북극 바다를 덮고 있는 얼음의 두께가 얼마나 변화했는지를 파악할 수 있는 새로운 기술을 국내 연구팀이 개발했다. 해양수산부(장관 조승환)와 극지연구소(소장 강성호)는 북극 해빙(海氷)의 두께를 추정하는 기존 방법의 한계를 크게 개선하는 방법을 개발하여, 이를 지난 달(10월) 국제 학술지 <대기와 해양기술(Journal of Atomospheric and Oceanic Technology)>에 발표 했다고 밝혔다.

수동 마이크로파 해빙 투과ㆍ산란 모식도 (위 그림은 같은 두께의 해빙에서 주파수별 밝기온도(인공위성의 관측 신호를 온도 단위로 변환한 수치)를 나타내며, 해빙은 밝기온도가 높을수록 산란정도(파장이 퍼지는 정도)가 큰 특성을 가짐. 따라서 특정 주파수에서 관측한 밝기온도를 통해 산란정도를 알 수 있음)

해빙(海氷)은 북극으로 유입되는 태양빛을 반사해 지구의 온도를 낮추는 ‘거울판’ 역할을 한다. 지구온난화로 해빙이 녹으면서 북극해는 더 많은 태양빛을 흡수하게 되었고, 이렇게 따뜻해진 북극의 바다와 대기가 한반도를 포함한 중위도에 영향을 미쳐 한파 등 이상기후를 초래하기도 하였다.

해빙의 면적은 곧 태양빛을 반사하는 ‘거울판’의 크기를 결정하고, 이 거울판의 크기는 지구의 온도에 직접적인 영향을 미치기 때문에 1970년대 후반부터 인공위성을 활용한 해빙 면적의 관측이 활발히 이루어져 왔다. 특히 2019년 관측 결과로 지난 40년간 북극 해빙 면적의 약 40% 줄어들었다는 것이 밝혀지기도 했다.

해빙의 변화를 보다 정확하게 분석하고 예측하기 위해서는 면적뿐만 아니라 두께 정보가 필수적이다. 두꺼운 해빙은 천천히, 얇은 해빙은 더 빨리 녹기 때문이다. 그러나, 인공위성은 해빙의 위 표면만 직접적으로 볼 수 있도록 설계되어 있어 정확한 해빙의 두께 정보를 확보하는 데 어려움이 있었다.

기존 연구방법의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 극지연구소 김현철 박사 연구팀은 새로운 두께 추정 방법을 개발했다. 해빙이 두꺼울수록, 해빙에서 방출되는 마이크로파는 더 긴 구간을 통과해야 하므로 더 많이 퍼지게 된다(산란정도가 강해진다). 따라서 마이크로파 신호를 수신하는 위성으로 해빙의 산란정도를 알게 되면, 역으로 해빙의 두께를 추정할 수 있다. 북극 바다를 덮고 있는 해빙의 광범위한 두께 정보를 확보할 수 있는 것이다.

2018.11.~2020.03. 중 겨울철 북극 해빙 월평균 고도 (해수면 위에 노출된 부분) 비교 <기존방법> 인공위성 고도계를 통해 측정한 자료는 구름 등으로 관측이 어려운 공간이 발생, 두께도 고도계가 있는 인공위성과 직접 수직으로 만나는 지점만 추정 가능하며, 고도계 관측은 관측 공백 시기가 다수 존재 <개선된 방법> 수면 위 해빙의 높이는 대체로 유사하게 나타났으며 고도계의 관측 공백을 채울 수 있을 뿐만 아니라 과거 20년간의 장기간 해빙 두께 추정 가능

또한, 이번에 개발한 해빙 두께 추정 방법은 과거 다른 위성에서 확보한 자료에도 적용할 수 있다. 본 연구에서 사용된 자료는 20여 년 전부터 관측을 수행한 위성자료로, 새로운 해빙 두께 추정 방법을 사용하면 지난 약 20년간의 겨울철 북극해빙 두께도 추정할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구를 통해 그동안 면적 위주로 이루어졌던 북극 해빙의 관측 범위를 두께로 확장시켜 해빙의 부피 변화를 알아낼 수 있게 되었다. 새로운 추정 방법으로 수면 아래에 있는 해빙의 부피까지 알아낼 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 기후변화에 따라 북극 해빙의 부피가 얼마나 사라졌고, 앞으로 어떻게 변화할 것인지 더 정확히 예측할 수 있게 된 것이다.

연구팀은 앞으로 특히 여름철 북극 해빙의 두께를 산출하는 데 관련 기술을 집중 활용할 계획이다. 여름철은 북극 해빙이 더위로 가장 많이 녹기 때문에 두께 변화가 가장 심하다. 따라서 기후를 연구하는 전문가들의 주요한 연구대상이 되고 있는데, 국내외 기후변화 전문가들은 늦어도 2050년에는 여름철 북극해빙이 사라질 것으로 전망하고 있다. 새로운 두께 추정방법을 활용하면, 여름철 북극해빙의 변화를 보다 정확히 알아낼 수 있을 것이다.

해양수산부 조승환 장관은 “극지연구소는 인공위성을 이용한 원격탐사 등 북극 연구에 꾸준히 매진해 왔으며, 이를 기반으로 북극 해빙 두께를 계산하는 혁신적인 방법을 개발할 수 있었다.”라며, “앞으로도 관련 연구를 지원하여 기후변화가 북극에 미치는 영향을 보다 정밀하게 진단하고 대응할 수 있도록 하겠다”고 말했다.