1. 서 론

남극의 해빙은 해양-대기 상호작용, 빙붕 안정도, 빙상 질량 균형에 중요한 역할을 한다(Massom and Stammerjohn 2010; Massom et al. 2018; Kromer and Trusel 2023; Wang et al. 2024a). 해빙의 생성과 용융은 수괴 형성과 해양 순환에 영향을 미치며, 해빙의 높은 알베도는 입사되는 태양 복사의 상당 부분을 반사함으로써 지구 복사 수지를 조절한다(Hobbs et al. 2016; Rintoul, 2018; Duspayev et al. 2024; Eabry et al. 2024). 따라서 해빙은 남극뿐만 아니라 전 지구 기후 시스템에 있어 매우 중요한 역할을 한다(Simpkins et al. 2012; Gilbert and Holmes 2024; Roach and Meier 2024; Wang et al. 2024a). 남극 해빙의 면적은 북극과 달리 지구 온난화에도 불구하고 완만하지만 분명한 증가 추세를 보여왔으나(Hobbs et al. 2016; Eayrs et al. 2021; Roach and Meier 2024), 2016년에 급격하게 감소하며 많은 주목을 받았다(Stuecker et al. 2017; Turner et al. 2017; Schlosser et al. 2018; Meehl et al. 2019; Wang et al. 2019a; 2019b). 이후 연평균 해빙 면적은 완만한 회복세를 보이는 듯했지만(Turner et al. 2022; Wang et al. 2024b) 2021년 봄, 해빙 면적 감소가 시작된 이후(Turner et al. 2017) 현재까지도 평균보다 매우 적은 해빙 면적이 지속되고 있다(Fig. 1a). 특히 여름철에는 2022년부터 2024년까지3년 연속으로 기록적인 해빙 면적 감소를 경험했을 뿐만 아니라(Fig. 1c), 2023년에는 해빙이 최대가 되는 9월에도 최저치를 기록하였다(Fig. 1b).

Fig. 1.

(a) Time series of standardized sea ice extent (SIE) anomalies relative to the 1981–2010 climatology since 1979, with grey shading indicating the analysis period (March 2021–February 2024). (b) Time series of monthly mean SIE for September, the month with the maximum SIE, from 1979 onward. (c) Same as (b), but for February, the month with the minimum SIE

남극의 해빙은 계절에 따른 면적 변화가 매우 크고, 해역별로 다른 양상을 보이는데(Stammerjohn et al. 2012; Turner et al. 2015; 2017), 해빙과 맞닿아 있는 대기는 관측된 해빙의 경년 변동성과 추세의 대부분을 설명하는 것으로 알려져 있다. 남극 해빙의 변동성은 Southern Annular Mode (SAM)와 El Niño–Southern Oscillation (ENSO)를 포함하는 대규모 기후변동 모드의 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Turner 2004; Fogt et al. 2011; Turner et al. 2013; Hosking et al. 2013; Holland et al. 2018; Li et al. 2021; Wang et al. 2023a). 남반구의 가장 주된 대기 변동성인 SAM은 동서 방향의 대칭적인 패턴이 특징적이며 남반구(20°S 이남) 해면 기압 또는 지위고도 변동성의 20% 이상을 설명한다. 일반적으로 SAM이 양의 위상일 때 남극에 환형(annular)구조의 강한 음의 기압 편차가 발달하며, 아문센 해 저기압(Amundsen Sea Low, ASL)의 강화를 야기한다(Ding et al. 2012; Turner et al. 2013; Clem et al. 2017; Fogt and Marshall, 2020). ENSO는 SAM과 더불어 남극 해빙의 형성과 분포에 영향을 미치는 주요 변동성으로 ENSO에 의한 영향은 주로 늦겨울-봄에 가장 강하게 나타난다. 일반적으로 La Niña 시기에는 아문센 해 저기압이 강화하며, 반대 위상인 El Niño 가 발생할 경우에는 저기압은 약화하고 서남극 해역에 고기압 편차가 발달한다(Turner 2004; Yuan 2004; Jin and Kirtman 2009; Yuan et al. 2018; Eayrs et al. 2019; Li et al. 2021). 또한 ENSO의 영향은 SAM과의 상호작용을 통해 아문센 해 저기압에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는데, SAM의 양(음)의 위상과 La Niña (El Niño)의 조합은 아문센 해 저기압의 음(양)의 기압 편차를 강화시키는 In Phase 조건에 해당한다(Stammerjohn et al. 2008; Fogt et al. 2011; Eayrs et al. 2019; Fogt and Marshall 2020; Wang et al. 2023a).

서남극의 기후를 조절하는 주요 요인 중 하나인 아문센 해 저기압(Amundsen Sea Low)은 남반구 태평양 부문 내에 존재하는 저기압으로 강한 변동성을 보이며, 대규모 대기 순환의 남북 방향 성분을 조절함으로써 표층 기후에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Fogt et al. 2012; Hosking et al. 2013; 2016). 특히 저기압의 깊이와 위치의 변화는 표층 바람을 통해 아문센-벨링스하우젠해를 비롯한 인근의 로스해, 웨델해의 해빙 변화에 큰 영향을 미친다(Hosking et al. 2013; Turner et al. 2013, 2017; Gilbert and Holmes 2024). 예를 들어 저기압의 서쪽에는 북향류가 우세하며 이에 따른 남극 대륙의 차가운 공기가 해빙 면적을 증가시키는 데 반해, 저기압의 동쪽에는 남향류가 발달하며 비교적 온도가 높고 습한 해양의 공기가 유입되어 해빙이 감소하게 된다(Hosking et al. 2013). 최근 선행 연구들은 2016년 이후 발생한 극단적인 해빙 감소 이벤트에는 대기 변동성의 영향이, 현재까지 지속되고 있는 경향성에는 상층 해양 온난화와 같은 해양의 역할이 중요하게 작용한 것으로 제시하고 있다(Meehl et al. 2019; Purich and Doddridge 2023; Wang et al. 2023b; Ionita 2024; Jena et al. 2024). 아문센 해 저기압은 극단적인 해빙 감소(2016년) 이전까지의 상반된 아문센-벨링스하우젠해와 로스해의 해빙 추세뿐만 아니라(Haumann et al. 2014), 2017년을 비롯한 2022, 2023년의 여름철 극단적인 해빙 감소에 있어 중요한 역할을 한 것으로 제시되며(Turner et al. 2017, 2022; Wang et al. 2023b), 남극의 지역적인 해빙 변화를 설명하는 핵심적인 대기 변동성으로 여겨진다.

