기후민감도(ECS)는 왜 아직도 확정되지 않았나

기후민감도(ECS)는 왜 아직도 확정되지 않았나

대학생신재생에너지기자단 28기 정라진

ECS란 무엇이고 왜 중요한가

지구온난화를 막기 위해 '탄소를 줄여야 한다'는 주장에는 모두가 동의한다. 그러나 '탄소를 이만큼 줄였을 때, 온도는 정확히 몇 도나 내려가는가?'라는 질문으로 들어가면 과학의 영역은 복잡해진다. 이 질문에 답을 해줄 수 있는 핵심 지표가 바로 평형기후민감도, ECS(Equilibrium Climate Sensitivity)다.

[자료 1. 평형기후민감도]

출처 : 28기 정라진 ChatGPT 생성 이미지

ECS란 대기 중 이산화탄소 농도가 산업혁명 이전 대비 2배가 됐을 때, 수백 년에 걸쳐 해양과 대기가 열을 주고받으며 지구가 새로운 평형 상태에 도달했을 때의 전 지구 평균 기온 상승폭을 의미한다. 즉, ECS는 당장의 날씨가 아니라 지구의 장기적인 체질을 나타내는 지표다.

이것은 단순히 온도가 오르는 현상만을 의미하는 것이 아니라, 늘어난 열에너지가 바다에 흡수되고 빙하를 녹이며 다시 대기로 배출되는 복잡한 피드백 과정의 총합이다. 이 수치가 중요한 이유는 인류에게 남은 ‘탄소 예산(Carbon Budget)’을 결정하는 절대적인 기준이 되기 때문이다. 만약 ECS가 2도라면 탄소를 조금 더 배출해도 되지만, 4도라면 당장 배출을 멈춰야 할 만큼 상황이 급박해진다. 따라서 ECS의 정확도는 바로 기후 정책의 정밀도와 직결된다.

국제 기후모델(CMIP6)의 혼란

과학 기술과 슈퍼컴퓨터의 성능은 비약적으로 발전했지만, 역설적으로 최신 기후예측모델들의 ECS 값은 오히려 더 큰 혼란에 빠졌다. IPCC 제6차 평가보고서의 근거가 된 전 세계 기후모델 비교 프로젝트 ‘CMIP6’의 실험 결과, 모델들이 예측한 ECS 범위는 1.8도에서 5.6도까지 극단적으로 벌어졌다. 이는 이전 세대 모델인 CMIP5의 측 범위를 훌쩍 뛰어넘는 수치로, 불확실성이 더욱 커진 셈이다.

특히 주목할 점은 일부 최신 모델들이 5도 이상의 과도한 온도 상승을 예측했다는 것이다. 학계에서는 이를 ‘핫모델(Hot Model)’ 현상이라 부르기도 했다. 국립기상과학원 등의 분석에 따르면, 이러한 과열 예측의 주원인은 역설적으로 모델이 정교해지는 과정에서 발생한 구름 피드백(Cloud Feedback)과 에어로졸 효과의 과대평가다. 과거 모델은 구름 내부의 물리 현상을 단순화해서 처리했지만, 최신 모델은 구름 속 얼음 입자와 상변화까지 미세하게 계산한다. 문제는 이 과정에서 온난화가 진행될 시, 햇빛을 반사해 냉각 효과를 내던 남극해의 낮은 구름 등이 예상보다 훨씬 빨리 증발해 사라지는 것으로 모의 됐다는 점이다. 구름이 걷히니 햇빛이 그대로 투과하고, 그 효과로 지표면 온도가 상승하는 ‘양의 되먹임(Positive Feedback)’ 현상이 발생한 것이다.

해결책: 관측 제약과 가중치

IPCC와 기후 과학자들은 이 최신 모델들의 예측값을 그대로 평균 내어 사용하지 않는다. 대신 물리적으로 과도하게 뜨거운 모델들을 걸러내기 위해 관측 제약(Observational Constraint)이라는 통계적 보정 기법을 도입했다. 이는 모델이 내놓는 예측값이 역사적 온난화 추세, 고기후 데이터 등과 같은 과거의 실제 기후 관측 데이터와 얼마나 잘 맞아떨어지는지를 검증하는 과정이다. 예를 들어, 지난 100년의 온도 상승을 턱없이 높게 예측한 모델은 미래 예측에서도 신뢰하기 어렵다고 판단하는 식이다. 과거의 기온 변화를 정확하게 모의하지 못한 모델에는 낮은 가중치를 주고, 현실을 잘 반영한 모델에는 높은 가중치를 부여하여 신뢰도를 조정했다.

