12. 2. 1 열파와 한파의 발생빈도
열파(heat wave)는 일반적으로 극고온 현상이 수일 이상 지속되는 현상으로, 세계 기상기구(WMO)는 일 최고 온도가 평년 평균 최대 온도보다 5℃ 높은 날이 5일 이상 지속되는 경우로 정의하고 있다. 열파는 기후가 온난한 지역에서, 특히 여름철에 고기압의 영향으로 구름과 강수가 거의 없는 경우에 지표면이 과도하게 가열되면서 발생한다. 열파의 지속 정도는 고기압의 정체 기간에 따라 크게 좌우되며, 열파가 장기간 지속되면 과도하게 무더운 날씨로 높은 습도를 동반할 수 있다. 열대 해상에서 중위도 내륙으로 불어오는 온난 다습한 해풍의 영향으로 열파의 효과가 커질 수 있으며, 지표면 부근에서 야간 냉각에 의해 약화한 열파는 열섬효과에 의해 강화될 수도 있다. 열파는 한 지역의 일상적인 날씨에 대한 상대적인 표현이다. 열대지방에서 정상적으로 생각되는 더운 기후의 온도가 한대지방에 발생하면 그곳에 사는 사람의 입장에서는 열파일 수 있다. 극심한 열파는 농작물의 대재난, 고체온증에 의한 대규모 치사 및 광범위한 정전 사태 등을 야기할 수 있다.
열파는 미래의 기후가 더 더워질수록 더 강력하고 빈번하게 그리고 더 오래 지속될 것으로 예상된다.
한파(cold wave)는 극단적으로 찬 공기가 수일에서 1주일 이상 지속되는 기상현상이다. 미국 기상청(U.S. National Weather Service)이 정의하는 한파는 농업, 산업, 상업 및 사회활동을 위해 실질적인 보호조치를 강화하는 데 필요한 24시간 이내에 기온이 급격하게 하강하는 현상을 말한다. 최저 기온의 극값은 지리적 위치와 연중 시기에 따라 다르다. 한파에 대한 정확한 기준은 기온이 하강하는 속도와 하강 온도에 의해 결정된다. 한파의 발생빈도는 지구의 온난화에 따라 전 지구적으로 감소할 가능성이 있으며, 기온의 상승 폭이 큰 북반구의 경우는 더 그렇다.
12. 2. 2 온난 야와 온난 일의 증가
온난 야(warm night)는 일 최저기온이 기준 기간 일 최저기온의 90 퍼센타일 이상인 날이고, 온난 일(warm day)은 일 최고기온이 기준 기간 일 최고기온의 90 퍼센타일 이상인 날로 정의된다. 온난 야와 온난 일은 1961~1990년 관측 기온을 기준으로 정의하였다. 그림에서 흑색에선 안의 영역은 변화 경향이 5% 수준에서 유의한 지역들이다. 아래 그림의 시계열은 1961~1990년 기준 대비 전 지구에 대한 연도별 편차이다. 지난 50년간 온난야와 온난일의 연간 일수 모두 증가하였지만, 온난야의 출현 일수가 온난일에 비해 더 뚜렷하게 나타났다. 이는 전반적인 지구 온난화의 경향과 일치하는 동시에, 온난 극값의 상승으로 열파의 발생빈도가 증가했음을 의미한다. 극단적 기상현상에 관련된 특징 가운데 하나는 대부분의 지역에서 일교차가 감소할 가능성이 있는 것이다. 이는 최저기온이 상승이 최고기온의 상승 변화보다 크기 때문이다.
12. 2. 3 한랭 야와 한랭 일의 감소
한랭 야(cold night)는 일 최저기온이 기준 기간 일 최저기온의 10 퍼센타일 미만인 날이고, 한랭 일(cold day)은 일 최고기온이 기준 기간 일 최고기온의 10 퍼센타일 미만인 날로 정의된다. 지난 50년간 한랭 야와 한랭 일의 연간 일수 모두 감소하였지만, 한랭 야의 출현 일수가 한랭 일 수에 비해 더 뚜렷하게 나타났다. 이는 최저기온의 극값이 최고기온의 극값보다 더 많이 상승했음을 의미한다.
12. 2. 4 서리 일의 감소
서리 일(frost day)은 일 최저기온이 0℃ 미만인 날로 정의된다.
그림의 왼쪽은 온실가스 배출의 저(SRES B1), 중(SRES A1B) 및 고(SRES A2) 시나리오에 대한 서리일 수 즉, 최저기온이 0℃보다 낮은 연중 일수의 전 지구 평균 변화이다. 그림의 실선은 10년 평활된 다중모델 앙상블 평균이고, 실선을 감싼 영역은 앙상블 평균 표준편차를 나타낸다. 오른쪽 그림은 A1B시나리오에 대해 두 20년 평균 간 모의된 서리일 공간 패턴의 변화(2080 ~2099년 마이너스 1980~1999년)이다. 서리 일은 열대 밖 지역에서만 계산되었다. 변화의 단위는 표준편차이다. 20세기로부터 21세기까지의 서리일 수는 전 지구적으로 대부분의 지역에서 감소할 것으로 전망된다.