기존 연구는 주로 최근 남극 해빙 감소의 개별 사례 또는 특정 요인에 초점을 맞추어 최근 해빙 감소를 설명해 왔다. 그러나 최근 연속적으로 발생한 여름철 최소 해빙 면적을 일관된 분석 방법을 적용하여 비교·분석하고 해역별 해빙 변화 양상 및 이를 야기한 선행 조건을 사례별로 제시한 연구는 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 위성기반 및 재분석장을 사용하여 2022–2024년 연속적으로 발생한 기록적인 여름철 최소 해빙 면적의 발달 과정을 확인하고자 하였다. 이를 위해 3년간(2021년 3월–2024년 2월)의 아문센 해 저기압의 변동에 따른 계절별 대기-해빙의 공간 분포를 분석하였으며, 특히 기록적인 해빙 면적 감소에 크게 기여한 로스해와 웨델해를 중심으로 겨울–봄철 선행 대기 조건이 여름철 해빙 발달에 미친 영향을 조사하였다.

2. 자료 및 방법

본 연구에서는 최근 3년(2021년 3월–2024년 2월)간의 해빙 변화에 대기 패턴이 미친 영향에 대한 분석을 진행하였다. 해빙 자료는 미 국립빙설센터(NSIDC)에서 제공하는 위성 관측 기반 NOAA/NSIDC Climate Data Record (CDR) 월 평균 해빙 농도(Sea Ice Concentration, SIC) (Meier et al. 2021)와 Polar Pathfinder Daily 25 km EASE-Grid Version 4 주 평균 해빙 이동(Sea Ice Motion) (Tschudi et al. 2019) 자료를 사용하였으며 모두 25 km × 25 km의 공간 해상도로 제공되고 있다(Table 1). 해빙 면적(Sea Ice Extent, SIE)의 연간 변화 또는 월･계절 평균 면적 및 편차는 NSIDC에서 남극 전체, 해역별(Fig. 2b)로 제공하고 있는 Sea Ice Index (Version 3)(Fetterer et al. 2017)를 사용하여 나타내었다. SIE란 해빙 농도가 15% 이상인 셀의 면적을 합산한 값으로, 시간에 따른 해빙 발달을 정량적으로 확인하기 위해 널리 사용되는 지수이다. 계절 변화는 남반구를 기준으로 하여 가을(MAM), 겨울(JJA), 봄(SON), 여름(DJF)으로 구분하여 연간 변화를 나타냈다. 연구 기간은 기록적인 여름철 해빙 면적 감소 발달에 초점을 맞추어 3월부터 이듬해 2월을 한 케이스(case)로 구분하였으며(e.g. 2021년 3월–2022년 2월, 이하 2021/22), 총 세 케이스에 대한 분석을 진행하였다.

Fig. 2.

(a) Daily sea ice extent (SIE) from March to the following February for 2021/22, 2022/23, and 2023/24 (colored lines), compared with the climatological mean of the daily annual cycle (1981–2010; thick grey line) and its ±2 standard deviation range (shading). (b) Map of the Southern Ocean and its five sectors: Weddell (Weddell Sea, 60°W–20°E), Indian (Indian Ocean, 20°E–90°E), WPO (Western Pacific Ocean, 90°E–160°E), Ross (Ross Sea, 160°E–130°W), and ABS (Amundsen and Bellingshausen Seas, 130°W–60°W). The green line represents the mean sea ice edge (the points where sea ice concentration exceeds 15%) for February 2022–2024, while the yellow line indicates the climatological sea ice edge (1981–2010). (c-e) Seasonal (red line) and regional (bars) SIE anomalies across the entire Southern Ocean for each year

해빙에 대한 대기와 해양의 영향을 조사하기 위해 유럽중기예보센터(ECMWF)에서 제공하는 ERA5 재분석장의 평균해면기압(mean sea level pressure, MSLP), 기온(2 m air temperature), 바람 (u･v component of wind at 10 m), 총 표층 단파 복사(net surface shortwave radiation)을 사용하였다(Table 1)(Hersbach et al. 2023a). 추가적으로 1000 hPa 에서의 기온, 수평 바람을 이용하여 온도 이류(temperature advection)를 계산하였으며 500 hPa 지위고도를 통해 남반구의 대규모 대기 변동성을 확인하였다(Hersbach et al. 2023b). Ocean Reanalysis System 5 (ORAS5)의 월 평균 잠재 수온은 분석 기간 동안의 상층 해양 수온을 확인하는데 사용됐다(Zuo et al. 2019). 대기, 해양 변수는 모두 월 평균 자료이며 0.25° × 0.25°의 공간해상도를 갖는다. 연구에서 사용된 장기 평균(climatology)은 NSIDC에서 사용하는 기준기간인 1981년부터 2010년까지의 평균을 말하며, 이는 기존 남극 해빙 연구(Ionita 2024; Wang et al. 2024a)에서도 널리 사용되는 기준기간이다. 사용된 편차(anomaly) 또한 각 변수 별 장기 평균에 대한 편차를 가리킨다. 결측 구간(1987년 12월–1988년 1월)이 존재하는 해빙 자료의 경우 장기 평균 계산 시에 동일 기간의 일간 자료 평균으로 월평균을 대체하였다. 아문센 해 저기압 지수(Hosking et al. 2016)는 저기압을 대표하는 네가지 지수 중 아문센 해 저기압 영역(170°–298°E, 60–80°S) 내의 최소 기압으로 표현되는 저기압의 중심 기압(Actual Central Pressure, ACP)과 중심 기압의 경도(Longitude)를 사용하였다(https://scotthosking.com/asl_index). 계절 규모에서의 저기압의 영향을 확인하고자 (Hosking et al. 2016)의 방법을 사용하여 ERA5 평균 해면 기압 자료를 계절별로 평균한 뒤 각각의 지수를 나타내었다. 또한 남반구 주요 기후모드와 아문센 해 저기압과의 관계를 파악하기 위해 경험적 직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석법을 사용하였다. 월별 상층(500 hPa) 지위고도 편차(anomaly)를 EOF 수행했을 때, 1모드는 SAM과 관련된 모드이며, 2･3 모드는 Pacific-South American (PSA)의 두 패턴으로 정의된다(Echevarria et al. 2020; Lou et al. 2021).

일정 기간 동안의 해빙 변화에 대한 기여도를 파악하기 위하여 해빙 수지 분석을 수행하였다. 분석 이전에 해빙 농도(Polar Stereo grid, 단위: %) 자료가 해빙 이동 자료(EASE Grid, 단위: cm/s)와 다른 격자체계로 구성되어 있어 해빙 이동 자료에 맞게 Conservative 방법을 사용하여 재격자화 하였다. 일간 자료가 아닌 일주일 단위의 해빙 이동 자료를 사용하였기 때문에 해빙 수지 계산 이전에 시간에 대한 평탄화(smoothing)를 제외한 공간적인 평탄화(5 × 5 grid-cell window) 작업만 진행하였다. 이 과정에서 해빙 농도(%)는 0-1 사이의 ice fraction으로 환산하여 사용하였다.

