토네이도는 하늘에서 내려오는 회오리입니다. 먹구름에서 뻗어 나온 깔때기 모양 소용돌이가 지면을 휩쓸며, 시속 400킬로미터 이상 바람으로 집을 날리고 차를 뒤집으며 나무를 뽑습니다. 좁은 지역을 강타하지만 파괴력은 상상을 초월하며, 지나간 자리는 폭격을 맞은 것처럼 초토화됩니다. 미국은 토네이도의 나라입니다. 매년 1000개 이상이 발생하며, 토네이도 앨리라 불리는 대평원 지역은 특히 빈번합니다. 텍사스에서 노스다코타까지 펼쳐진 평원은 찬 공기와 따뜻하고 습한 공기가 충돌하는 곳이며, 봄철 슈퍼셀 뇌우가 만들어져 거대한 토네이도를 낳습니다. 2011년 5월 조플린 토네이도는 미주리 주 작은 도시를 관통하여 161명이 죽고 수천 채 건물이 파괴되었습니다. EF5 등급으로 시속 320킬로미터 이상 바람이 폭 1.6킬로미터로 도시를 가로질렀고, 병원이 무너지고 학교가 날아갔으며, 생존자들은 지옥을 경험했다고 증언했습니다. 허리케인은 바다에서 태어나는 거대한 폭풍입니다. 지름 수백 킬로미터 회오리가 며칠간 바다를 가로지르며, 해안에 상륙하여 폭풍 해일과 집중 호우, 강풍으로 수백만 명에게 영향을 줍니다. 2005년 허리케인 카트리나는 뉴올리언스를 침수시켜 1800명이 죽고 1250억 달러 피해를 입혔습니다. 방조제가 무너지며 도시 80퍼센트가 물에 잠겼고, 수만 명이 지붕 위에 갇혀 구조를 기다렸습니다. 2017년 허리케인 하비는 텍사스에 1.5미터 비를 쏟아부어 휴스턴을 호수로 만들었고, 2017년 허리케인 마리아는 푸에르토리코 전력망을 완전히 파괴하여 수개월간 정전되었으며 3000명 이상이 사망했습니다. 기후 변화는 이들을 더 강하게 만듭니다. 바다가 따뜻해지며 허리케인이 더 강력해지고, 대기가 더 많은 수증기를 머금어 폭우가 증가하며, 해수면 상승으로 폭풍 해일이 더 깊이 들어옵니다. 이 글에서는 토네이도와 허리케인의 형성 메커니즘, 강도 분류와 피해, 예측과 대응 방법을 상세히 알아보겠습니다.
토네이도의 형성과 특징
토네이도는 뇌우에서 생깁니다. 모든 뇌우가 토네이도를 만드는 것은 아니고, 특별한 조건이 필요합니다. 슈퍼셀 뇌우는 가장 강력한 뇌우로 회전하는 상승 기류 메소사이클론을 가집니다. 이것이 토네이도의 어머니이며, 형성 조건은 복합적입니다. 불안정한 대기가 첫째입니다. 지표 가까이 따뜻하고 습한 공기가 있고, 상층에 차갑고 건조한 공기가 있으면 대기가 불안정해집니다. 따뜻한 공기는 가벼워 상승하려 하고, 일단 상승하면 가속되며 강력한 상승 기류를 만듭니다. 봄철 멕시코만 따뜻하고 습한 공기가 북쪽으로 흐르고, 로키산맥 너머 건조한 공기가 동쪽으로 내려오며, 캐나다에서 차가운 공기가 남하하여 대평원에서 충돌합니다. 바람 시어가 둘째입니다. 