자연적 요인

기후 시스템과의 상호작용

대기가 기후시스템의 주요 구성요소인 대기권(atmosphere),수권(hydrosphere), 빙권(cryosphere), 지권(geosphere), 생물권(biosphere)과의 상호작용을 통해 끊임없이 변화하는 과정에서 기후변화를 유발한다.

태양 에너지의 변화

태양 흑점 수의 변화에 따른 태양 복사 에너지량의 변화 또는 기후변화를 유발한다. 한 예로, 유럽, 북미 대륙의 경우, 흑점이 많은(적은) 기간에는 온도가 낮았다(높았다).

궤도 변화(밀란코비치 주기)

지구공전궤도의 변화로, 지구의 공전궤도의 이심률이 약 10만년을 주기로 변화하면서, 태양복사 에너지양의 변화를 일으킨다. 또한, 지구 자전축의 기울기가 41,000년을 주기로 22.1˚와 24.5˚ 사이에서 변하면서 각 위도에서의 일사량의 변화를 유발한다. 지구 자전축의 세차운동으로 인해 태양-지구간 근일점의 변화도 발생한다.

화산폭발에 의한 태양에너지 변화

화산분출물이 성층권까지 상승하여 수개월 ~ 수년 동안 머물며 태양빛을 흡수하여 성층권 온도는 상승하나 대류권에 도달하는 태양빛이 감소되어 대류권 온도를 하강시킨다.

• 예1) 1815년 인도네시아 탐보라 화산폭발로 저온발생(여름이 없던 해 기록)
• 예2) 1991년 필리핀 피나투보 화산폭발 후 성층권 에어러솔 증가로 1992~ 1993년 동안 태양복사가 산란되어 지상과 대류권기온 하강

인위적 요인

온실가스

인류의 활동에 의하여 발생한 지구 온실 가스(GHGs : Green House Gases) 배출량은 산업화 이전 시대부터 증가하여 왔으며, 1970년부터 2004년 사이에는 70%나 증가하였다. 제3차 당사국 총회(1997년 12월)에서는 주요 6대 온실가스로 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O), 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6)을 지정하였다. 온실가스는 지표에서 나오는 장파 복사의 부분적 담요 역할을 한다. 이 담요효과를 자연적 온실효과 (natural greenhouse effect)라고 부른다. 인간 활동은 온실가스 방출을 통해 이 담요 효과를 강화시킨다. 한 예로, 대기의 이산화탄소(CO₂) 양은 산업 시대에 약 35% 증가했는데 이 증가분은 인간 활동, 그 중에서도 주로 화석 연료 연소 등 때문인 것으로 알려져 있다. 이러한 온실 가스들은 대기 중에서 장기간 또는 단기간 동안 머무르며 지구 대기의 화학적 조성을 변경시키고 기후변화를 유발하고 있다.

에어로졸의 영향

에어로졸이란 기체상에 부유하는 미세입자로 액체나 고체의 입자가 주로 공기와 같은 기체 내에 미세한 형태로 균일하게 분포되어 있는 것을 말한다. 이들의 크기, 농도, 화학적 조성은 매우 다양하다. 직접적으로 대기에 방출되는 에어로졸도 있고 방출된 화합물로부터 생성되는 에어로졸도 있다. 화석 연료와 바이오매스 연소로 인해 황화합물, 유기화물, 검댕(black carbon)을 함유하는 에어로졸이 증가했는데 온실 가스와 마찬가지로 인간의 활동으로 인한 산업화가 대기 중 에어로졸의 양을 특히 변화시켰으며 이는 기후변화에 영향을 미치고 있다. 인간의 활동으로 인해 발생한 에어로졸의 경우 며칠 동안만 대기 중에 남아있기 때문에 산업지역과 같은 발원지역 부근에 집중되는 경향성을 보인다.

토지 피복 변화와 산림 파괴 영향

과잉 토지이용이나 장작, 숯 채취 등에 의한 토지 이용도의 변화와 도로의 건설, 벌목, 농업 확장, 도시화 및 산업화로 인한 삼림 파괴는 지표면의 반사율 변화를 유발시켜 결국 기후변화를 야기한다. 대규모의 산림 제거는 물 순환에 심각한 영향을 미쳐 산림의 성장이나 농업에 부정적 영향을 끼치고, 또한 산불 등에 의해 대기 중으로 이산화탄소를 배출하여 온실효과에 영향을 미치게 된다.

복사 강제력이란?

