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갈릴레이 온도계부터 지구관측위성까지,
일기예보의 시대를 열어간 사람들

기후위기 시대, 모든 시민의 교양인 기상학의 역사와 기초 이론

사람은 지구 대기 속에서 살아간다. 인간의 생존과 문명은 주어진 기후환경에 지배를 받는다는 사실을 대전제로 저자는 이야기를 시작한다. 한발, 집중호우, 폭풍, 폭염 등 끊임없이 가혹한 상황을 만들어 내는 환경 속에서 살아가는 방법은 두 가지. 숙명을 받아들이거나, 혹은 극복하거나. 극복하며 살아가길 택한다면 인간이든 동식물이든 날씨에 관심을 기울이고 대책을 강구해야 한다.

인간은 농업, 어업 등 날씨에 크게 의존하는 산업에 기대어 살아가기 때문에 다른 동식물보다 기후 변화에 관심이 훨씬 높다. 내일 날씨를 미리 알아내어 대처하고자 하는 욕구는 기상 현상에 대한 연구, 그리고 예보 기술의 발달로 나타났다. 이 책에서는 자연과학으로서의 기상학이 만들어지고 일기예보가 가능하게 되기까지의 과정을 시대의 흐름을 따라 들려준다. 온도계와 기압계를 고안하여 기상 변화를 실증적으로 관측할 수 있도록 기반을 다진 갈릴레이와 토리첼리에서 시작해서, 현대 일기예보의 중심인 수치예보의 길을 연 차니에 이르기까지 위대한 기상학자들의 삶과 업적을 소개한다. 물론 기상과 기후 현상의 원리를 설명하는 것도 놓치지 않는다.

오늘날 인간은 날씨를 예측하는 것에서 더 나아가 사는 곳의 기후를 인위적으로 조절하려는 꿈을 꾸기에 이르렀다. 하지만 기술이 빠르게 개발되는 오늘날에도 극히 일부─소규모 영역의 인공강우와 안개 제거 정도─를 제외하고는 그다지 성과를 거두지 못하고 있는 현실이다. 인간이 동원할 수 있는 힘에 비해 기상 현상의 규모가 너무 크다는 이유도 있지만, 저자는 또 하나의 이유로 여전히 기상 현상에 대한 지식이 부족하다는 점을 지적한다.

오늘날에도 규명되지 못한 기상 현상은 산적해 있다. 뿐만 아니라 어떤 문제가 미해결 과제로 남아 있느냐고 묻는다 해도 명쾌하게 답하기 쉽지 않다. 현재의 지식은 이해하고 있는 일부일 뿐이고, 이해하지 못하고 있는 것들은 그 존재조차 제대로 인식하지 못하기 때문이다. 실제로는 이미 알고 있는 것보다 모르는 부분이 훨씬 많은 법이라고 저자는 말한다. 우리는 아직 제대로 알지 못하는 지구환경 속에서 살아가고 있다는 사실을 알아야 하고, 그래야 자연을 함부로 성급하게 훼손하는 일이 두려운 결과를 유발할 수 있다는 생각을 할 수 있다고. 자연을 다 안다고 생각하는 교만한 마음이 4대강 사업, 새만금 간척 사업과 같은 환경 훼손을 가져왔음을 기억해야 한다는 것이다.

또 저자는 이 책에서 기상학 발전에 기여한 과학자들의 삶을 소개하면서, 과학 연구가 사회와 어떤 관계를 맺고 있는지 성찰한다. 특히 저자의 학창 생활과 기상학자가 되기까지의 여정을 회고하고 있는 프롤로그에서는 일본 유학 시절 만난 스승과 선배 과학자들에 관한 에피소드들을 통해 기상학 연구의 실제 현장을 생생하게 소개한다. 무엇보다 ‘과학낭만주의’와 ‘과학만능주의’라는 두 갈래 흐름을 대비함으로써, 과학이 사회에 기여하려면 연구자들이 어떤 관점과 태도를 가져야 할지를 묻는다.

이 책은 저자가 로스쿨과 의치학전문대학원 등의 자격시험 및 교육방송의 국어 비문학 부문 출제 등에 참여해 오면서, 지문으로 삼기 위해 정리해 온 원고를 바탕으로 씌어졌다. 수학능력시험과 논술 등 대학 입시, 각종 시험을 준비하는 청소년과 수험생들이 지구과학 교과서의 기상학 내용뿐 아니라 국어 비문학(독서 영역)의 과학 부문 공부를 하는 데에도 도움이 될 것이다.

들어가는 글
기상학자의 길을 걷기까지

제1장 일기예보의 경험적 시대 - 일기예보의 터를 닦은 사람들

토리첼리와 파스칼, 기압의 본질을 알아내다
토리첼리의 대기압 실험 | 파스칼의 대기압 실험과 정역학 방정식

브란데스, 일기도를 만들다
관측 지점의 고도에 따라 달라지는 기압차의 보정 | 지상일기도 작성
기상관측망의 정비와 일기예보의 출발 | 상층일기도

‘기상학의 조부’ 비야크네스, 일기예보의 지평을 열다
비야크네스 부자의 온대저기압의 생성과 소멸 이론 | 극전선대와 저기압가족
온대저기압의 일생과 노르웨이 학파

제2장 일기예보의 과도기 시대 - 일기예보를 만든 사람들

‘기상학의 아버지’ 로스비, 대기 운동의 연결 고리를 찾아내다
로스비와 시카고 학파 | 로스비의 업적 | 편서풍 파동과 지상 기압계의 관계
편서풍 파동 내 제트기류 | 편서풍 파동이 기후에 미친 사례 - 2020년 여름철 폭우

마르굴레스, 저기압의 에너지원에 답하다
마르굴레스의 온대저기압 발달 이론 | 폭풍의 풍속 추정 | 온대저기압의 발생과 역할

차니와 이디, 지구 온도의 균형 원리를 밝히다
위도별 복사에너지 수지 관계 | 이디와 차니의 편서풍 파동 이론
편서풍 파동과 열의 남북 수송 | 태풍의 에너지에 관하여

제3장 과학적 일기예보 시대 - 수치예보를 만든 사람들

차니, 수치예보의 길을 열다
일기예보의 네 가지 방법 | 차니와 수치예보 | 수치예보의 발전
리차드슨이 꿈꾸었던 수치예보의 길 | 우리나라의 수치예보 현황과 과제

날씨 예측이 빗나가는 이유
수치모델의 공간 분해능 부족 | 지형 표현의 부족 | 수치모델의 초기 입력 자료 부족

물리 과정의 불완전성 | 반복 계산에 따른 오차 증폭 현상
무작위로 발생하는 국지적 강수 특성 | 장기예보가 부정확한 이유 | 예보 한계의 사례

기상학의 미래
지구시스템과학으로의 발전 | 지구관측시스템
기상 기술의 시스템화와 기상 공학의 구축 | 기상 공학의 전문가시스템 이야기

제4장 지구 기후위기와 기후공학

온실가스와 지구 기후위기
지구온난화와 온실가스의 두 얼굴 | 지질시대의 지구온난화

지구환경 변화를 제대로 알기 어려운 이유
인간 감각과 환경 변화 규모의 문제 | 물리학적 지식만으론 알 수 없는 지구환경
실측을 통해서만 확인할 수 있었던 지구환경

과학을 오남용하는 사람들
2만 인 과학자 반온난화 서명 청원 | 후지와라 효과

기상조절을 꿈꾸다
인류 문명과 기상조절 실험 | 인공강우로 미세먼지를 해소할 수 있을까?

기후공학으로 지구온난화를 막자는 사람들
기후공학이란? | 기후공학의 역사 | 기후공학 도입에 대한 검토가 필요한 이유

기후공학에 남겨진 숙제
기후공학의 실제 수행 사례 - 해양 철분 살포 실험 | 기후공학 예비 실험으로 옮겨 가다
해양 철분 살포 실험의 전망 | 하나밖에 없는 지구

부록

바람이 부는 원리
해들리의 대기대순환 모델
페렐의 대기대순환 모델
온도풍 관계 - 기온 공간 분포와 바람의 연계
풍향으로 기압 분포를 파악하는 방법
지상의 자료로 상층 바람을 파악하는 방법
온도풍이란? | 2020년 여름의 상층 대기
지구온난화가 바람 변화에 미치는 영향