Holland and Kimura (2016)에 따르면 해빙 수지 분석의 관계식은 아래의 식과 같이 나타낼 수 있으며 시간에 대한 해빙 농도의 변화량(∂C∂t)과 해빙의 이류(-u∇∙C)와 발산(-c∇∙u)으로 계산되는 역학적 기여도를 제외한 나머지를 잔차(residual)로 간주한다.

∂C∂t=-u∙∇C-C∇∙u+residual

위 식에서 C는 해빙 농도, u는 해빙의 이동 성분을 나타내며, 각 항의 양의 값은 전부 해빙의 증가하는 방향을 가리킨다. 잔차 항에는 결빙(freezing)이나 용융(melting)과 같은 열역학적 작용 뿐만 아니라 Ridging 또는 Rafting과 같은 기계적 재분배, 관측자료의 불확실성 및 재격자화 과정에서 발생하는 오차 등이 포함될 수 있다. 여기서 기계적 재분배란 질량은 보존된 채로 해빙이 겹쳐지면서 해빙의 두께가 증가하고 그로 인해 해빙 농도가 감소하는 과정을 나타낸다. 본 연구에서는 Holland and Kimura (2016)에 따라 잔차 항이 음의 값이고 해빙 이동 성분이 수렴하며, 해빙 농도가 90% 이상인 조건을 만족할 때 기계적 재분배에 의한 기여로 판단하였고 이외에는 주로 열역학적 작용에 의한 해빙 변화로 추정하였다. 다만, 각 과정의 기여도를 명확히 분리할 수 없기 때문에 잔차 항에는 기계적 과정 및 관측자료의 불확실성으로 인한 영향도 일부 포함될 수 있다.

∫t1t2∂C∂tdt=-∫t1t2u∙∇Cdt-∫t1t2C∇∙udt+∫t1t2residualdt

본 연구에서는 위 식의 성분들을 각 사례별로 분석 기간(5–10월, 11–12월)에 대해서 적분하여 해당 기간의 총 해빙 변화에 대한 각 항의 누적 기여도를 확인하였다(Holland and Kwok 2012; Nie et al. 2022).

3. 결 과

2022–2024년 해빙 발달 특성

계절에 따른 면적 변화가 큰 남극의 해빙은 기후학적으로 9월 22일에 최대 면적(18.572 × 10⁶km²)에 도달하며 이후 감소하기 시작하고 남반구 여름철인 2월 23일에 최소 면적(2.883 × 10⁶km²)을 기록한다. 평균적으로 웨델해(Weddell Sea, 연 평균 36.9%)와 로스해(Ross Sea, 연 평균 25.6%)가 남극 전체 해빙 면적에서 가장 넓은 면적을 차지하는데(Table 2), 계절에 따라 그 비율은 변하지만 인도양(Indian Ocean)과 아문센-벨링스하우젠해(Amundsen-Bellingshausen Seas, ABS)의 해빙 면적이 그 뒤를 잇고 서태평양(Western Pacific Ocean, WPO)이 가장 적은 면적을 차지한다. 본 연구에서 분석한 세 케이스는 해빙이 성장하는 시기에는 각기 다른 발달 양상을 보이지만 여름철에는 모두 평균보다 감소하며 3년 연속으로 역대 최저 수준의 최소 해빙 면적을 기록하였다(Fig. 1c). 따라서 본 연구에서는 3년간의 기록적인 여름철 해빙 면적 감소에 초점을 맞추어, 최소 해빙 면적이 발달하는 과정과 이에 대한 해역별 기여도를 각 케이스별로 분석하였다.

Fig. 2은 각 케이스의 해빙 일변화와 계절별 해빙 면적 편차를 나타낸 그림이다. 2021/22년은 Fig. 2a에서 보여지는 것과 같이 해빙 성장기 동안 양의 해빙 편차를 보이며 9월 1일에 최대 해빙 면적(18.840 × 10⁶km²)에 도달하였다. 그러나 이후 평균보다 이른 시기부터 해빙이 감소하기 시작하였고, 봄철부터 음의 해빙 편차를 보이며(Fig. 2c) 2월 25일에 최소 해빙 면적(1.976 × 10⁶km²)을 기록했다. 이는 2017년(2.11 × 10⁶km²)에 기록했던 역대 최소 해빙 면적을 넘어선 수치이며 임계값으로 여겨지던 2.00 × 10⁶km²보다 낮은(Raphael and Handcock 2022) 기록적인 해빙 면적 감소에 해당한다. 해역별 해빙 면적 편차를 확인해 봤을 때(Fig. 2c), 겨울철까지 양의 편차를 보이던 아문센-벨링스하우젠해, 인도양(Indian Ocean), 그리고 서태평양이 음의 편차로 전환되면서 로스해를 제외한 전 해역이 봄철부터 음의 해빙 편차를 보였다. 로스해의 경우에는 겨울철부터 봄철까지는 양의 편차를 보였으나 여름철에 급격하게 감소하며 기록적인 여름철 해빙감소에 기여하였다.

2022/23년의 경우에는 이전 기록(2022년 2월)에서 이어진 음의 해빙 편차가 연중 지속되며 2023년 2월 다시 최소 해빙 면적(2023년 2월 21일, 1.788 × 10⁶km²)을 갱신하였다. 해역별 계절 해빙 면적 편차에서도 로스해를 제외한 남극 전 해역에서 음의 해빙 편차가 계속되는 특징이 나타났으나(Fig. 2d), 로스해는 해빙이 생성되는 시기인 겨울과 봄철에 양의 편차, 즉 평균보다 많은 해빙 면적을 보이며 해빙 감소를 일부 상쇄하였다. 그러나 여름철에는 2021/22년과 유사하게 로스해의 해빙이 가파르게 감소하면서 음의 편차에 기여했으며, 결과적으로 남극의 해빙 면적은 새로운 최소 해빙 면적을 기록하였다.

