140년 포르투갈 기온 변동과 태양 활동 연관성

초록

본 연구는 1865‑2005년 기간 동안 포르투갈 리스본과 코임브라 두 관측소의 월 평균 기온 데이터를 활용해, 북대서양 진동(NAO) 지수와 태양 활동 지표(태양흑점수, 우주선 복사선)와의 관계를 통계적으로 분석하였다. 상관분석과 다중회귀를 적용한 결과, 기온은 NAO뿐 아니라 태양 활동에도 민감하게 반응함을 확인했으며, 특히 겨울철(11‑2월)에 태양흑점수와 양의, 우주선 복사선과 음의 상관관계가 강하게 나타났다. 이러한 연관성은 수십 년에서 수백 년 규모의 장기 변동에서 두드러졌으며, 태양 UV 복사와 성층권‑대류권 결합, 혹은 우주선 입자에 의한 구름 형성 메커니즘으로 설명될 수 있다.

상세 분석

이 논문은 포르투갈 기후 변동을 이해하기 위해 가장 오래된 두 기상 관측소인 리스본과 코임브라의 140년(1865‑2005) 월 평균 기온 기록을 기반으로 분석을 전개한다. 데이터 전처리 단계에서 결측치를 보간하고, 계절성을 제거하기 위해 월별 평균을 기준으로 이상값을 정규화하였다. 주요 기후 변수로는 북대서양 진동(NAO) 지수를 사용했으며, 이는 대서양 지역의 대기 순환 변동을 대표한다. 태양 활동 지표로는 국제 태양흑점수(SN)와 우주선 복사선(CR) 강도를 채택했는데, 두 지표는 서로 반대 위상을 가지므로 상호 보완적인 역할을 한다고 가정한다.

통계적 접근은 두 단계로 이루어진다. 첫 번째는 피어슨 상관계수를 이용한 단순 상관분석으로, 각 월별 기온과 NAO, SN, CR 사이의 직접적인 선형 관계를 평가한다. 여기서 눈에 띄는 점은 겨울철(11‑2월) 기온이 NAO와 강한 양의 상관을 보이며, 동시에 SN과는 양의, CR과는 음의 상관을 나타낸다는 것이다. 특히 CR와의 상관계수 절댓값이 SN보다 크게 나타나, 우주선 복사선이 기온 변동에 더 민감한 영향을 미칠 가능성을 시사한다.

두 번째 단계는 다중 회귀모형을 구축하여, NAO, SN, CR을 동시에 독립 변수로 포함시킨 후 기온을 종속 변수로 설정하였다. 변수 선택은 전진 선택법과 AIC 기준을 병행했으며, 최종 모델은 겨울철에 NAO와 CR이 유의한 회귀계수를 보이는 반면, 여름철에는 NAO만이 유의하게 작용한다는 결과를 도출했다. 또한, NAO의 시차 효과를 검증하기 위해 전월 NAO 값을 추가했을 때, 몇몇 월(특히 12월, 1월)에서 전월 NAO와 현재 기온 사이에 유의한 양의 상관이 발견되었다. 이는 대기 순환 패턴이 시간 지연을 가지고 기온에 영향을 미친다는 기존 연구와 일맥상통한다.

시간 스케일 분석에서는 저역통과 파워 스펙트럼을 이용해 기온, NAO, SN, CR의 주기성을 탐색했다. 결과는 약 10년(데카드) 주기의 변동이 모든 시계열에 공통적으로 존재함을 보여준다. 특히, 1900년대 초와 1970‑1990년대에 관측된 기온 상승·하강 구간이 SN과 CR의 장기 변동과 일치한다는 점은 태양 활동이 장기 기후 변동에 기여할 가능성을 뒷받침한다.

논문의 한계점으로는 (1) 두 관측소만을 사용함으로써 포르투갈 전체 기후를 대표한다고 보기 어려운 점, (2) NAO 외에 다른 대기·해양 인덱스(예: ENSO, AO)를 고려하지 않은 점, (3) 비선형·복합 효과를 단순 선형 회귀로만 설명하려는 접근의 한계가 있다. 향후 연구에서는 공간적 확대와 비선형 모델(예: 인공신경망, 서포트벡터머신) 적용, 그리고 기후 모델에 태양 UV 및 우주선-구름 상호작용 매개변수를 직접 삽입하는 방안을 제시한다.

전반적으로 이 연구는 포르투갈 기후가 대기 순환뿐 아니라 태양 활동에도 민감하게 반응한다는 증거를 제공하며, 특히 겨울철에 우주선 복사선이 기온을 억제하는 메커니즘을 제시함으로써 기후-태양 상호작용에 대한 이해를 한층 심화시킨다.