[과학을읽다]한파는 왜 오래 머무는가

강도보다 지속성이 달라진 겨울의 과학

올겨울의 추위는 유난히 길다. 기온이 한 차례 급격히 떨어졌다가 다시 회복되기보다, 낮은 기온이 며칠씩 이어지는 날이 반복됐다. 서울을 기준으로 최근 2주 동안 아침 최저기온이 영하 10도 안팎을 오르내린 날이 여러 차례 이어졌고, 낮 기온 역시 영하권에 머무는 경우가 적지 않았다. 체감온도는 좀처럼 오르지 않았고, 한파특보는 해제와 재발을 반복했다. 시민들이 느끼는 감각은 단순하다. "춥다"가 아니라 "계속 춥다"는 것이다.

한파가 계속된 지난 25일 한강 행주대교 인근에 유빙들이 떠다니고 있다. 연합뉴스 제공

이 감각은 착각이 아니다. 최근 기상학자들과 기후과학자들은 이번 겨울의 한파를 '강한 한파'라기보다 '정체된 한파'로 설명한다. 과거와 달라진 점은 최저기온 기록 자체가 아니라, 추위가 대기 흐름 속에서 빠져나가지 못한 채 한 지역에 머무는 시간이 길어졌다는 점이다. 올겨울의 추위는 왜 이렇게 오래 이어지는 것일까.

한파는 더 이상 '스쳐 지나가지 않는다'

과거의 겨울 한파는 비교적 분명한 패턴을 가졌다. 북쪽에서 찬 공기가 내려오며 기온이 급락하고, 며칠 뒤 다시 평년 수준으로 회복되는 식이었다. 한파는 짧고 강했으며, 이동 속도도 빨랐다. 기상 예보 역시 이런 흐름을 전제로 만들어졌다.

하지만 최근의 겨울은 다르다. 찬 공기가 한반도 상공에 자리 잡은 뒤 쉽게 물러나지 않는다. 기온은 낮은 상태를 유지하고, 낮 동안에도 냉기가 풀리지 않는다. 이는 단순한 기온 하강이 아니라, 대기 순환 자체가 느려지고 있다는 신호에 가깝다. 추위는 더 이상 스쳐 지나가는 사건이 아니라, 특정 지역 위에 머무는 상태가 되고 있다.

김승배 한국자연재난협회 본부장(전 기상청 대변인)은 올겨울 한파의 성격을 "변동성이 크고, 한 번 시작되면 쉽게 끝나지 않는 구조"라고 설명한다. 그는 "과거의 겨울이 비교적 일정한 주기를 가졌다면, 최근의 겨울은 따뜻함과 한파가 불규칙하게 교차하며 예측이 훨씬 어려워졌다"고 말한다. 특히 한파가 시작된 이후 빠르게 해소되지 않는 점이 과거와 다른 특징이라고 지적한다.

제트기류가 느려질 때, 추위는 갇힌다

겨울 한파를 이해하는 핵심 개념은 제트기류다. 제트기류는 북극과 중위도 사이를 따라 서쪽에서 동쪽으로 흐르는 고속 바람띠로, 북극의 찬 공기를 북쪽에 가두는 역할을 한다. 정상적인 겨울에는 이 바람띠가 비교적 곧게 흐르며 냉기를 붙잡아 둔다.

문제는 최근 수십 년 사이 이 흐름이 약해지고 있다는 점이다. 북극 지역의 온난화가 전 지구 평균보다 빠르게 진행되면서, 북극과 중위도 사이의 온도 차가 줄어들었다. 이 온도 차는 제트기류를 움직이는 에너지의 원천이다. 온도 차이가 줄어들자 제트기류를 밀어주는 힘이 약해지면서 속도를 잃고, 직선 흐름을 유지하지 못한 채 크게 휘어진다.

이렇게 휘어진 제트기류의 굴곡을 따라 찬 공기는 남쪽으로 내려오고, 따뜻한 공기는 북쪽으로 올라간다. 한 번 형성된 굴곡은 쉽게 해소되지 않는다. 제트기류가 느리게 움직이면서, 찬 공기는 한반도 상공에 장기간 머물게 된다. 이 때문에 한파는 짧은 이벤트가 아니라, 지속되는 상태가 된다.

북극 진동이 만든 틈, 한파가 머무를 공간이 생겼다

여기에 '북극 진동(AO)'이라는 지표가 더해진다. 북극 진동은 북극 상공과 중위도 사이의 기압 차이를 나타내는 지수로, 북극의 찬 공기를 얼마나 강하게 붙잡고 있는지를 보여준다. 이 지수가 음의 값을 보이면 북극의 냉기가 중위도로 내려오기 쉬운 환경이 형성된다.