음의 해빙 편차는 2023년 2월 이후에도 지속됐으며 2023/24년 역시 연중 평균보다 적은 해빙 면적을 보이다가 2024년 2월 위성 관측 기간 이래 3번째로 적은 최소 해빙 면적(2024년 2월 20일, 1.985 × 10⁶km²)을 기록했다. 2023/24의 경우 2024년 1월을 제외한 전 기간이 표준편차(Standard Deviation, STD)의 두 배를 넘어서는 큰 음의 해빙 편차를 보였는데(Fig. 1a), 특히 겨울-봄철에는 다른 두 사례와 비교하여도 매우 적은 양의 해빙이 생성되었으며 평균과 최소 4STD (최대 약 7STD) 이상 차이나는 기록적인 해빙 면적 감소가 계속됐다. 해빙 면적이 최대가 되는 9월에는(Fig. 1b) 위성기간 이래 가장 적은 최대 해빙 면적(2023년 9월 10일, 16.956 × 10⁶km²)을 기록하였다. 이는 이전 기록인 1986년 9월 21일의 17.986 × 10⁶km² 보다도 약 6%(1.030 × 10⁶km²) 감소한 수치에 해당한다. 2023/24의 경우 아문센-벨링스하우젠을 제외한 전 해역에서 연중 음의 편차가 나타났으며, 특히 겨울-봄철에 웨델해, 로스해, 인도양에서 매우 강한 해빙 감소가 두드러졌다. ABS에서는 이와 반대로 겨울-봄철에 양의 편차가 나타났다.

세 사례 모두 여름철에는 전 해역이 음의 편차를 보이며 최소 수준의 여름철 해빙 면적을 기록했으며(Fig. 1c) 뿐만 아니라 2023/24년의 경우 가장 적은 겨울철 최대 해빙 면적을 기록하였다(Fig. 1b). 평균적으로 남극 해빙 면적의 약 60% 이상(Table 2)을 차지하는 웨델해와 로스해가 해빙 감소 이후의 전체 해빙 면적 변화에도 크게 기여하며 선행 연구와 일치하는 결과를 보였다(Turner et al. 2022; Wang et al. 2022, 2023b, 2024a; Mezzina et al. 2024). 웨델해는 평균 이하의 해빙 면적이 시작되는 2021년 봄철 이후 음의 편차가 지속되는 특징을 보이며, 주로 겨울-봄철의 해빙 편차에 크게 기여했다(Table 3). 로스해의 경우에는 2021/22, 2022/23년 겨울-봄철에 양의 편차를 기록하며 웨델해와 반대되는 양상을 보였으나, 2023/24년에는 웨델해와 동일하게 음의 편차가 이어졌다. 로스해는 세 케이스 모두 주로 여름철 해빙 편차에 크게 기여한 것으로 나타났다(Fig. 2c–e, Table 3). 이러한 결과는 1981–2020 및 1991–2020 기후평균을 기준으로 동일한 분석을 수행한 경우에도 유사하게 나타났으며, 기준기간의 선택이 본 연구의 주요 결과와 해석에 영향을 미치지 않음을 확인하였다.

2022–2024년 대기 순환 및 해빙 분포 특성

2021/22년은 아문센 해 저기압에 의한 대기 패턴이 가장 특징적으로 나타났다(Fig. 3). 저기압 중심이 겨울-봄철 동안 평균에 비해 강하게 발달했으며 서남극 해역에서 음의 기압 편차가 두드러졌다(Fig. 3d and g). 특히 봄철이 되면서 저기압은 더욱 강해지고 평균보다 동쪽으로 이동함에 따라(Fig. 4) 서남극 해역 동쪽에서 그 영향이 더 강하게 나타났다. 겨울철 아문센 해 저기압의 발달은 저기압의 서쪽 편인 로스해 동부와 아문센해 서부에 남풍 편차를 유발하였고 동쪽 편에 해당하는 벨링스하우젠해와 남극반도에는 북풍 편차를 야기하였다(Fig. 3d–e). 이후 봄철에는 남극 대륙 전반적으로 음의 기압 편차가 강해지면서 SAM과 유사한 패턴이 나타났으며 아문센 해 저기압 또한 더욱 강하게 발달하였다(Figs. 3g and 4a). 특히 저기압의 중심 기압이 위성기간 이래(1979년~) 가장 낮은 값(ACP: 963 hPa, Fig. 4a)을 기록하며(Wang et al. 2023b), 로스해부터 웨델해까지 인근 해역에 평년보다 매우 강하게 영향을 미쳤다. 저기압으로 인한 바람 편차는 해빙을 수송할 뿐만 아니라 남극 대륙의 차가운 공기를 동반하여 로스해와 아문센해에는 평년보다 해빙이 증가시킨다. 반면 벨링스하우젠해와 웨델해에는 비교적 습하고 따뜻한 해양의 공기가 유입됨으로써 해빙이 평년보다 감소하게 된다(Hosking et al. 2013). 특히 벨링스하우센해와 웨델해에는 평년보다 높은 기온 편차를 동반한 강한 북풍 편차가 발달하여 해빙이 크게 감소하였고(Fig. 3h–i), 이로 인한 웨델해 해빙 감소는 2021년 봄철의 해빙 면적 감소를 주도하였다(Fig. 2c, Table 3). SAM과 유사한 기압 패턴은 여름철까지 이어졌다(Fig. 3j).

Fig. 3.

Seasonal variation of atmospheric and sea ice conditions for 2021/22 (March 2021–February 2022). The left panels (a, d, g, j) show spatial anomalies of mean sea level pressure relative to the climatology (1981–2010), with black contours indicating SLP anomalies exceeding ±6 hPa at 2 hPa intervals. The middle (b, e, h, k) and right (c, f, i, l) panels present corresponding seasonal anomalies for 2-meter air temperature and sea ice concentration, respectively. In the SIC anomaly panels, black contours indicate the sea ice edge, and grey contours indicate the 0% SIC anomaly

Fig. 4.

Time series of the seasonal Amundsen Sea Low index for (a) ACP (Actual Central Pressure) and (b) Longitude in each case

2022/23년은 아문센 해 저기압에 의한 기압 편차가 두드러지며 2021/22년과 매우 유사한 패턴을 보였다(Fig. 5). 가을부터 강하게 발달한 아문센 해 저기압은 시간이 지남에 따라 점차 중심기압이 깊어지고 동쪽으로 이동하여(Fig. 4) 서남극의 로스해, 아문센해 그리고 벨링스하우젠해 뿐만 아니라 웨델해까지 전반적인 해빙 발달에 영향을 미쳤다(Fig. 5a–i). 가을철 서남극 연안과 웨델해에는 전반적으로 높은 기온 편차가 나타났으며 로스해에는 이전 여름부터 이어진 음의 해빙 편차가 분포한다. 겨울철에는 아문센 해 저기압으로 인해 로스해 동부부터 남극 반도까지 음의 기압 편차가 발달하였으며, 서태평양에는 고기압 편차가 나타났다. 이로 인해 웨델해 서부와 인도양에 높은 기온 편차를 동반한 북풍 편차가 발달하면서 가장자리의 해빙이 평년보다 감소하였다. 반대로 로스해와 일부 서태평양에는 낮은 기온 편차를 동반한 남풍 편차가 발달하여 해빙이 평년보다 증가했으며, 웨델해와 로스해의 상반된 패턴은 봄철이 되면서 저기압이 강화함에 따라 더욱 분명하게 나타났다. 특히 봄철의 아문센 해 저기압 중심은 역대 최소치를 기록했던 2021/22년과 비슷한(약 965 hPa) 수준으로, 매우 깊게 발달한 아문센 해 저기압의 영향이 인근 해역에 지배적으로 작용하였다. 봄철이 되면서 서남극 해역을 포함한 남극 대륙 전반에 음의 기압 편차가 발달하는데, 이로 인해 로스해를 제외한 대부분의 해역에 북풍 편차가 우세하게 작용할 뿐만 아니라 평년보다 높은 기온이 분포하면서 해빙이 크게 감소하였다(Fig. 5g–i). 이러한 기압패턴은 여름철까지도 이어졌으며(Fig. 5j) 웨델해의 다년빙(multi-ice)이 존재하는 지역과 로스해 서부 해역일부를 제외한 대부분의 해역에서 음의 해빙 편차가 나타났다(Fig. 5l). 흥미로운 점은 2021/22, 2022/23년 모두 로스해 연안에서 두드러지는 바람 또는 기온 편차가 없음에도 불구하고 강한 음의 해빙 편차가 확인되었다는 점이다. 로스해는 겨울–봄철에 남풍을 따라 해빙이 증가한 해역이지만, 여름철에는 이와 상반되게 특히 동부 연안에서 매우 강한 음의 해빙 편차가 나타나면서 기록적인 여름철 해빙 면적 감소에 크게 기여하였다(Table 3).

