바다 소용돌이『에디(Eddy)』를 아세요?

와류(渦流)라고도 불리는 에디는 기후변화로 어떻게 변하고 있을까?

『에디(Eddy) 소용돌이』는 유체(액체나 기체)의 흐름 속에서 생기는 회전하는 작은 소용돌이를 의미합니다. 흔히 와류(渦流)라고도 불리며, 난류 속에서 유체가 섞이는 과정에서 발생하며 크기는 매우 다양합니다.

좀 더 전문적으로 해양 중규모 소용돌이(Mesoscale Eddies)라고 불리며 대기의 고기압 및 저기압 시스템에 비견되는 해양의 '날씨' 현상으로, 직경 10~100km, 수명 수주에서 수개월에 이르는 회전성 유체 운동을 일컫습니다. 이들은 전 지구 해양 운동 에너지(Kinetic Energy)의 약 70% 이상을 점유하며 열, 염분, 탄소, 영양염을 수평적으로 혼합하고 수직적으로 수송하는 핵심 기제입니다.

이 소용돌이는 해양 순환의 대동맥이라 할 수 있는 주요 해류인 멕시코만류, 쿠로시오 만류, 남극 해류 등의 불안전한 힘으로부터 에너지를 공급받아 생성되는 현상으로 받아들여졌습니다. 이렇게 생성된 에너지는 다시 평균류(Mean Flow)로 환원하거나 소산(Dissipation) 시키는 과정을 통해 전 지구적 에너지 균형을 조절합니다.

에디(EDDY) 현상 위성 사진

기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC) 보고서 등 주요 기후 평가들은 해양 온난화가 해수면 상승, 성층화 강화, 산소 농도 감소 등을 초래한다고 경고해 왔습니다. 해수면 온도의 상승은 대기-해양 상호작용을 변화시켜 바람 응력(Wind Stress)을 강화하고, 상층부 가열에 의한 성층화 강화는 경압 불안정(Baroclinic Instability)의 역학적 조건을 근본적으로 변형시킵니다.

1993년부터 2020년까지 30여 년간 축적된 위성 자료로 전 지구 해양 표면의 높이 변동 및 지형류 등으로 소용돌이 운동 에너지(Eddy Kinetic Energy, EKE - 이하 에디)를 추정할 수 있게 되었습니다. 그 결과 에디는 10년당 약 1.2% 증가하는 추세를 보였고 이는 해양의 난류성 활동이 전반적으로 활발해지고 있음을 의미합니다.

서안 경계류의 강화: 멕시코만류와 쿠로시오 해류 지역, 그리고 브라질-말비나스 합류 해역 등은 전 지구에서 가장 높은 EKE 수준을 보이는 곳이며, 동시에 지난 30년간 가장 가파른 EKE 상승세를 보였다.

남극해의 격동: 남극 순환류(ACC) 지역 또한 통계적으로 유의미한 EKE 증가를 보이고 있으며, 이는 남반구 편서풍의 강화와 남하 경향(Poleward shift)과 밀접하게 연관되어 있다.

열대 해역의 감소: 반면, 일부 열대 해역에서는 중규모 변동성이 오히려 감소하는 경향이 관측되었다. 이는 열대 해역의 강한 성층화가 상층부의 불안정성을 억제하거나, 바람장의 변화가 소용돌이 생성을 저해하는 방향으로 작용한 결과로 해석된다.

에디는 지구온난화로 인해 대기 순환이 변화하면서 해수면에 가해지는 바람 응력(Wind Stress)과 그 회전성(Curl)이 강화됩니다. 특히, 바람 응력의 변동성은 해양 표층에 직접적으로 운동 에너지를 주입하며, 이 에너지는 경압 및 순압 불안정 과정을 통해 중규모 소용돌이 에너지로 전이됩니다.