이명인 울산과학기술원(UNIST) 지구환경도시건설공학과 교수는 "우리나라 겨울철 기온은 북극 진동 지수와 상관성이 높다"며 "올겨울에는 북극 진동이 음의 위상을 반복하며 냉기가 남하하기 쉬운 조건이 이어졌다"고 설명한다.

다만 한파의 '지속성'을 북극 진동 지수 하나로 설명하기에는 무리가 있다는 분석도 나온다. 우진규 기상청 통보관은 최근 한파의 장기화가 단일 요인보다는 복합적인 대기 구조에서 나타났다는 점을 강조한다. 북극 진동의 음의 위상이 한파 발생 가능성을 높일 수는 있지만, 실제로 추위가 오래 머물기 위해서는 제트기류의 굴곡 정도, 상층 고기압의 발달, 이른바 블로킹 현상이 어느 지역에 형성되느냐 같은 '기회적 조건'이 함께 맞물려야 한다는 설명이다.

실제로 베링해 인근에서 강한 상층 고기압이 발달하면서 대기 흐름이 정체되고, 그 영향이 동아시아로 이어질 경우 한반도 상공에서는 찬 공기가 빠져나가지 못한 채 유지되는 구조가 형성될 수 있다. 이런 조건이 맞아떨어질 때 한파는 강도보다 '지속성'을 띠게 된다.

NOAA 관측 지표로 본 올겨울 대기…AO 지수의 불안정한 흐름

이런 분석은 실제 관측 지표에서도 확인된다. 미국 기상해양청(NOAA)이 제공하는 북극 진동(AO) 지수 그래프를 보면, 지난해 가을 이후 AO 지수는 전반적으로 0 이하의 음의 값을 반복하며 유지됐다. 이는 북극의 찬 공기를 가두는 힘이 약해진 상태가 장기간 이어졌음을 의미한다.

특히 올해 1월 이후에는 AO 지수가 급격히 낮아지는 구간이 나타났고, 이후에도 회복과 재하강을 반복하는 불안정한 흐름이 이어졌다. AO 지수가 음의 값을 보일 때는 북극의 냉기가 중위도로 확장될 가능성이 커지는데, 이번 겨울에는 이 조건이 일시적이 아니라 연속적으로 형성된 셈이다.

NOAA의 앙상블 예측(GEFS) 역시 AO 지수가 단기간에 강하게 회복되기보다는, 변동성을 유지한 채 약한 상태가 이어질 가능성을 시사한다. 이는 한파가 한 차례 지나간 뒤 곧바로 해소되기보다는, 다시 재유입될 여지가 남아 있는 구조임을 보여준다.

서울 전역에 올겨울 첫 한파주의보가 발효된 지난 9일 오전 서울 광화문광장에서 시민들이 두꺼운 옷차림을 한 채 걸어가고 있다. 연합뉴스 제공

추운 겨울은 기후위기와 모순되지 않는다

이 지점에서 흔히 등장하는 질문이 있다. "지구온난화 시대라면서 왜 이렇게 춥냐"는 의문이다. 과학자들은 이를 모순이 아니라 온난화의 결과로 설명한다. 온난화는 평균의 변화이고, 한파는 변동성의 문제라는 것이다.

지구 평균 기온은 분명히 상승하고 있지만, 그 과정에서 대기와 해양의 에너지 균형이 흔들리며 극단적인 기상 현상이 더 자주, 더 오래 나타난다. 특히 북극의 급격한 온난화는 중위도 지역의 겨울을 불안정하게 만든다. 이명인 교수는 이를 '북극 증폭' 현상으로 설명하며, "따뜻해진 북극이 오히려 냉기를 단단히 가두지 못하는 상황"이라고 말한다.

한파의 장기화는 사회 전반에도 영향을 미친다. 난방 수요 증가로 인한 에너지 부담, 농작물 피해, 교통과 산업 차질, 취약계층의 건강 문제까지 이어진다. 김승배 본부장은 "이제는 한파의 강도보다 지속성에 대비하는 사회적 준비가 중요해졌다"며 "에너지·보건·교통 시스템 전반에서 새로운 기준이 필요하다"고 강조한다. 올겨울의 추위는 이제 얼마나 낮아지는가보다, 얼마나 오래 머무는가의 문제가 되고 있다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr