'압력 변화로 인해 수축이 생겼어요': 토네이도 추적자가 되는 것이 실제로 어떤 것인지

토네이도가 어떻게 형성되는지는 자연의 가장 큰 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 파괴적인 폭풍의 비밀을 풀기 위해 토네이도를 쫓는 과학자들을 만나보세요.

"데이터를 수집하는 동안 토네이도가 사람들을 죽일 가능성이 매우 높다는 것을 깨달았습니다." 로빈 타나마치가 말합니다. "상황에 많은 무게감을 주었고, 제가 하는 일이 얼마나 심각한지 실감하게 되었습니다."

인디애나 주 퍼듀 대학의 연구 기상학자이자 준교수인 타나마치는 그녀의 가장 기억에 남는 토네이도를 생생하게 기억합니다. 2013년 5월 31일이었고 그녀는 오클라호마 중부의 엘리노 근처에서 풍속이 295mph (475km/h) 인 매우 크고 강력한 EF-3 토네이도를 지켜보고 있었습니다 .

역사상 가장 넓은 토네이도 였던 엘리노 토네이도 로 인해 스톰체이서 3명을 포함해 8명이 사망했습니다 .

타나마치는 "그때 저는 임신 7개월이었고 압력 변화로 인해 수축이 일어났기 때문에 감정적으로 매우 무거웠던 걸 기억합니다"라고 말합니다.

일부 뇌우는 왜 격렬한 토네이도를 생성하는 반면 다른 뇌우는 생성하지 않는지는 여전히 미스터리로 남아 있습니다(출처: Getty Images)

새로운 블록버스터 '트위스터스'에서처럼 타나마치와 같은 기상학자들은 미국 전역에서 강력한 토네이도를 추적하여 토네이도 형성에 대한 단서를 찾아 예측과 경보를 개선하고자 시도합니다.

미국 국립해양대기청(NOAA)에 따르면, 매년 평균 1,200개의 폭풍이 미국을 강타합니다 . 지난 10년 동안 미국은 매년 908~1,818개의 토네이도를 경험했습니다 . 2023년에는 1,423개의 토네이도가 발생하여  83명이 사망했고  , 2024년에는 이 중 1,397개의 폭풍으로 지금까지 39명이 사망했습니다.

토네이도의 강도는 토네이도 가 일으키는 피해로 측정 됩니다 . 그리고 토네이도는 극도로 파괴적일 수 있습니다.

풍속이 최대 시속 483km(300mph)에 달하는 토네이도는 매년 수백만 달러, 때로는 수십억 달러에 달하는 피해를 입히고 , 수많은 사망자를 냅니다. ( 인디아 버크의 이 기사에서 토네이도와 우박 중 어느 것이 더 큰 피해를 입히는지 알아보세요 . )

토네이도를 발생시키는 주요 대기 성분 으로는 지면 근처의 따뜻하고 습한 공기와 그 위의 차갑고 건조한 공기, 그리고 상승 기류의 강도를 증가시키고 회전하는 소용돌이를 촉진하는 바람 전단이 있습니다  .

파괴적인 토네이도는 회전하는 상승 기류를 형성하고 폭우, 강풍 및 큰 우박을 가져오는 격렬한 뇌우인 "슈퍼셀"에서 생성됩니다. 강한 수직 바람 전단은 수평으로 회전하는 공기 원통으로 이어지고, 상승 기류는 슈퍼셀 내에서 이를 들어올립니다 . 원통은 좁아지고 늘어나며 점점 더 빨리 회전하기 시작하여 토네이도를 형성합니다.

폭풍의 눈 속에서

일부 뇌우는 왜 격렬한 토네이도를 일으키고 다른 뇌우는 일으키지 않는지는 여전히 기상학적 미스터리로 남아 있습니다 . NOAA에 따르면, 토네이도는 "희귀하고 치명적이며 예측하기 어렵습니다."

"때때로 정말 완벽한 슈퍼셀은 우리에게 토네이도를 일으키고 싶어하지 않고, 그냥 앉아서 돌기만 합니다." 타나마치가 말한다. "그리고 우리는 그냥 앉아서 엄지손가락을 돌리며 기다립니다."