Fig. 5.

Same as Fig. 3 but showing the seasonal variation for 2022/23 (March 2022–February 2023)

남극 전반적으로 고기압과 저기압 편차가 번갈아 분포한 패턴을 보이는 2023/24년은 이전의 두 해와 달리 로스해와 웨델해를 비롯한 해역에 발달한 고기압 편차로 인한 북풍이 전반적인 해빙 변화에 큰 영향을 미쳤다(Fig. 6). 가을철부터 로스해와 인도양에 고기압 편차가 발달하였으며 서태평양과 아문센-벨링스하우젠해에는 저기압 편차가 발생하였다. 가을철의 강한 아문센 해 저기압은 아문센해 해빙이 빠르게 증가하는데 기여했으나 웨델해에는 평년 대비 최대 8°C 이상의 기록적인 기온 편차를 동반한 북풍 편차를 야기하면서 해빙 성장을 크게 저해하였다(Fig. 6a–c). 가을철의 기압 분포는 웨델해 뿐만 아니라 인도양과 로스해에 높은 기온 편차를 동반한 북풍 편차를 유발하였고 그로 인해 해빙이 생성되기 시작하는 가을철부터 남극 전반적으로 음의 해빙 편차가 강하게 나타났다. 겨울철이 되면서(Fig. 6d) 아문센 해 저기압은 크게 약화하고 로스해, 인도양 그리고 웨델해를 중심으로 발달한 고기압 편차를 따라 고온의 북풍 편차가 나타나면서 해빙이 이례적으로 감소하였다. 특히 로스해에는 최대 8°C 이상의 기온 편차가 발생하며(Fig. 6d–e) 평년대비 매우 낮은 해빙 면적을 보였다. 이러한 패턴은 봄철까지 지속되면서 해빙 성장을 저해하였고 아문센-벨링스하우젠해(Fig. 6c, f and i)와 일부 서태평양(Fig. 6i)을 제외한 전 해역에 매우 강한 음의 해빙 편차를 야기하면서 겨울–봄철의 기록적인 해빙 면적 감소로 이어졌다. 여름철에는 앞선 두 케이스와 마찬가지로 여름철 SAM의 강화 추세(Fogt and Marshall 2020)와 일치하는 패턴이 나타났다(Fig. 6j). 로스해를 비롯한 웨델해 동부, 인도양 등에 여름철까지도 북풍이 지속되면서 해빙의 용융을 촉진하였고 (Fig. 6k–l), 2023/24년은 다른 두 해와 같이 최소 수준의 여름철 해빙 면적을 기록하였다(Figs. 1c and 2c–e).

Fig. 6.

Same as Fig. 3 but showing the seasonal variation for 2023/24 (March 2023–February 2024)

사례별 선행 대기 조건과 해빙 감소 메커니즘

3.2장의 분석 결과, 2021/22년과 2022/23년의 대기 패턴과 해빙 발달에 아문센 해 저기압의 영향이 중요한 역할을 한 것으로 나타났다. 두 해 모두 겨울-봄철에 동쪽에서 강하게 발달한 저기압으로 웨델해에는 해빙이 감소하고 로스해에는 해빙이 증가하는 상반된 해빙 패턴이 나타났다. 그러나 여름철에는 해빙이 증가했던 로스해에서 급격한 해빙 감소가 연안에 집중적으로 나타나면서 남극의 여름철 최소 해빙 면적을 주도하였다(Table 3). 2021/22년과 2022/23년 두 해의 여름철 대기 패턴을 살펴보았을 때 연안의 강한 해빙 편차를 야기할 만한 바람･기온 편차를 확인할 수 없기 때문에(Fig. 3k, 4k), 여름철 로스해 해빙 감소 요인을 선행 계절과 관련 지어 분석하였다.

2021/22년과 2022/23년, 로스해에는 북동쪽을 향한 해빙 이동이 분명하게 나타나고 있으며, 평년에 비해 해빙의 북쪽으로의 이동이 두드러진다(Fig. 7a, b, d and e). 이는 북풍 편차가 우세했던 2023/24년(Fig. 7c and f)과 달리 겨울-봄철 동안 저기압의 영향이 두드러졌던 두 해의 대기 패턴과 일관되며 저기압으로 인한 남풍에 의해 해빙이 지속적으로 북쪽으로 수송됐음을 시사한다. 따라서 5월부터 10월까지의 누적된 해빙 변화량을 살펴봤을 때(Fig. 8) 해빙 가장자리에는 남풍이 우세했던 해역에 이류에 의한 해빙 증가가 두드러지게 나타난다(Fig. 8g–h). 가장자리 남쪽의 해빙 내부에서는 발산에 의한 해빙 감소가 나타나지만 잔차 항의 해빙 증가가 우세하게 나타나 서로 상쇄되면서 해빙 면적이 유지된다(Fig. 8c–d and g–h). 이러한 결과는 강한 남풍이 해빙을 북쪽으로 수송하여 가장자리는 북쪽으로 확장되고, 내부에서는 잔차 항의 증가가 이를 상쇄하면서 전반적인 해빙 면적 증가로 이어졌음을 시사한다. 그러나 지속적인 해빙 수송은 동시에 해빙의 두께를 평년보다 감소시키게 되는데 이는 선행 연구의 모델 실험을 통해서 확인된 바 있다(Wang et al. 2024a).

Fig. 7.