에디(EDDY) 현상 위성 사진

지구온난화는 해양 표층을 가열하여 상층부의 안정도(성층화)를 강화시키는데 성층화가 강화되면 에너지가 상층부에 집중되는 현상이 발생합니다. 성층화가 강화되면 로스비 변형 반경이 증가하며 생성되는 소용돌이의 수평적 규모가 커지고 더 커진 소용돌이는 더 많은 위치 에너지를 운동 에너지로 전환할 수 있는 잠재력을 가지게 됩니다. 즉, 에디가 더 커지는 현상이 발생합니다.

- 쿠로시오 해류 (강화 및 북상): 기후 모델 예측 및 관측에 따르면, 쿠로시오 해류는 온난화와 함께 강화되고 북상하는 경향을 보입니다. 이는 태평양 상공의 바람 응력 컬(Wind Stress Curl)이 강화되고, 해양 표면 가열에 따른 아열대 순환의 구조적 변화에 기인합니다. 이에 따라 쿠로시오 해류의 확장으로 소용돌이 활동은 더욱 활발해지고 있으며, 이는 일본 동부 해역의 급격한 수온 상승과 생태계 변화를 주도합니다.

- 멕시코만류 (경로 불안정 및 워밍홀): 반면, 멕시코만류는 대서양 자오선 역전 순환(AMOC)의 약화와 밀접하게 연동되어 유속이 느려지는 경향이 있습니다. 그러나 평균 유속의 약화와는 별개로, 해류의 경로가 불안정해지면서 소용돌이 방출은 오히려 증가하거나, 해류의 위치가 북상하여 기존에 소용돌이가 없던 지역으로 에디가 확장되는 양상을 보입니다. 멕시코만류의 북상은 북대서양의 특정 구역에서 대기 냉각 효과를 유발하는 '워밍홀(Warming Hole)' 현상과도 복잡하게 얽혀 있습니다.

- 남극순환류(ACC): "Eddy-saturated(소용돌이 포화)" 상태에 가까운 것으로 알려져 있습니다. 바람이 강해져도 평균류의 유속은 크게 빨라지지 않고, 늘어난 에너지가 대부분 소용돌이 생성으로 소모됩니다. 최근 관측과 고해상도 모델링은 ACC 지역에서 남반구 편서풍이 강화됨에 따라 에디가 급격히 증가하고 있음을 확인해 줍니다. 미래 전망에서도 남극해와 남대서양의 EKE는 2030-2049년까지 현재 대비 30~50% 이상 급증할 것으로 예측됩니다. 이러한 소용돌이 활성화는 남극 심층수의 환기(Ventilation)를 촉진하고, 남극 빙붕(Ice shelf)으로의 따뜻한 물 유입을 가속화하여 해수면 상승을 부추길 수 있는 잠재적 위험 요인으로 작용할 것임을 예상할 수 있습니다.

에디(EDDY) 현상 위성 사진

출처
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1. Global changes in oceanic mesoscale currents over the satellite altimetry record - Navid Constantinou
2. Global changes in oceanic mesoscale currents over the satellite altimetry record
3. Global trends in surface eddy mixing from satellite altimetry - Frontiers
4. Enhancing impacts of mesoscale eddies on Southern Ocean temperature variability and extremes | PNAS
5. Why Does Global Warming Weaken the Gulf Stream but Intensify the Kuroshio? in - AMS Journals
6. Oceanic primary production decline halved in eddy-resolving simulations of global warming
7. The effects of eddies on the decline of primary production in the ocean
8. Oceanic uptake of CO2 enhanced by mesoscale eddies - PMC
9. Oceanic mesoscale eddies as crucial drivers of global marine heatwaves
10. Recent trends in the Southern Ocean eddy field - NERC Open Research Archive
11. Eddy Kinetic Energy Variability From 30 Years of Altimetry in the Mediterranean Sea - EGUsphere
https://swot.jpl.nasa.gov/science/oceanography/
https://www.geomar.de/en/research/fb2/fb2-bi/research-topics/translate-to-english-mesoscale-eddies-the-weather-of-the-ocean
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https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10206097/
https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/509239/
https://egusphere.copernicus.org/preprints/2025/egusphere-2025-4651/egusphere-2025-4651.pdf