[연구필요성]
전지구 해수면을 57m 정도 상승 시킬 수 있는 남극 얼음은 지역별로 매우 다른 기작으로 변화하고 있다. 자세한 남극 얼음 변화의 현황을 파악하고 그 원인을 규명하는 것은 기후 온난화가 유발하는 해수면 상승을 이해하고 상승된 해수면에 의한 미래 재해에 선제적으로 대비하기 위해 중요하다.
[연구성과/기대효과]
다양한 자료를 수학적 최적화 기법으로 융합하여, 남극 얼음 질량 변화를 높은 해상도로 파악하는데 성공하였다. 서남극의 작은 빙하에서 남극 대부분의 얼음이 방출되고 해수면을 상승시키고 있음을 밝혀 내었으며, 동남극은 반대로 얼음 질량이 강설량 증가로 인해 늘어나고 있음을 확인하였다. 향후 미래에 발생할 빙하량 변화를 정확하게 예측하기 위해서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 모델의 검증이 중요하다. 이번 연구 결과는 남극 전체 빙하의 세부적인 변화 정보를 제공함으로써 이러한 예측에 중요한 자산이 될 것이다.
[본문]
남극은 전세계 해수면을 약 57m 정도 상승시킬 수 있어, 남극 얼음 질량 변화의 정밀 관측과 그 원인 규명은 기후 온난화가 유발하는 해수면 상승을 이해하고 상승된 해수면에 의한 미래 재해에 선제적으로 대비하기 위해 중요하다. 하지만, 남극은 호주 대륙의 1.5배에 달하는 엄청난 크기와 극한 자연환경으로 현장 관측을 통한 남극 전체 얼음 질량 변화를 파악하는 것은 불가능하다.
인공위성을 활용한 원격탐사 (remote sensing)가 남극 빙하 연구의 대안으로 각광을 받았으나, 다양한 위성 센서를 이용한 남극 얼음 질량 변화 연구는 원격탐사 방법의 여러 제한 조건에 의해 작은 공간 스케일의 얼음 변화까지 높은 정밀도로 파악할 수 없었다.
이번 연구에서는 남극 얼음의 높이를 측정하는 인공위성 고도계와 중력을 측정하는 인공위성 중력계 관측 자료를 수학적으로 최적화하는 새로운 기법을 개발하여 수십 km 공간 규모의 작은 빙하 변화까지 정확하게 파악하는데 성공하였다. 관측 결과, 남극 전체 얼음은 지난 18년간 (2003~2020) 매년 약 1,200억 톤씩 사라졌는데, 이는 올림픽 규모 수영장을 약 8억 6000만개 채울 수 있는 규모다. 특히 서남극에 위치한 파인아일랜드 (PineIsland) 빙하와 스웨이트 (Thwaites) 빙하는 남극 전체 면적의 3%에 불과하지만, 연간 845억 톤의 얼음을 바다로 방출하고 있으며, 이는 남극 전체의 연간 얼음 방출량의 약 70%에 해당한다.
나아가 연구팀은 빙하 손실의 원인을 정량적으로 규명하는 데에도 성공했다. 파인아일랜드 빙하와 스웨이트 빙하의 경우, 빙하 손실의 90% 이상이 기후 온난화가 일으킨 얼음 배출량의 증가로 발생한 것으로 드러났다. 반면 동남극은 늘어난 강설량의 영향으로 매년 얼음이 약 500억 톤씩 증가하고 있는 것으로 밝혀냈다. 향후 미래에 발생할 빙하량 변화를 정확하게 예측하기 위해서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측 모델의 검증이 중요하다. 이번 연구 결과는 남극 전체 빙하의 세부적인 변화 정보를 제공함으로써 이러한 예측에 중요한 자산이 될 것이다.
[연구결과]
Partitioning the drivers of Antarctic glaciers mass balance (2003-2020) using satellite observations and a regional climate model
Byeong-Hoon Kim, Ki-Weon Seo, Choon-Ki Lee, Jae-Seung Kim, Won Sang Lee, Emilia Kyung Jin, and Michiel van den Broeke
(PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.232262212)
우리 연구팀은 2003년부터 2020년까지 남극 빙하 질량 변화를 조사하고, 이를 강설량과 얼음 배출량의 기여도로 나누어 분석을 하였다. 이를 위해 두 가지 유형의 위성 관측(중력 측정 및 고도 측정)과 남극 기후 모델 결과를 결합하여 고해상도 얼음 질량 변화 추정치를 도출하는데 성공하였다. 분석 결과, 얼음 배출량의 증가가 현재 진행 중인 얼음 질량 감소에 가장 큰 원인임을 밝혀 내었고, 특히 아문센 해와 벨링하우젠 해 근처의 빙하에서 얼음 감소가 두드러지게 확인 되었다. 이 지역 스웨이트 빙하와 파인 아일랜드 빙하의 질량 손실은 대부분(>90%) 얼음 배출에 의한 것으로 밝혀 졌으며, 강설량 변화에 의한 얼음 질량 변화는 상대적으로 미미하였다. 반면, 동남극 에서는 강설량 증가가 얼음 질량을 동시에 증가시키고 있음이 확인 되었다.
[그림설명]
남극 얼음 질량 연간 변화율. 붉은색은 감소, 파란색은 증가를 의미. 동남극은 얼음 증가, 서남극은 얼음 감소가 발견된다.