Seasonal composites of sea ice and surface forcing anomalies for 2021/22 (left panel), 2022/23 (middle panel), and 2023/24 (right panel). (a–c) Winter (JJA) and (d–f) spring (SON) mean meridional sea ice motion anomalies (shading; positive values indicate northward motion) with sea ice drift anomalies (vectors). (g–i) Net surface shortwave radiation anomalies averaged over November–December (ND; shading; positive downward). (j–l) Sea ice concentration (SIC) anomalies (shading) and surface wind anomalies (vectors), also averaged over ND. Green lines denote the analysis region

Fig. 8.

Components of the integrated Antarctic sea ice concentration budget from May to October for 2021/22 and 2022/23. Rows represent the integrated values of sea ice difference, residual, advection, and divergence. Positive values of all terms indicate an increase in ice

일반적으로 봄철에 해빙이 최대치를 기록한 이후, 해빙 농도가 점차 감소함에 따라 개방수역(open water)이 증가하여 표층 알베도(albedo)가 감소한다. 따라서 해양에 흡수되는 태양 복사량이 증가하여 수온이 상승하고 해빙 용융이 가속화되며 이는 다시 표층 알베도 감소로 이어지게 된다. 이러한 일련의 과정을 Positive Ice-Ocean-Albedo feedback이라 일컫는다(Eayrs et al. 2019). 로스해 연안(green box area in Fig. 7)에 입사하는 태양복사 에너지는 평균적으로 10월부터 증가하지만 그에 따른 해빙 감소나 평균 SST 증가와 같은 변화 또는 이로 인한 feedback 과정은 확인하기 어렵다(Fig. 10). 그러나 2021/22년과 2022/23년은 로스해 해빙이 음의 편차로 전환되는 시기인 초여름에도 연안에서 남풍이 여전히 우세하며, 평년보다 해빙 농도는 감소하고 하향 단파복사는 증가한 패턴이 나타난다(Fig. 7g, h, j and k). 2021/22년의 경우 이러한 패턴이 로스해 연안 전반에 나타나며, 2022/23년의 경우 주로 로스해 동부에서 두드러진다. 로스해 서부에서 나타나는 양의 해빙 편차는 강한 북풍 편차가 발달하여 평년보다 해빙이 적게 감소함에 따른 것으로 추정된다(Figs. 7k and 9b). 로스해 연안의 해빙 농도 감소는 11, 12월 동안의 누적 해빙 변화량에서도 확인된다(Fig. 9). 해빙 변화에 대한 기여도를 성분별로 확인하였을 때, 지속된 남풍(Fig. 7j and k)으로 인한 해빙 이류와 주로 용융(melting)에 의한 것으로 추정되는 잔차 항의 감소가 주된 기여를 한 것으로 나타났다(Fig. 9c–f). 이러한 결과는, 두 해 모두 지속적인 해빙 수송으로 얇아진 연안의 해빙이 12월까지 지속된 남풍에 의해 북쪽으로 수송되면서 연안에서 해빙 감소가 크게 나타났음을 시사한다. 추가적으로 평년보다 동풍이 약했음을 고려할 때(Fig. 7j and k), 아문센해로부터 유입되는 해빙의 감소 역시 일정 부분 영향을 미쳤을 가능성이 있다(Silvano et al. 2020). 여기에 증가한 태양 복사 에너지에 의한 효과가 중첩되면서 로스해 연안에 Positive Ice-Ocean-Albedo feedback이 작용하였고 연안 해빙 용융을 가속한 것으로 추정된다. 이는 해빙 감소 영역의(green box area in Fig. 7) 평균 단파복사와 개방수역 면적, 평균 SST를 시계열로 나타낸 Fig. 10에서 확인할 수 있다. 개방수역의 면적은 선행 연구(Vichi 2022)를 참고하여 해빙 농도가 15% 이하인 영역으로 계산하였다. 두 해 모두 11월에서 12월 사이에 흡수되는 태양복사 에너지가 급격하게 증가하였고 12–1월에는 개방수역 면적과 SST가 크게 증가하며 변수들 간의 Positive feedback으로 인한 변화가 평년 및 2023/24와 확연하게 대비된다(Fig. 10). 이러한 시간적 관계를 정량적으로 확인하기 위해 해당 영역을 대상으로 2021/22년과 2022/23년의 단파복사, 개방수역 면적 및 SST의 선행-지연 상관관계(lead-lag correlation)를 분석하였다(Fig. 11). 그 결과, 단파복사는 개방수역 면적 및 SST와 lag = 0-1개월에서 통계적으로 유의한 상관관계(p < 0.05)를 보였다. 2021/22년에는 lag = 1개월(r = 0.868, 0.964)에서, 2022/23년에는 lag = 0개월(r = 0.927, 0.972)에서 최대 상관계수가 나타나, 단파복사 증가에 따른 해빙 면적 감소 및 개방수역 확장과 SST 상승이 동시 또는 최대 1개월의 시차를 두고 나타났음을 확인하였다. 다만 본 분석은 각 사례별로 10개월의 자료를 이용하여 수행되었으므로 해석에 주의가 필요하다.

Fig. 9.

Same as Fig. 8 but integrated from November to December

Fig. 10.

Changes in the open water area (defined as the area where sea ice concentration is below 15%), mean surface shortwave radiation, and mean sea surface temperature within the green box in Fig. 7. The graphs present changes from September to the following June, highlighting summer variations for each year and the climatology, with the climatological values indicated by dashed lines in each panel

Fig. 11.

Lag correlations between anomalies (relative to the 1981–2010 climatology) of mean surface shortwave radiation (SWRAD) and open water area (black), and between SWRAD and mean sea surface temperature (SST) (green), calculated from the monthly time series shown in Fig. 10 for (a) 2021/22 and (b) 2022/23. Positive lags indicate that SWRAD leads. Circles denote statistically significant correlations (p < 0.05). Given the limited sample size (n = 10 months per year), these correlation values should be interpreted with caution

선행 계절에 발달한 저기압의 영향이 여름철의 해빙 감소에 주 요인으로 작용한 2021/22년, 2022/23년과는 달리 2023/24년에는 북풍이 연중 우세하며 이전 두 해와 다른 대기 패턴이 나타났다(Figs. 3, 4, 5, 6). 따라서 남풍에 의한 해빙의 북쪽 수송 및 연안에서 나타나는 태양복사 흡수량 증가와 해빙 농도의 감소와 같은 특징은 확인되지 않았으며(Fig. 7c, f, I and l), 이로 인한 positive feedback 효과 역시 나타나지 않았다(Fig. 10c). 2023/24년의 경우는 연중 지속된 북풍 편차를 따라 고온의 기온 편차가 나타났는데(Fig. 6b, e, h and k), 이는 북풍 편차에 따른 저위도로부터의 열의 이류를 사시한다(Fig. 12). 열의 이류는 특히 가을–겨울철에(Fig. 12a and b) 평균 해빙 면적이 넓은 웨델해와 로스해에서 매우 강하게 나타났으며 2023/24년 해빙 면적 감소에 상당 부분 기여했던 인도양에도(Fig. 2e, Table 3) 가을철부터 양의 온도 이류 편차가 나타났다. 연중 우세한 북풍으로 인해 발생한 고온의 공기 유입은 매우 이례적인 규모로 발생한 겨울철-봄철의 해빙 감소를 초래하였으며, 2023/24년 전반에 걸친 해빙 감소에 기여했을 가능성을 시사한다.

