학계에서 3체 문제, 난류 및 천체 문제 등의 비선형 동역학을 연구하는 과정에서 출발하였다. 그 후 1961년 미국의 기상학자 로렌츠가 기상 모델을 연구하면서 나비 효과를 발표하여 카오스 이론의 이론적 발판을 마련하게 되었다. 초기 조건에서의 작은 변화가 전체에 막대한 영향을 미칠 수 있다는 것을 이르는 말이다. 나비 효과가 발표된 후 카오스 이론에 대한 연구는 활기를 띠기 시작했다. 카오스 이론의 정의와 연구 목적 카오스 이론은 무질서하게 보이는 혼돈 상태 속에서도 논리적인 법칙이 존재한 다는 이론을 말한다. 매우 작은 변화가 전혀 예측할 수 없는 엄청난 결과를 가져 오는 것처럼 안정적으로 보이면서도 안정적이지 않고, 안정적이지 않은 것처럼 보이면서도 안정적인 현상인 것이다. 또 겉으로 볼 때에는 한없이 무질서하고 불규칙해 보이면서도, 어떤 질서와 규 카오스 이론 _ 9

54 칙성을 가지고 있는 현상을 설명하려는 것이 바로 카오스 이론이다. 즉, 카오스 이론은 무질서하고 예측이 불가능한 현상 속에 숨어 있는 정연한 질서를 밝혀내 어 새로운 이해 방법이나 사고방식을 제시하는 것을 연구의 목적으로 하고 있다. 특히 물리학에서는 안정된 운동 상태를 보이는 것이 어떤 과정을 거쳐서 혼돈 즉, 카오스 상태로 바뀌는지를 설명함으로써 혼돈 현상 속에서도 어떠한 질서가 숨겨져 있다는 것을 밝히려는 이론으로 정의하고 있다. 카오스 이론은 경제, 기상, 수학, 물리, 전기, 천문, 의학 등 여러 분야에서 다 양하게 응용되고 있으며, 우리의 일상생활 속에서도 발견할 수 있다. 그 대표적 인 예로는 나뭇잎의 낙하 운동, 물의 난류 현상, 태풍이나 지진 메커니즘, 회오리 바람, 증권 시장에서의 주식 가격의 변화 등이 있다. 카오스 이론과 기상 예측 카오스 이론은 기상 예측에 적용되는 것으로도 유명하다. 카오스 이론에 따르면 중국에서 나비 한 마리가 날개를 퍼덕인 것 때문에 미국 텍사스에서 토네이도가 발생할 수 있다. 또 어떤 현상들은 시작점이 아주 비슷한 데도 결국에는 판이하게 다른 행동을 보일 수 있다. 기상 현상이야말로 전형적인 카오스 현상이다. 예를 들어 어떤 장소의 온도나 기압이 아주 조금 달라진 것 때문에 그 영향이 꼬 리에 꼬리를 물고 일어나 다른 곳에서는 엄청난 폭우가 쏟아질 수 있다는 것이다. 한반도에 내리는 기록적인 폭우도 카오스 이론에 대입시킬 수 있다. 우리가 출 근하려고 자동차를 타는 순간 대기 중의 이산화탄소의 양이 많아진다. 이 이산화 10

55 탄소는 지구의 온도를 높이고, 적도 부근의 수온을 예년에 비해 높아지게 만든 다. 이에 따라 예년에 비해 높게 형성된 수증기는 거대한 태풍을 발생시키거나 북 태평양 고기압의 세력을 크게 확장시킨다. 이 확장된 북태평양 고기압으로 인해 남부 지방에 머물던 장마 전선은 중부 지방에 머물며 폭우가 내리게 한다. 이처럼 카오스 이론은 우리의 일상생활과 밀접한 관계를 가지고 있다. 흔히 카오스 이론이라고 하면 혼돈을 생각하기 쉽다. 하지만 카오스 이론은 예 측 불가능하고 구조가 없는 상태가 아니다. 카오스 현상은 결정론적이다. 정확한 시작점을 알면, 이후의 과정은 얼마든지 예측 가능하고 재현 가능하다. 기후처럼 어느 정도 예상이 가능하다는 것이다. 카오스 이론 _ 11

56 함께보는 기상이야기 기후 변화와 관련된 국제 협약 지구 온난화를 막기 위한 국제 사회의 노력은 이미 오래전부터 시작되었다. 1979년 제1차 국제 기후 총회에서 세계 여러 나라를 대표하는 기후학자들은 한 곳에 모여서 기후 변화 문제의 심각성에 대하여 논의하였다. 그 후 세계 기상 기구(WMO)와 유엔 환경 계획(UNEP)은 기후 변화가 세계 곳 곳에 사는 사람들에게 어떤 영향을 주는지에 대해서 조사하였다. 그 결과 지구 환경에 대한 대책을 마련하기 위해 기후 변화에 대한 정부간 협의체(IPCC, 1988 년)가 설립되었고, 지구 온난화의 원인인 온실가스를 줄이기 위하여 기후 변화 협약이 채택되었다. 기후 변화 협약 기후 변화 협약은 기후 변화를 막기 위한 국제적 약속으로, 정식 명칭은 기후 변화에 관한 유엔 기본 협약 이다. 이 협약의 목표는 이산화탄소를 비롯한 온실가 스 배출량을 1990년대 수준으로 되돌리는 것이다. 즉 지구 온난화를 막는 데 그 목적이 있다. 교토 의정서 교토 의정서는 지난 1997년에 체결된 국제적 약속이다. 기후 변화 협약 가입 국 대표들은 일본의 교토에 모여 기후 변화 협약에 따라 온실가스를 줄이기 위해 구제적인 실천 방법을 문서로 만들었다. 즉, 교토 의정서는 말만 앞세우는 것이 12

57 아니라 석유, 석탄의 사용을 줄여서 온실가스 감축을 유도하는 구체적 방법을 마 련했다는 데에 가장 큰 의의가 있다. COP(Conference Of the Parties, 당사국 총회) COP는 기후 변화 협약의 최고 의결 기구이다. COP는 매년 개최되는데, 여기 에서 회원국들이 기후 변화 대응에 관한 의무와 제도를 잘 이행하고 있는지 검토 한다. COP 7번째 총회인 COP7에서는 기후 변화 적응과 완화를 위한 기금을 만들기 로 합의하였다. 특히 가난한 개발 도상국들을 위한 기금 마련을 전개하여, 그들 이 기후 변화에 적응할 수 있도록 농업, 건강, 생태계 분야에서 적응 사업을 지원 하기로 했다. 제11차 총회에서는 기후 변화의 영향과 적응을 위한 5개년 계획을 세웠다. 인 도네시아 발리에서 채택된 발리로드맵은 모든 나라가 온실가스를 의무적으로 감 축해야 한다는 내용을 담고 있다. 2012년 도하에서 열린 유엔 기후 변화 회의 Wikimedia Commons 기후 변화와 관련된 국제 협약 _ 13

58 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change, 기후 변화에 관한 정 부 간 협의체) IPCC는 기후 변화에 대한 과학과 기술, 사회, 경제적인 정보를 세계 각국에 제 공하기 위해 1998년 국제 연합 환경 계획(UNEP)과 세계 기상 기구(WMO)가 공 동으로 설립했다. IPCC는 약 5년마다 기후 변화에 대한 평가 보고서를 발간한다. 1990년에 제1 차 보고서를 시작으로 하여 총 5차례에 걸쳐 기후 변화 평가 보고서를 발간했으 며 130여 개국 약 3,000명의 과학자가 보고서 발간에 참여하고 있다. 14

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