고도에 따라 바람 속도와 방향이 변하는 것으로, 상층으로 갈수록 바람이 강하고 방향이 바뀌면 공기가 회전하기 시작합니다. 제트 기류가 상층에서 강한 바람을 제공하고, 저층 제트는 멕시코만 습기를 북쪽으로 운반하며 바람 시어를 증가시킵니다. 회전하는 공기 기둥이 수평으로 놓이는데, 강한 상승 기류가 이를 수직으로 세웁니다. 메소사이클론이라는 수직 회전 기둥이 만들어지고, 지름 수 킬로미터로 구름 내부에서 회전합니다. 모든 메소사이클론이 토네이도가 되는 것은 아니지만, 조건이 맞으면 하강 기류가 회전을 지면까지 끌어내립니다. 후방 유입 제트라는 강한 하강 기류가 메소사이클론 후방에서 내려와 회전을 가속화하고, 깔때기 구름이 땅에 닿으면 토네이도가 됩니다. 토네이도는 좁고 강력합니다. 평균 폭 약 100미터이지만, 작은 것은 수십 미터, 큰 것은 2킬로미터 이상입니다. 2013년 엘리노 토네이도는 폭 4.2킬로미터로 역대 최대였고, 이동 거리는 수백 미터에서 수백 킬로미터까지 다양하며, 평균 약 8킬로미터입니다. 1925년 트라이스테이트 토네이도는 352킬로미터를 이동하며 미주리, 일리노이, 인디애나를 가로질렀고 695명이 죽었습니다. 수명은 짧습니다. 대부분 수 분에서 10분이지만, 강한 것은 1시간 이상 지속되며, 이동 속도는 시속 20~30킬로미터이지만 빠른 것은 시속 100킬로미터에 달합니다. 예측 없이 갑자기 덮치면 대피가 불가능합니다. 풍속은 추정입니다. 토네이도 안에 측정 장비를 놓기 어려워 파괴 정도로 추정하며, 인핸스드 후지타 등급 EF는 0에서 5까지입니다. EF0는 시속 105~137킬로미터로 나뭇가지가 부러지고 지붕 일부가 날아가며, EF1은 시속 138~178킬로미터로 창문이 깨지고 차가 밀리며, EF2는 시속 179~218킬로미터로 지붕 전체가 날아가고 큰 나무가 꺾입니다. EF3는 시속 219~266킬로미터로 벽이 무너지고 차가 뒤집히며, EF4는 시속 267~322킬로미터로 집이 통째로 날아가고 차가 수백 미터 날아갑니다. EF5는 시속 322킬로미터 이상으로 콘크리트 건물도 파괴되고 아스팔트가 벗겨지며 차가 수백 미터 이상 날아갑니다. EF5는 매우 드물지만, 역사상 수십 개 기록되었고 2013년 무어 토네이도가 마지막입니다. 토네이도는 예측 가능하지만 정확하지 않습니다. 슈퍼셀 뇌우가 발달하면 토네이도 관측 경보를 발령하여 토네이도가 가능하다고 알리지만, 실제 발생 여부와 위치는 불확실합니다. 토네이도 경보는 실제 목격되거나 레이더에 포착되면 발령되며, 수 분에서 수십 분 전에 경보가 나와 대피 시간이 짧습니다. 레이더 기술이 발전하여 메소사이클론과 회전 신호를 탐지하지만, 일부는 경고 없이 갑자기 발생합니다.