일부 뇌우는 왜 격렬한 토네이도를 생성하는 반면 다른 뇌우는 생성하지 않는지는 여전히 미스터리로 남아 있습니다(출처: Getty Images)

다나마치와 다른 기상학자들은 토네이도가 형성되는 과정인 '토네이도 발생'을 이해하려고 노력하고 있습니다. 

"그것은 심각한 폭풍 과학에서 풀리지 않은 마지막 미스터리 중 하나이며, 토네이도라고 불릴 만큼 집중된 규모로 순환이 붕괴되는 정확한 원인은 무엇인가"라고 그녀는 말한다.

"이런 현장 프로그램을 할 때마다 우리는 몇 가지 단서를 더 얻습니다. 하지만 우리는 답하고 싶은 더 많은 질문도 얻습니다." 그녀는 말합니다. "그것은 우리 모두에게 끝없는 매혹과 호기심의 원천입니다."

일리노이 대학교 어바나-샴페인의 폭풍 추적자이자 대기 과학자인 캐런 코시바는 폭풍 추적이 이러한 강력한 회전하는 공기 기둥을 생성하는 원인을 이해하는 데 매우 중요하다고 말합니다.

"우리는 휴대용 기상 관측소를 토네이도 경로에, 폭풍에 매우 가깝게, 땅에 매우 가깝게 설치하려고 노력하고 있습니다." 코시바가 말했습니다. 이 현장 데이터는 형성 과정에서 무슨 일이 일어나고 있는지 밝히는 데 도움이 됩니다. 기상 예보 모델만으로는 알 수 없는 것입니다.

기상 모델은 토네이도가 발생하기에 이상적인 조건을 예측할 수 있지만, 토네이도가 언제 어디에서 발생할지 정확하게 예상하는 데는 종종 어려움을 겪습니다 .

"모델링과 관찰 사이에는 시너지가 있습니다. 모델링에서 모든 것을 얻을 수는 없고 관찰에서 모든 것을 얻을 수도 없지만 두 가지를 결합하면 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 더 나은, 더 광범위한 그림을 그릴 수 있습니다." 코시바가 말했습니다.

중서부의 토네이도 시즌은 보통 3월부터 6월 말까지 이어진다 . 과학자들은 날씨 모델을 사용하여 "토네이도를 일으킬 수 있는 폭풍에 유리한 조건"을 파악한다고 코시바는 말한다. "그런 다음 우리는 그 지역에 도착하려고 노력하는데, 전날이든 전날이든... 우리는 운전을 많이 합니다." 그녀는 말한다. "우리는 끊임없이 우리 자신을 재위치시키고 있습니다."

폭풍 추적자들은 데이터를 수집할 수 있는 매우 좁은 창구를 가지고 있습니다. 타나마치는 "토네이도의 실제 형성은 종종 몇 초의 시간 척도에서 발생합니다."라고 말합니다. 코시바에 따르면 과학자들은 보통 올바른 위치에 도착하여 레이더와 모니터링 장비를 설치하는 데 약 15분밖에 걸리지 않습니다. "측정하기 어렵습니다... 성공 가능성이 낮습니다."라고 그녀는 말합니다. "금전적으로나 시간적으로 매우 비쌉니다."

Karen Kosiba와 같은 과학자들은 토네이도를 생성할 수 있는 조건을 모니터링하기 위해 날씨 모델을 사용합니다(출처: Jen Walton)

허리케인과 비교해 토네이도를 모니터링할 때는 "더 적극적인 의사 결정"이 필요하다고 코시바는 말합니다.

허리케인은 최대 1,000마일(1,609km)에 이르는 넓은 지역에 걸쳐 있으며 , 과학자들은 보통 모델을 사용하여 상륙하기 3~5일 전에 경로를 예측할 수 있습니다 . ( Lucy Sherriff의 이 기사에서 허리케인이 얼마나 빠르게 강해지고 있는지 자세히 읽어보세요 . )

토네이도는 소규모 순환으로, 거의 수백 피트를 넘지 않으며 , 몇 초에서 1시간 이상 지속될 수 있습니다 . 시즌의 절정기에는 미국 전역에서 하루에 150개 이상의 토네이도가 보고 될 수 있습니다 .