Fig. 12.

Seasonal temperature advection anomalies at 1000 hPa in (a) autumn (MAM), (b) winter (JJA), (c) spring (SON), and (d) summer (DJF) of 2023/24

4. 논 의

본 연구 결과는 아문센 해 저기압의 변동이 최근 남극 해빙 변화와 밀접하게 관련되어 있음을 시사한다. 1979–2023년 기간의 남반구 봄철의 아문센 해 저기압 중심기압과 이듬해 2월의 해빙 면적은 약 0.635의 양의 상관관계를 보이며(p < 0.01), 저기압 중심기압이 낮을수록 이듬해 2월의 해빙 면적이 감소하는 경향을 나타낸다. 이러한 결과는 선행연구에서 확인된 여름철 해빙 면적에 대한 선행 계절의 아문센 해 저기압의 영향과도 잘 부합한다(Wang et al. 2023b).

해빙 면적의 변동성에 중요한 영향을 미치는 아문센 해 저기압은 대규모 대기 변동성 ENSO의 영향을 받는다(Turner 2004; Fogt et al. 2011; Hosking et al. 2013; Turner et al. 2013; Holland et al. 2018; Li et al. 2021; Wang et al. 2023a). 남반구의 주요 대규모 대기 변동성의 영향이 아문센 해 저기압 변동에 미친 영향을 확인하기 위해 500 hPa 지위고도에 대한 EOF 분석을 수행하였다. Fig. 13은 EOF를 통해 얻어진 1-3모드의 고유 벡터와 주성분 시계열이다. 1모드인 SAM의 경우 남극 대륙과 중위도의 반대되는 패턴이 나타나며 서남극 해역의 저기압 패턴이 두드러진다. 2･3 모드는 열대 태평양에 대한 남반구 대기의 반응을 나타내는 Pacific-South American (PSA) 1･2 모드로 알려져 있으며, 서남극 해역에서 특히 강한 진폭을 보인다(Echevarria et al. 2020). 그 중에서도 PSA1는 ENSO 지수와 매우 높은 상관관계를 보이기 때문에 주로 ENSO에 대한 남반구 대기의 반응으로 해석된다(Mo and Paegle 2001; Cai et al. 2020; Lou et al. 2021). 2021/22년과 2022/23년은 La Niña 로 인해 겨울에 PSA1 패턴이 발달하였으며 이후 봄철에 SAM 이 함께 발달하였다. 이러한 In phase 조건은 두 해의 대기패턴에서 공통적으로 나타난 아문센 해 저기압의 강화에 기여한 것으로 보인다. 이와 다르게 2023/24의 경우에는 번갈아 나타나는 기압 패턴이 특징적인 PSA2가 가을철에 매우 강하게 발달하면서 2023/24의 가을철 패턴을 야기한 것으로 보이며 겨울철까지 PSA2의 영향이 지속됐다. 겨울철부터는 El Niño 발달로 PSA1가 함께 발달하면서 봄철까지도 웨델해와 로스해를 비롯한 해역에 북풍 편차가 계속된 것으로 보인다. 이와 같이 세 사례 모두 대규모 대기 변동성의 영향을 받았으나, 그 발달 과정과 해빙 감소 메커니즘에는 사례별 차이가 나타났다.

Fig. 13.

The three dominant EOF modes of monthly geopotential height anomalies over the Southern Ocean (south of 20°S) from January 1979 to May 2024. (a–c) Spatial patterns of eigenvectors and (d–f) principal component (PC) time series calculated from EOF analysis. The percentages at the bottom of the time series (d–f) indicate the variance in geopotential height explained by each mode. Grey shading denotes the study period

최근 3년간의 기록적인 해빙 감소 사례를 비교한 결과, 세 사례 모두 남극 전체 여름철 최소 해빙 면적은 기록적인 수준으로 감소하였으나 해역별 해빙 변화 양상과 이를 유도한 선행 대기 조건은 사례별로 서로 다르게 나타났다. 이러한 결과는 최근 연속적으로 발생한 기록적인 남극 해빙 감소가 동일한 메커니즘에 의해 발생한 것이 아니라, 사례별로 서로 다른 대기 순환과 해빙 감소 메커니즘에 의해 유도될 수 있음을 시사한다. 2021/22년과 2022/23년의 해빙 감소 메커니즘은 기존 연구에서 보고된 아문센 해 저기압 변동과 Ice-Ocean-Albedo feedback의 중요성과 전반적으로 일치한다(Wang et al. 2022; Wang et al. 2024a). 그러나 기존 연구가 개별 사례를 중심으로 해빙 감소 과정을 설명한 것과 달리, 본 연구에서는 로스해 연안의 단파복사, SST 및 개방수역 면적의 월별 변화와 lead-lag correlation 분석을 이용하여 Ice-Ocean-Albedo feedback의 시간적인 발달 과정을 보다 구체적으로 제시하였다(Figs. 10 and 11). 더불어 2023/24년 사례에서는 앞선 두 사례와 구별되는 지속적인 북풍과 열 이류의 영향을 확인함으로써, 최근 기록적인 해빙 감소의 메커니즘이 사례에 따라 달라질 수 있음을 보여주었다.

사례별 대기 패턴의 발달 배경에는 최근 남반구 대기 순환의 장기적인 변화 또한 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 남반구 환형 모드로 불리는 SAM은 동서방향의 대칭적인 패턴을 특징으로 하는데, 최근 들어 이러한 대칭적인 특징이 약화하고 비대칭성이 증가하고 있다는 결과가 보고되고 있다(Campitelli et al. 2022; Schroeter et al. 2023; Kim et al. 2025). SAM의 내재된 비대칭적 요소가 증가함으로 인해 남북방향의 수송이 강화되었고 이전보다 저위도의 따뜻하고 습한 공기가 남극으로 들어올 수 있게 되었다. 또한 SAM 뿐만 아니라 열과 수증기를 극으로 수송하며 중-고위도의 날씨와 기후에 영향을 미치는 대기 순환인 Ferrel Cell 또한 크게 변화하였다. 2016년 이후 Ferrel cell 은 그 위치가 전보다 남하했으며 강도는 더욱 강해졌다. 강화된 Ferrel cell의 하층부를 따라 북쪽의 따뜻하고 습한 공기가 더 많이, 강하게 유입되면서 극단적 해빙감소에 기여했음이 밝혀졌고 선행 연구는 이러한 변화의 원인으로 지구온난화를 제시하기도 하였다(Wang et al. 2024b). 남북 방향의 수송이 증가하는 쪽으로 발생한 최근의 대규모 대기 변동성 변화는 남반구의 대기 뿐만 아니라 이를 통해 전반적인 기상･기후에 영향을 미치면서 극단적인 해빙 감소를 더욱 증폭시켰을 것으로 보인다.