허리케인의 형성과 강도
허리케인은 열대 저기압입니다. 북대서양과 동태평양에서는 허리케인, 서태평양에서는 태풍, 인도양에서는 사이클론이라 불리지만 같은 현상입니다. 형성 조건은 명확합니다. 따뜻한 바다가 필수입니다. 해수면 온도 26.5도 이상이어야 충분한 에너지를 공급하며, 수심 50미터 이상까지 따뜻해야 지속됩니다. 열대 해역이 주로 여름과 가을에 이 조건을 만족하고, 북대서양 허리케인 시즌은 6월~11월이고, 서태평양 태풍은 일년 내내 발생하지만 여름~가을이 많습니다. 습한 공기와 상승이 둘째입니다. 따뜻한 바다에서 증발한 수증기가 상승하며 응결하여 잠열을 방출하고, 이 에너지가 상승 기류를 강화하여 더 많은 공기를 끌어올립니다. 자기 증폭 과정으로 폭풍이 성장하며, 코리올리 효과가 셋째입니다. 회전하려면 코리올리 효과가 필요하므로 적도에서 최소 위도 5도 이상 떨어져야 하고, 적도 바로 위에서는 허리케인이 발생하지 않습니다. 낮은 바람 시어가 넷째입니다. 상하층 바람 차이가 크면 폭풍 구조가 찢어져 발달하지 못하므로, 허리케인은 바람 시어가 약한 곳에서 발달합니다. 형성 과정은 단계적입니다. 열대 요란으로 시작하여 따뜻한 바다 위 뇌우 집단이 모이고, 조직화되어 열대 저기압이 되며 풍속 시속 63킬로미터 미만입니다. 강화되어 열대 폭풍이 되면 풍속 시속 63~118킬로미터로 이름을 받습니다. 허리케인 명명 규칙에 따라 알파벳순으로 이름을 부여하고, 더 강해져 풍속 시속 119킬로미터 이상이 되면 허리케인이 됩니다. 허리케인 구조는 독특합니다. 눈은 중심에 있는 고요한 구역으로 지름 20~60킬로미터이고, 바람이 약하고 하늘이 맑으며, 기압이 가장 낮습니다. 눈벽은 눈을 둘러싼 뇌우 고리로 가장 강한 바람과 비가 여기 있으며, 상승 기류가 가장 강하고 파괴력이 최대입니다. 나선형 밴드는 눈벽에서 바깥으로 뻗은 뇌우 띠로, 폭풍이 접근할 때 먼저 도달하며 간헐적 강풍과 호우를 동반합니다. 사피어-심슨 등급은 강도를 5단계로 나눕니다. 카테고리 1은 시속 119~153킬로미터로 나무 일부 손상, 정전이 일어나고, 카테고리 2는 시속 154~177킬로미터로 지붕과 창문 손상, 나무 쓰러짐입니다. 카테고리 3은 시속 178~208킬로미터로 주요 허리케인으로 분류되며 집 구조적 손상, 전기 수도 수주간 불통입니다. 카테고리 4는 시속 209~251킬로미터로 벽 붕괴, 장기 정전이고, 카테고리 5는 시속 252킬로미터 이상으로 집 대부분 파괴, 지역 거주 불가능입니다. 2019년 허리케인 도리안은 카테고리 5로 바하마를 강타하여 시속 298킬로미터 풍속으로 섬을 황폐화시켰습니다. 폭풍 해일이 가장 치명적입니다. 강풍이 바다를 밀어 해수면이 상승하여 해안을 침수시키며, 높이는 수 미터에서 10미터 이상까지 다양하고, 지형과 폭풍 강도, 접근 각도에 따라 달라집니다. 카트리나는 뉴올리언스에 7~8미터 폭풍 해일을 일으켜 방조제를 넘었고, 2013년 태풍 하이옌은 필리핀에 6미터 해일을 몰고 와 수천 명이 익사했습니다. 해수면 상승으로 폭풍 해일이 더 높아지며, 허리케인 경로는 예측 가능합니다. 위성과 항공기로 추적하고 컴퓨터 모델로 경로를 예측하며, 수일 전에 상륙 지역을 대략 알 수 있어 대피 명령을 내릴 시간이 있습니다. 하지만 불확실성이 남아 경로가 급변하거나 갑자기 강해질 수 있고, 2017년 하비는 상륙 직전 급격히 강화되어 카테고리 4가 되었습니다. 급격 강화 현상은 온난화로 증가하고 있습니다.
