기후 변화가 진행됨에 따라 매년 수많은 깨진 기후 기록과 알려지지 않은 기후 조건이 발생하여 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 기후학적 규범이 더 이상 "정상"을 대표하지 않는다는 느낌이 듭니다 .8 그러나 2023년과 2024년 초의 조건은 새로운 정상의 맥락에서도 예외적으로 두드러집니다. 북반구 전역에서 전례 없는 여름철 더위는 열파, 가뭄, 산불, 극심한 강우 및 홍수를 포함하여 지구 여러 지역에 치명적인 영향을 가져왔습니다 .9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 . 파리 협정은 산업화 이전 수준보다 지구 평균 기온 상승을 1.5°C로 제한하기 위한 노력을 추진한다는 목표를 수립했지만, 2023년에는 개별 일수의 3분의 2 이상이 이 목표를 넘어섰고( https://climate.copernicus.eu/record-warm-november-consolidates-2023-warmest-year ) 2024년에는 연평균 기온이 처음으로 이 한계를 넘어섰습니다( https://climate.copernicus.eu/copernicus-2024-first-year-exceed-15degc-above-pre-industrial-level ). 해양은 극심한 기온의 극적인 징후를 보였으며, 2023년 4월부터 12월까지 매달 지구 해양 면적의 30~40%가 해양 열파를 경험했고 17 , 18 , 19 지구 해빙이 급격히 감소했습니다 20 . 본 연구에서는 최근의 기후 추세와 대규모 기후 변동성을 고려하더라도 2023년과 2024년 초의 기후 조건이 예외적이었다는 것을 보여줍니다.

많은 시기적절한 간행물이 2023년의 변칙적 조건에 대한 중요한 정보를 제공하고 있지만 19 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 이러한 예외적인 기후 조건, 그 의미 및 재발 가능성을 이해하기 위한 추가 노력이 필요합니다. 우리는 세 가지 새로운 방식으로 이러한 노력에 기여합니다. 첫째, 최근의 극한 조건의 중요성을 파악하고 최근 기후 추세와 과거 변동성을 설명하기 위해 객관적인 통계 분석 방법을 제안하고 적용합니다. "비정상 기록 경신(AB) 검정"("방법", 보충 그림  1 )은 기후 변수 및 지표에 널리 적용하여 극한 조건을 평가할 수 있는 견고하고 간단하며 다재다능한 통계적 검정을 제공합니다. 다음으로, 우리는 2023-2024년에 해양과 대기에서 관찰된 예외적인 극한 더위에 대한 지구 에너지 불균형(EEI)의 기여도를 다른 최근의 주요 엘니뇨 현상의 시작과 비교하여 정량화합니다. 우리의 결과는 EEI가 상층 해양과 대기의 온난화에 기여한 것이 이전 사건을 75% 초과했음을 보여줍니다. 셋째, 우리는 2023년에 단파 복사와 대기 순환과 각각 관련된 극한 조건을 보이는 아열대 북동 대서양과 남극해의 두 특정 지역에 대한 추가 통찰력을 제공합니다. 우리는 이러한 사건과 관련된 내부 변동성의 가능한 역할을 논의하고 이러한 극한의 귀인에 대한 추가 연구의 필요성을 강조합니다.

예외적인 기후 조건

가장 널리 사용되는 전 지구 기후 지수 두 가지, 즉 전 지구 평균 표면 기온(SAT)(그림  1a )과 해수면 온도(SST)(그림  1b )에서 비정상적인 기록 경신 조건이 2023년 6월에 시작되었습니다. 전 지구 해빙 범위(SIE)도 2023년 중반에 비정상적인 기록 경신을 보였는데, 이는 주로 남극 주변 해빙이 감소했기 때문입니다(그림  1c ). 이러한 결과는 2023년의 전 지구 기후가 기록을 경신했을 뿐만 아니라 최근의 지구 온난화 진행을 고려하더라도 큰 폭으로 기록을 경신했다는 것을 강조합니다. 대기 에너지(AE)(그림 1d )와 표면 근처(0~100m) 해양 열 함량(OHC)(그림  1e ) 에 대해서도 SAT 및 SST의 경우와 유사한 결과가 발견되었습니다  . 이 네 가지 변수(SAT, SST, AE 및 OHC)는 높은 상관관계를 가지고 있습니다(3개월 이동 평균을 고려할 때 두 변수 간의 상관 계수는 0.85 이상). 그러나 지표 근처 OHC 이상은 일반적인 AE 이상보다 10배 더 큽니다. 이는 후속 섹션에서 자세한 OHC 분석을 수행하는 데 동기를 부여하는데, 작은 OHC 변화조차도 AE 및 SAT/SST에 큰 영향을 미치고 시간에 따라 어떻게 진화하는지에 영향을  미치기 때문입니다(보충 그림 2 ). 구름과 지구 복사 에너지 시스템(CERES)의 순 대기 상단(TOA) 복사 관측치도 2023년 초에 비정상적으로 기록적인 조건을 보였습니다(그림  1f ). 다음 섹션에서는 이 예외적인 열이 주로 해양 상위 100m에 저장되어 이 기간 동안 상위 100m OHC가 빠르게 증가했음을 보여줍니다.

