햇빛은 지구에 에너지를 공급하고, 지구는 적외선 형태의 열을 우주로 내보낸다. 대기 중 어떤 기체나 입자가 이 에너지의 출입을 바꾸면 지구의 에너지 수지가 달라진다. 그 바뀐 정도를 복사강제력(radiative forcing)이라 하며, 대기 상단에서 달라진 순복사 에너지 흐름을 면적당 와트(W/m²)로 나타낸다. 복사강제력은 기온 변화 자체가 아니다. 이후 기온 반응은 해양의 열 흡수와 기후 피드백에도 좌우된다. 그래서 강제력과 관측된 온난화를 구분한다.[1][2]

1. 정의와 부호

복사강제력은 지구 에너지 수지에 대한 변화로 이해한다. 대기 중 이산화탄소가 늘면 지구가 우주로 내보내는 적외선이 줄어 에너지 불균형이 생기고, 시스템은 이를 상쇄하는 방향으로 따뜻해진다. 반대로 햇빛을 반사하는 에어로졸의 증가는 냉각 방향의 영향을 낼 수 있다. 순 에너지 유입을 늘리는 양의 강제력은 온난화, 유입을 줄이는 음의 강제력은 냉각 방향으로 해석한다.[2][3]

주어진 강제력에서 온도가 얼마나 달라지는지는 별개의 문제다. 해양의 열 흡수와 구름·수증기·눈 및 얼음의 변화 같은 피드백이 응답의 크기와 시간 경과를 바꾼다. 따라서 강제력 값을 특정 연도의 기온 상승량으로 곧바로 환산해서는 안 된다.[2]

2. 복사강제력과 유효복사강제력

전통적인 복사강제력은 외부 요인이 변한 뒤 성층권 온도가 조정되도록 한 다음 대기 상단의 에너지 흐름 변화를 평가하는 개념으로 정립됐다. 그러나 대기 조성 변화와 에어로졸은 구름, 대류, 지표 특성 등 빠른 조정도 일으킨다. IPCC 제6차 평가보고서는 이 효과를 포함한 유효복사강제력(effective radiative forcing, ERF)을 주요 비교 척도로 평가한다. ERF는 표면 온도가 본격적으로 반응하기 전의 빠른 기후계 조정을 고려해 에너지 수지 변화를 나타낸다.[2][3]

이 구분은 서로 다른 기후 요인을 같은 틀에서 비교하게 해 준다. 다만 추정에는 관측과 복사 전달 계산, 기후 모형의 차이가 반영되므로 불확실성 범위도 함께 살펴야 한다. 단일 수치만으로 개별 물질의 기후 영향 전체를 단정하지 않는 것이 중요하다.[2]

3. 강제력을 바꾸는 요인

강제 요인은 인간 활동과 자연 과정 모두에서 온다. 화석연료 연소와 토지 이용 변화로 증가한 온실가스는 지구에서 방출되는 장파 복사를 흡수해 양의 강제력을 만든다. 메탄은 자체 복사 효과뿐 아니라 대기 화학을 통해 오존 등 다른 기후 작용 물질에도 영향을 준다. 화산 분출로 성층권에 도달한 황산염 입자는 햇빛을 산란시켜 일시적인 음의 강제력을 낼 수 있고, 태양 복사 에너지의 변화도 자연 요인에 포함된다.[2][3]

에어로졸은 성분과 주변 환경에 따라 햇빛을 직접 산란·흡수하거나 구름 성질을 바꾸므로 냉각과 온난화 효과가 함께 나타날 수 있다. IPCC는 황산염·질산염·탄소질 입자 같은 에어로졸과 메탄·오존 등 반응성 기체를 단기 기후 강제 요인으로 평가한다. 이 물질들은 대기 체류 시간이 짧거나 공간 분포가 고르지 않아 장수명 온실가스와 시간·지역 규모가 다르다.[3]

4. 관측과 기후변화 해석

복사강제력은 직접 온도계로 재는 값이라기보다 대기 조성·태양 복사·에어로졸 자료와 복사 전달 계산, 모형 및 관측 제약을 결합해 추정한다. IPCC는 2019년 인간 활동에 따른 총 유효복사강제력이 1750년 대비 2.72 W/m²(평가 범위 1.96~3.48 W/m²)였다고 평가했다. 이는 인위적 요인 전체의 평가치로, 자연 변동이나 특정 해의 기온 편차와 같은 뜻이 아니다.[4]

세계기상기구(WMO)의 2024년 온실가스 공보는 2023년까지의 관측을 바탕으로 장수명 온실가스 농도와 이들이 만드는 복사강제력 변화를 보고했다. 농도 관측과 강제력 추정, 기후 시스템의 온도 반응은 서로 연결되어 있지만 구분되는 단계다. 이 구분은 기후변화를 해석할 때 원인 요인과 실제 반응을 혼동하지 않도록 돕는다.[1]

5. 관련 문서

6. 인용 및 각주

[1] WMO Greenhouse Gas Bulletin No. 20, 세계기상기구, Wwmo.int(새 탭에서 열림)

[2] Chapter 7: The Earth’s Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate Sensitivity, IPCC, Wwww.ipcc.ch(새 탭에서 열림)

[3] Chapter 6: Short-lived Climate Forcers, IPCC, Wwww.ipcc.ch(새 탭에서 열림)

[4] IPCC AR6 Working Group 1: Summary for Policymakers, IPCC, Wwww.ipcc.ch(새 탭에서 열림)