복사강제력(Radiative Forcing)이란 어떤 인자가 갖는 지구-대기 시스템에 영향을  주어 에너지 평형을 유지 및 변화시키는 영향력의 척도이다. 이러한 복사강제력은 잠재적인 기후변동 메커니즘의 중요한 지표이다. 양(+)의 복사 강제력은 지표면 온도를 상승시키는 경향이, 음(-)의 복사강제력은 지표면 온도를 하강시키는 경향이 있다. 즉 복사강제력이 양수이면 지표온난화가 진행되고, 음수이면 지표냉각화가 진행된다.

1750년 이후 2011년까지 전체 복사강제력 중 자연적 요인이 아닌 인위적 복사강제력은 2.29[1.13-3.33]W m-2 이다. 이러한 결과는 최근 10년 동안이 1970년부터 2000년까지의 증가보다 더 빠르게 증가하고 있다. 2011년 인류가 만든 총 복사강제력 추정값은 2005 년에 AR4에보고 된 것보다 43% 높은 수준이다. 온실 가스 농도는 지속적으로 증가하였고, 약한 순 냉각 효과 (음 RF)를 나타내는 에어로졸로 인한 강제력의 추정치가 개선되었기 때문이다.

1750년부터 2011년까지 잘 혼합된 온실 가스의 배출량 (CO₂, CH₄, N₂O, 및 Halocarbons)의 복사강제력은 3.00 [2.22-3.78]W m-2이다. 온실가스 농도변화로 인한 복사강제력은 2.83[2.26-3.40] Wm-2이다.

CO₂ 배출량의 복사강제력은 1.68 [1.33∼2.03] W m-2 이다. CO₂ 농도가 높아지는 데 기여한 다른 탄소함유물질의 배출을 포함하면 CO₂ 복사강제력은 1.82 [1.46∼2.18] W m-2가 된다.

CH₄ 배출량의 복사강제력은 0.97 [0.74∼1.20] W m-2의 이다. 이것은 농도기반 추정값인 0.48 [0.38∼ 0.58] W m-2(AR4와 동일) 보다 훨씬 큰 값이다. 이렇게 두 추정값 사이에 차이가 발생하는 이유는 CH₄ 배출로 인한 오존과 성층권 수증기량의 농도변화와 CH4에 간접적으로 영향을 미치는 다른 배출물질 때문이다.

성층권 오존을 파괴하는 할로카본의 배출의 복사강제력은 0.18 [0.01∼0.35] W m-2이다. 이런 양의 복사강제력은 할로카본이 오존층을 파괴하기 때문에 발생한 음의 복사강제력보다 크다.

에어로졸에 의한 구름의 포함하는 대기에서 총 에어로졸이 미치는  RF는 -0.9[-1.9 -0.1]Wm-2 (중간 정도의 신뢰성)이다. 이러한 대부분의 에어로졸이 초래하는 음의 복사강제력과 태양복사를 흡수하는 검은 탄소가 초래하는 양의 복사강제력의 결과이다. 에어로졸과 구름의 상호작용이 잘 혼합된 온실 가스로부터 지구 평균 강제력의 상당 부분을 상쇄했다. 또한 총 복사강제력 추정에 에어로졸과 구름의 상호작용이 가장 큰 불확실성 원인에 해당된다. 

IPCC 보고서의 불확실성 처리

IPCC보고서 AR5(5차보고서)는  주요 연구 의 확실성의 정도를 전달하는 두개의 매트릭스를 발표했다. 연구 결과에 대한 신뢰는 형식, 양, 품질 및 증거의 일관성과 협약의 정도에 기반을 둔다. 신뢰도의 정도는 질적으로 표현된다. 정량적으로 평가된 연구 결과는 불확실성을 확률적으로 표현했다.

이 표는 신뢰도의 정도는 음영의 강도가 진해짐에 따라 오른쪽 상단을 향해서 증가한다. 일반적으로, 증거는 고품질의 여러 일관성 있는 독립적인 라인이 있을 때 가장 강력하다.

가능도 구분, 발생확률의 항목에 관한 표입니다.

가능도 구분	발생확률
사실상 확실한 (Virtually certain)	> 99%
매우 가능성이 높은 (Very likely)	> 90%
가능성이 높은 (Likely)	> 66%
가능성이 절반인 (About as likely as not)	33~66%
가능성이 낮은 (Unlikely)	< 33%
매우 가능성이 낮은 (Very unlikely)	< 10%
가능성이 뛰어난 (Exceptional unlikely)	< 1%

이 표는 IPCC 5차보고서 불확실성에 대한 가능도 구분을 나타낸다.