지속적인 상승세를 보이던 전 지구 평균 기온은 2023년 가장 높은 수준을 기록하였으며(Min 2024), 2023년 6월부터 12월까지 1880년 본격적인 관측 이래 역대 가장 높은 평균 기온을 매달 갱신하였다(ECMWF 2024; Kuhlbrodt et al. 2024;). 전 지구 평균 기온에 비해 그 상승세가 명확하지 않았던 남반구 평균 기온 또한 2016년을 기점으로 편차가 크게 증가하며 이전에 비해 현저하게 상승한 것이 확인된다(Fig. 14a and b). 이러한 기온 상승은 이미 선행연구를 통해 2023년의 겨울철의 이례적인 해빙 감소 원인으로 제시된 바 있다(Ionita 2024; Jena et al. 2024). 2021년 봄철 이후 해빙 면적 변화에 크게 기여한 로스해와 웨델해의 경우, 상층 해양(표층 –250m)에서도 뚜렷한 온난화 경향이 나타났다. 두 해역의 평균 수직 수온 변화를 살펴보았을 때 특히 2016년을 전 후로 수온 편차가 뚜렷하게 대비되는 모습을 확인할 수 있다(Fig. 14c–f). 세 해 모두 상층 해양에서 높은 수온 편차를 보이며, 2023/24년은 가장 높은 평균 수온을 기록하였다. 최근 선행 연구에 따르면 상층 해양의 온난화는 2016년 해빙 감소의 주요 원인으로 지목되었을 뿐만 아니라, 현재까지 이어지는 해빙 감소 경향성의 요인으로 제시되고 있다(Meehl et al. 2019; Zhang et al. 2022; Purich and Doddridge 2023; Himmich et al. 2024; Jena et al. 2024). 이를 고려했을 때 로스해와 웨델해에서 나타난 상층 해양 온난화는 최근 해빙 감소의 배경조건으로 작용했을 가능성이 있다. 그러나, 본 연구에서는 대기 재분석장과 해빙 자료를 중심으로 분석을 수행하였으며, 해양의 경우 현장 관측 자료 부족으로 인해 지역 규모의 해양 과정이나 열 수송이 해빙 감소에 미친 영향을 직접적으로 평가하기 어렵다는 한계가 있다. 따라서 추후 최근 남극 해빙 감소에서 상층 해양 온난화의 상대적 기여도를 정량적으로 평가하기 위한 후속 연구가 필요하다.

Fig. 14.

(a) Time series of monthly Southern Ocean (south of 20°S) air temperature anomalies relative to climatology (1981–2010) from January 1981 to February 2024. The bold line represents the 12-month running mean. (b) Spatial distribution of annual mean air temperature anomalies for 2023. Temporal evolution of monthly potential temperature anomalies (c) averaged over the upper 70m and (e) depth-time evolution in the Weddell Sea. (d) and (f) are the same as (c) and (e), respectively, but for the Ross Sea. Dark grey shading denotes the study period

5. 요약 및 결론

본 연구에서는 해빙의 위성관측 자료를 이용하여 기록적인 여름철 해빙 면적 감소가 발생했던 최근 3년간(2021년 3월–2024년 2월)의 해빙 발달 특징을 분석하였다. 대기 재분석장을 이용해 대기와 해빙의 시공간적 변화를 조사하고, 해빙 수지 분석을 통해 각 성분이 누적 해빙 변화량에 미친 기여도를 산출하였다. 이를 바탕으로 각 사례의 여름철 해빙 면적 감소에 영향을 미친 선행 대기 조건을 제시하였다.

분석 결과, 2021년 봄철 해빙 감소가 발생한 이후 남극 전체 해빙 면적 변화에는 웨델해와 로스해의 해빙 변화가 크게 기여하였으며, 겨울과 봄철의 해빙 감소에는 주로 웨델해가, 여름철의 해빙 감소에는 로스해의 영향이 크게 작용하였다. 세 사례 모두 최저 수준의 여름철 최소 해빙 면적을 보였으나, 해역별 해빙 변화 양상과 이를 유도한 선행 대기 조건은 사례별로 서로 다른 특징을 나타냈다. 2021/22년과 2022/23년에는 선행 계절에 발달한 아문센 해 저기압의 영향이 주요 선행조건으로 작용하여 초여름까지 지속된 남풍과 Positive Ice-Ocean-Albedo feedback이 로스해 연안에 작용하면서 급격한 해빙 감소로 이어졌다. 2023/24년의 경우 연중 우세한 북풍 편차에 따른 저위도로부터의 열 이류가 선행 조건으로 작용하면서 앞선 두 해와는 구별되는 기작을 보였다. 특히 로스해와 웨델해, 인도양 등에 고온의 온도 이류가 지속되면서 겨울철부터 이어진 남극 전반적인 해빙 감소가 발생하였다. 이러한 일련의 과정은 Fig. 15에 개략적으로 제시하였다. 세 해의 대기 패턴에는 SAM과 PSA1･2와 같은 대규모 대기 변동성이 작용하였고 아문센 해 저기압의 강화(2021/22년, 2022/23년)와 로스해･웨델해 등에 북풍을 유도한 고기압 편차 발달(2023/24년)과 같이 여름철 해빙 감소로 이어진 선행 계절의 대기 패턴을 야기한 것으로 추정된다. 이에 더해 남북 방향의 변동성 증가로 인한 열과 수증기의 극 방향 수송 증가, 기후 변화에 따른 기온 및 상층 해양의 온난화가 최근 해빙 감소의 배경 조건으로 작용했을 가능성이 있으며, 이에 대한 정량적인 평가는 향후 연구를 통해 이루어질 필요가 있다. 대규모 대기 변동성의 최근 경향성과 기후 변화에 따른 온난화가 지속될 경우, 극단적인 남극 해빙 감소가 반복될 가능성을 배제하기 어렵다.

Fig. 15.

Schematic diagram summarizing the proposed mechanisms leading to the rapid summer sea-ice decline during the consecutive extremely low Antarctic summer sea-ice minima (2022–2024)