이러한 보정 과정을 거친 결과, IPCC는 제 6차 평가 보고서에서 ECS의 최적 추정치를 모델들의 단순 평균보다 낮은 3도로 제시할 수 있었다. 이는 단순히 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 의존하는 것을 넘어, 관측된 데이터와 물리적 이론을 결합하여 찾아낸 가장 합리적이고 과학적인 타협점이라 할 수 있다.

불확실성의 축소

과학자들이 기후민감도를 찾아내는 과정이 우리에게 알려주는 점은 명확하다. 기후 과학은 하나의 명확한 정답을 주는 것이 아니라 끊임없이 오차 범위를 줄여나가는 과정이라는 것이다. 핫모델 논란은 기술의 진보가 때로는 새로운 불확실성을 만들어내기도 하지만, 결국에는 관측 데이터와의 검증을 통해 더 나은 결론으로 나아간다는 것을 보여줬다.

[자료 2. 탄소예산]

출처 : Pixaby

ECS의 불확실성을 줄이는 작업은 탄소중립의 실현 가능성을 높이는 전략적인 방법이다. 기후민감도의 예측 범위가 넓으면 정책은 방어적이고 모호해질 수 밖에 없지만, 범위가 좁혀지면 구체적인 예산 편성과 과감한 투자가 가능해진다. 따라서 앞으로도 ‘관측 제약’과 같은 정밀한 검증을 지속하여 예측의 신뢰도를 높여나가야 한다. 동시에, 비록 가중치는 낮췄지만 지나치게 뜨거운 모델들이 예측한 최악의 시나리오까지 고려할 필요가 있다. ECS가 3도일 확률이 높다 하더라도, 5도일 가능성이 아예 없지 않는 이상 방재 시스템이나 인프라 설계에는 최악의 상황을 상정해야 한다. 불확실성은 더 치밀하게 대비해야 할 이유이다.

기후변화에 대한대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "암울한 탄소중립의 미래: 탄소 순환으로 지구의 운명을 읽다 ", 27기 홍민서, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4791

2. "영화가 경고한 재난, 실제가 되는 세상", 25기 맹주현, 26기 류호용, 27기 박지은, https://iksung.tistory.com/193

참고문헌 

[ECS란 무엇이고 왜 중요한가] 

1) “기후민감도”, 네이버 지식백과, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5701832&cid=64656&categoryId=64656

2) 최용상, “기후는 이산화탄소 증가에 얼마나 민감한가?”, 한국지구과학회지, 32권, 2호, 239-247쪽, 2011.

[국제 기후모델(CMIP6)의 혼란] 

1) 권순철, "[과학에세이] 지구의 양의 되먹임 현상", 국제신문, 2024.07.22., https://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=1700&key=20240723.22022004977

2) 이한, “[환경경제 용어사전 ⑲] 기후변화 대응은 전 세계 공통 과제...‘IPCC’를 아시나요”, 그린포스트, 2021.02.09., https://www.greenpostkorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=126092

3) 최용상, “기후는 이산화탄소 증가에 얼마나 민감한가?”, 한국지구과학회지, 32권, 2호, 239-247쪽, 2011. 

[해결책: 관측 제약과 가중치]

1) 김기봉, “[과학의 달인] 불확실한 기후 전망…기후모델 평가로 정확하게 예측”, YTN 사이언스,2022.03.07., https://m.science.ytn.co.kr/program/view.php?mcd=0082&key=202203171641496416

2) IPCC, “Climate Change 2021: The Physical Science Basis”, WGI, 2021.

[불확실성의 축소]

1) 국가기후위기적응정보포털, "기후변화, 확실한 발견과 주요 불확실성", https://kaccc.kei.re.kr/portal/climateChange/changepheno/changepheno_view.do?num=3

2) 유용하, ‘“최악의 한 해 2050년 vs 8065년”…기후변화 ‘예측’ 사실상 불가능‘, 서울신문, 2024.8.07., https://www.seoul.co.kr/news/society/science-news/2024/08/08/20240808021001

3) 최용상, “기후는 이산화탄소 증가에 얼마나 민감한가?”, 한국지구과학회지, 32권, 2호, 239-247쪽, 2011.