12. 2. 5 집중호우의 증가
집중호우(localized heavy rain)는 시간과 공간적 집중성이 매우 강한 비로, 소규모 지역에서 단기간 동안 많은 양의 비가 내리는 현상이다. 집중호우에 대한 일반적인 정의는 없으나, 일반적으로 한 시간에 30mm 이상이나 하루에 80 mm 이상의 비가 내릴 때, 또는 연 강수량의 10%에 상당하는 비가 하루에 내리는 정도를 말한다. 집중호우의 지속시간은 수십 분에서 수 시간 정도이며, 보통 반경 10~20 km 정도의 비교적 좁은 지역에 집중적으로 내린다. 집중호우는 주로 강한 상승기류에 의해 형성되는 적란운에서 발생하며, 천둥과 번개를 동반하기도 한다. 적란운의 수명은 수 시간 정도이지만, 태풍이나 장마전선 등에 동반되는 경우에는 2~3 일 정도 지속된다. 그림의 왼쪽은 SRES 시나리오별 강수강도( 총 연 강수량을 강수 일로 나눈 값)의 전구 평균 변화이다. 그림의 실선은 1년 평활된 다중 모델 평균으로, 선을 감싼 부분은 앙상블 평균의 표준편차이다. 오른쪽 그림은 A1B 시나리오에 대해 두 20년 평균 간의 모의 강수강도 공간 패턴의 변화(2080~2099년 마이너스 1980~1999년)이고, 변화의 단위는 표준편차이다. 21세기 동안 전 지구의 평균 수증기량과 강수량은 증가할 것으로 예측되고, 평균 강수량이 증가할 것으로 예측된 대부분 지역에서 연중 강수량 변화가 더 크게 발생할 수 있다. 고위도 지역에서는 여름철과 겨울철 모두 강수량이 증가하는 경향이 있다. 미래의 따뜻해진 기후에서는 북반구 중위도 및 고위도 지역의 대부분에서 여름철 건조 현상과 겨울철 강수가 증가할 것으로 전망된다. 여름철 건조는 가뭄 위험도가 증가한다는 것을 뜻한다. 이와 함께, 따뜻해진 대기에서는 수분 함유량의 증가로 강수강도가 세지고 집중호우가 빈번해질 가능성이 있다. 극한 강수 현상의 증가가 평균 강수의 증가보다 더 많을 수 있다는 것은 주로 아열대 지역에서 수증기 증가로 나타나는 열역학적 효과로 해석된다.
12. 2. 6 건조 일의 변화
가뭄은 한 지역에 대한 물 공급의 결핍이 수개월 또는 수년 동안 지속되는 현상으로 강수량이 평균 이하로 지속될 때 발생한다. 가뭄이 심하면 기간에 상관없이 수질을 악화시키는 등 지역경제에 심각한 피해가 닥칠 수 있다. 과거에는 가뭄의 강도를 비가 오지 않는 날의 지속 일수에 대한 장단으로 판단했으나, 최근에는 물 부족량의 정도에 대한 지속 기간 및 가뭄의 영향을 받는 지역의 넓이 등에 따라 판단한다. 따라서 강수량과 증발산량, 토양의 삼투량과 유출량 등을 토대로 물 균형 계산이 정확히 이루어져야만 가뭄의 강도를 알 수 있다. 건조일(dry day)의 변화 경향은 그림에서 보는 바와 같다. 왼쪽 그림은 연간 최대 연속 일수로 정의된 전구 평균 건조 일의 변화이다. 그림의 실선들은 복합 모델의 평균이고, 선 주위의 음영구역은 앙상블 평균의 표준편차이다. 오른쪽 그림은 A1B 시나리오에 대해 1980~1999년 대비 2080~2099년 값을 복합 모델 모의 기법으로 추정한 극한치의 공간 변화이다. 점묘는 변화가 통계학적으로 유의한 지역이고, 육지에 국한된 변화량의 단위는 표준편차이다. 건조일 수는 많은 지역에서 증가하지만 감소하는 지역도 있다. 건조 일수의 증가가 현저한 곳은 북미와 중미, 카리브해 지역, 남미의 북동부와 남서 지역 및 호주의 서부지역이다. 반면에 평균 강수량이 증가하는 중위도의 상부 지역과 고위도 지역에서는 건조일 수가 감소한다.
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