그림 1: 2023년 7월부터 12월까지 주요 기후 지수와 AB 검정 결과 및 전 세계 SAT/SST 변칙 패턴.

a  SAT,  b  SST,  c  SIE,  d  AE,  e  OHC(상부 100m),  f  TOA 순 복사 의 글로벌 기후 지수의 월별 값  . AB 검정을 통과한 달은 채워진 원으로 표시했습니다. 표시된 데이터는 ( a ) 및 ( b )에 대한 글로벌 평균이며 ( c )–( f )에 대한 글로벌 적분입니다. ( f ) 의 TOA 순 복사를 제외한 모든 필드는 1993–2022년 기후에 대한 이상치이며 , 이는 에너지 축적 또는 손실의 지표로서 해당 기호의 중요성을 나타내기 위해 평균 유지 이상치(방법 참조)로 표시되며 기준 기간은 2001–2022년입니다. 플롯의 시작 연도는 1993년이며, 2000년 3월에 시작하는 TOA 순 복사는 예외입니다. 이전 슈퍼 엘니뇨 연도(1997/1998년 및 2015/2016년)와 최근 3년(2022년, 2023년 및 2024년)은 범례에서 알 수 있듯이 컬러 선으로 표시됩니다. 7월~12월은   지구 전체의 g  SAT 및  h SST 이상치를 평균화했습니다.

전체 크기 이미지

2023년 하반기(7월~12월)의 기온 이상 현상은 독특한 공간적 구조(그림  1g, h )를 보이는데, 이는 지난 약 75년 동안 훨씬 더 공간적으로 균일한 온난화 패턴(보충 그림  3 )과는 상당히 다르며 열대 지방의 긍정적인 엘니뇨-남방진동(ENSO) 단계와 유사합니다 29. 그림 1h 의 4개 지역 각각에 대한 평균 지역적 해수면 온도   (상자로 표시)는 각 지역에서 비정상적 기록 경신 조건이 나타나는 다른 시기를 강조합니다(그림  2a~d ).

그림 2: 선택된 지역의 SST의 월별 변칙 시계열과 AB 검정 결과.

시계열은 1993년부터 2022년까지의 기후에 비해 열대 외 북서 태평양( a ), 아열대 북동 대서양( b ), 열대 태평양( c ) 및 남극해의 3개 지역을 결합한 것( d )을 나타냅니다. 각 지역은 그림 1h 의 상자로 표시됩니다  .

전체 크기 이미지

열대 외 북서 태평양의 해수면 온도(SST)는 2022년 초에 처음으로 기록적인 이상치를 보였으며, 2022년 9월 이후 대부분의 달이 2024년 6월까지 지속되어 AB 테스트를 통과했습니다. 열대 아열대 북동 대서양은 2023년 5월에 처음으로 기록적인 이상치를 보였으며, 2024년 5월까지 계속되었습니다. 반면 열대 태평양에서는 2023년 6월에서 10월 사이에 기록적인 이상치가 발생했지만, 이 지역의 이상치 해수면 온도(짙은 파란색 선)는 2015/16년 슈퍼 엘니뇨 때 관찰된 값과 동일했습니다. 그러나 가장 흔한 두 가지 엘니뇨 지수(즉, 니뇨 3.4와 니뇨 3)는 2023년에 기록적인 이상치를 보이지 않았습니다(보충 그림  4 ). 열대 태평양의 2023년 온난화는 이전 슈퍼 엘니뇨 때의 온난화보다 위도가 더 넓습니다. 비정상적인 기록 경신 조건은 2023년 2월 남극해에서 시작되어 2023년 9월까지 지속되었습니다. 남극해 이상 현상은 남반구 여름이 시작될 때 처음으로 비정상 기록 경신 조건에 도달합니다. 남반구에서 AE 이상 현상이 더 일찍 나타난 것은 보충 그림  2 에서 분명하게 드러납니다 .

글로벌 에너지 관점

2023년의 기록적인 더위는 무엇으로 인해 초래되었을까? 핵심 요인은 지구의 에너지 예산으로, 지구가 흡수하는 유입 태양 복사 에너지와 우주로 방출되는 유출 열적외선 복사의 차이를 설명합니다(그림  3 a, b). 두 양 모두 ENSO 변동과 관련된 연간 시간 척도에서 큰 변동을 보이며, 이는 이전 문헌과 일치합니다 30 , 31 , 32 . 엘니뇨 단계에서는 EEI가 급격히 떨어지고, 2010년과 2016년 사건 동안에는 심지어 음수로 바뀌어 순 지구 에너지 손실을 나타냅니다. 그러나 지난 20년 동안  위성 TOA 복사, 현장 해양, 위성 고도측량 및 우주 중력 측정에서 EEI의 예외적인 추세(그림 3b )가 관찰되었습니다 3 , 4 , 33 , 34 . 이 추가 에너지 입력으로 인해 시스템이 상당히 더워졌으며, 특히 100m 아래의 해양에서 그렇습니다(그림  3d 참조 ). 기후 시스템으로의 이러한 장기간 에너지 축적은 TOA 흡수 태양 복사(ASR)의 전례 없는 증가와 관련이 있으며, 이는 나가는 장파 복사의 약한 증가로 부분적으로만 보상됩니다(그림  3a ). ASR 변화는 북반구의 중위도에서 고위도의 저위도 및 중위도 구름 분율 감소와 남반구의 중위도 구름 분율 감소와 관련이 있습니다 1 .