"토네이도는 허리케인보다 예측하기 훨씬 어렵습니다." 코시바가 말했습니다. "토네이도는 우리 대기에서 일어나는 소규모의 일이고, 그것이 일어나기 위해 적절한 성분이 모일지 아는 것은 어렵습니다."

커지는 위협

기후 변화로 인해 토네이도 시즌이 지속 시간과 위치 모두에서 변화하고 있습니다. 토네이도가 발생하는 지리적 경계가 확장되고 있으며 미국의 광대한 지역이 적응하기 위해 경쟁하고 있습니다. ( 토네이도 앨리가 어떻게 변화하는지 자세히 읽어보세요 . )

토네이도는 일반적으로 토네이도 앨리에서 발생하는데, 이는 그레이트 플레인스와 동의어로 텍사스, 오클라호마, 네브래스카, 캔자스를 포함합니다. 하지만 연구에 따르면 이러한 주에서는 토네이도가 줄고 있는 반면 테네시, 조지아, 아칸소, 켄터키, 앨라배마에서는 토네이도가 증가하고 있습니다 .

일부 과학자들은 토네이도 통로가 넓어지고 있으며 미국의 동부와 남동부로 이동하고 있다고 말합니다.

2023년 연구에 따르면 슈퍼셀 폭풍은 기온이 상승함에 따라 더 빈번하고 강렬 해질 것 입니다. 연구에 따르면 슈퍼셀은 미국 동부 일부 지역에서 더 많아질 것으로 예상되지만, 그레이트 플레인스 일부 지역에서는 빈도가 감소할 것으로 예상됩니다.

그리고 이 변화는 남동부의 토네이도가 특히 치명적이기 때문에 이러한 폭풍을 연구하는 사람들에게 우려를 줍니다. 그곳의 토네이도는  겨울철 밤에 자주 발생하여 더 많은 사상자와 파괴를 초래합니다 .

NOAA 국가 폭풍 연구소의 수석 연구 과학자인 해럴드 브룩스는 토네이도는 중서부 평원의 넓은 지역보다 울창하고 나무로 뒤덮인 남동부 지역에서 감지하기 어렵다고 말합니다.

그는 남동부 주들은 인구 밀도가 높고, 이동 주택이 더 많고, 저소득 커뮤니티가 더 많아 토네이도에 특히 취약하다고 말합니다. "그래서 그 지역의 토네이도는 중서부의 토네이도보다 더 치명적인 경향이 있습니다."

그는 앨라배마 북부나 미시시피에서 토네이도가 발생하면 많은 구조물을 강타할 가능성이 더 높다고 덧붙였다. ( 토네이도 앨리 밖에 토네이도 대피소를 짓기 위한 경쟁 에 대해 자세히 읽어보세요 .)

하지만 예측의 어려움으로 인해 토네이도 경보는 종종 10~15분 전에 만 발령됩니다 . 즉, 밤에 발령될 경우 취약한 지역 사회에 제때 경고하고 토네이도 대피소로 이동시키는 것이 매우 어려울 수 있다고 브룩스는 말합니다.

"우리의 큰 과제 중 하나는 빈곤층에게 정보를 제공하는 방법입니다." 그는 집에 날씨 라디오가 없다고 지적하며 말했습니다. "다른 모든 재난과 마찬가지로... 가난한 지역 사회는 [토네이도가 덮칠 때] 더 큰 피해를 입는 경향이 있습니다. 정보를 받고 대응할 자원이 없기 때문입니다."

미국 해양대기청(NOAA)의 자금 지원을 받은 코시바와 미국 전역의 대학 연구진은 남동부 토네이도에서 데이터를 수집하고 있으며 , 이를 통해 향후 예보와 경보를 개선하는 데 도움이 되기를 기대하고 있습니다.

"남동부의 토네이도는 도전적이고 충격적입니다. 취약한 사람들이 많기 때문에 [더 나은 이해를 얻는 것이] 정말 중요합니다."라고 그녀는 말합니다.

폭풍 관광

과학자들만이 슈퍼셀을 쫓는 것은 아닙니다. 그들은 점점 더 많은 사람들이 여가 시간에 토네이도를 쫓고 있다고 경고합니다. 이는 아마추어 스톰 체이서의 삶과 과학 연구를 위험에 빠뜨리고 있다고 과학자들은 말합니다.

"많은 사람들이 토네이도가 자신을 안전하게 지키려는 대상이라고 생각합니다. 사실은 그렇지 않습니다. 폭풍 환경 자체가 훨씬 더 위험합니다." 타나마치가 말합니다.

미국 전역에서 평균 1,200건의 토네이도가 발생하여 80명이 사망하고 1,500명이 부상당했습니다(출처: Getty Images)

아마추어 스톰 체이서는 종종 휴대전화로 토네이도 경로를 추적하고, 날씨 레이더 앱을 따르며, 이는 충돌로 이어질 수 있다고 타나마치는 말한다. "주의가 산만해진 운전과 정말 나쁜 상황이 합쳐져 토네이도 자체와는 거의 관련이 없는 위험한 환경을 만들 수 있습니다." 그녀는 말한다. "미국에서 매년 젖은 도로에서 사망하는 운전자가 토네이도에 의해 사망하는 [총] 사람 수보다 많습니다." 미국 교통부에 따르면 매년 젖은 도로에서 발생하는 사고로 약 5,700명이 사망 하고 544,700명 이상이 부상을 입습니다.

매년 토네이도  로 인해 80명이 사망하고 1,500명이 부상당합니다 .

오클라호마주 노먼에 있는 NOAA 국가 폭풍 연구소의 대류 폭풍 전문가이자 기상학자인 에릭 라스무센은 "폭풍 관광은 확실히 우리의 과학적 작업에 방해가 됩니다."라고 말합니다.

"과학계에 있는 우리 대부분은 이 [과학적 현장 연구]가 끝나가고 있다는 글을 벽에 쓴 것을 볼 수 있습니다. 우리는 [우리의] 데이터를 수집하는 데 필요한 이동성과 위치를 [달성할] 수 없습니다." 라스무센은 미래에 과학자들은 토네이도 현장에 모이는 엄청난 수의 스톰 체이서 때문에 데이터를 수집하기 위해 로봇 장치에 의존해야 할 것이라고 말합니다. "일부 폭풍은 지금 너무 혼잡해서 우리가 연구를 할 방법이 없습니다."

과학자들은 폭풍을 좋아하는 사람들이 안전하게 토네이도를 쫓을 수 있도록 전문가의 안내를 받는 것이 중요하다고 말했습니다.

코시바는 상황이 매우 빠르게 바뀔 수 있다고 경고합니다. 그녀는 2012년 토네이도 시즌 동안 캔자스에서 밤에 기상 관측소를 배치한 과학자 팀을 지휘했던 것을 회상합니다. 어두웠고 팀은 폭풍과 관련하여 어디에 있는지 혼란스러웠습니다. "갑자기 그들에게 정말 바람이 많이 불었습니다... 사실 그들은 이미 두 번이나 토네이도에 차를 몰고 들어갔다는 것이 밝혀졌습니다." 코시바가 말합니다.

"대부분의 사람들은 레이더 앱의 이미지가 최대 5분 전일 수 있다는 사실을 깨닫지 못하기 때문에 앱에서 제안하는 안전한 위치에 있지 않을 수도 있습니다."라고 타나마치는 말합니다. 그녀는 토네이도 애호가들이 숙련된 스톰 체이서와 과학자가 안내하는 투어에 참여할 것을 권장합니다. 

타나마치는 안전 지침을 따른다면 아마추어 토네이도 관찰자를 전적으로 지지하며, 많은 사람이 폭풍 추적에 관심을 갖는 이유를 이해한다고 말했습니다.

"저는 그 경험을 일식을 보는 것과 비교합니다. 거의 영적인 경험이죠." 그녀는 이렇게 말합니다. 이것은 2013년 캔자스주 로젤 근처에서 느리게 움직이는 토네이도를 보면서 겪은 경험입니다. "그것은 매우 사진에 잘 나오는 풍경이었습니다. 일몰 앞에 있는 가늘고 그림 같은 깔때기 모양이었습니다. 우리는 그저 앉아서 30분 동안 그것을 지켜보았습니다. 정말 초월적이고 아름다웠습니다."