피해와 대응
역사적 재난
토네이도 역사에서 가장 치명적인 것은 1925년 트라이스테이트 토네이도입니다. 3월 미주리, 일리노이, 인디애나를 가로지르며 695명이 죽고 2000명 이상 부상했으며, 3시간 반 동안 352킬로미터를 이동하며 여러 마을을 파괴했습니다. 당시 경보 시스템이 없어 주민들은 준비할 수 없었고, 2011년 조플린 토네이도는 현대 미국에서 가장 치명적입니다. 5월 미주리 주 조플린을 강타하여 161명이 죽고 1000명 이상 부상했으며, EF5 등급으로 도시 3분의 1이 파괴되고 75억 달러 피해를 입혔습니다. 병원이 직격탄을 맞아 환자와 직원이 대피해야 했고, 2013년 무어 토네이도는 오클라호마 무어를 강타하여 24명이 죽었고 초등학교가 파괴되어 어린이 여러 명이 사망했습니다. EF5 등급으로 시속 338킬로미터 풍속이 기록되었고, 허리케인 역사에서 가장 치명적인 것은 1900년 갤버스턴 허리케인입니다. 텍사스 갤버스턴을 강타하여 8000~12000명이 죽어 미국 역사상 최악의 자연 재해이며, 폭풍 해일이 섬을 침수시켜 대부분 익사했습니다. 경보 시스템이 없었고 주민들은 대피하지 못했으며, 카트리나는 2005년 뉴올리언스를 파괴했습니다. 8월 멕시코만을 건너 루이지애나 상륙하여 1800명 이상이 죽고 1250억 달러 피해를 입혔습니다. 방조제 시스템이 실패하여 도시 80퍼센트가 침수되고, 슈퍼돔에 피난한 수만 명이 열악한 환경에서 며칠간 갇혔으며, 구조 실패로 사회적 불평등이 드러났습니다. 가난한 흑인 동네가 가장 큰 피해를 받았고 구조가 늦었습니다. 하비는 2017년 텍사스를 침수시켰습니다. 8월 휴스턴 지역에 상륙하여 거의 움직이지 않고 며칠간 비를 쏟아부었으며, 일부 지역은 1.5미터 비가 내려 역대 최고 강수량을 기록했습니다. 휴스턴이 호수가 되어 30000명 이상이 구조되었고 125억 달러 피해가 발생했습니다. 마리아는 2017년 푸에르토리코를 황폐화했습니다. 9월 카테고리 5로 상륙하여 전력망을 완전히 파괴하고, 수개월간 정전이 지속되며 병원이 마비되고 물 공급이 중단되었습니다. 공식 사망자는 64명이지만 하버드 연구는 3000명 이상으로 추정했고, 대부분 전기와 의료 부족으로 사망했습니다. 2018년 태풍 만쿳은 필리핀과 홍콩을 강타하여 134명이 죽고 홍콩에서 역대 최강 태풍으로 기록되었습니다. 시속 250킬로미터 풍속으로 건물 유리가 날아가고 크레인이 무너졌으며, 2019년 도리안은 바하마를 파괴했습니다. 카테고리 5로 거의 정체하며 이틀간 섬을 강타하여 70명 이상 죽고 수천 채 집이 파괴되었으며, 일부 지역은 완전히 물에 잠겼습니다.
기후 변화와 미래
기후 변화는 허리케인을 강하게 만듭니다. 바다가 따뜻해지며 더 많은 에너지를 공급하여 강도가 증가하고, 카테고리 4~5 비율이 높아지며, 북대서양에서 1980년대 이후 주요 허리케인 빈도가 증가했습니다. 급격 강화가 더 빈번해지고 있습니다. 24시간 내에 풍속이 시속 55킬로미터 이상 증가하는 것으로, 예측이 어렵고 대비 시간을 줄이며, 하비, 마리아, 마이클이 모두 급격 강화를 겪었습니다. 대기가 더 많은 수증기를 머금습니다. 섭씨 1도 상승마다 약 7퍼센트 더 많은 수증기를 가질 수 있어 폭우가 증가하고, 하비는 온난화로 강수량이 15퍼센트 이상 증가했다는 연구가 있습니다. 이동 속도가 느려지고 있습니다. 지구 온난화로 대기 순환이 약해지며 허리케인이 천천히 움직여 한 지역에 오래 머물며 비를 더 많이 쏟아붓고, 하비와 플로렌스가 사례입니다. 해수면 상승으로 폭풍 해일이 악화됩니다. 1900년 이후 약 20센티미터 상승했고 21세기 말까지 0.5~1미터 더 상승할 것으로 예상되며, 같은 강도 폭풍이라도 침수가 더 깊어지고 피해가 커집니다. 토네이도와 기후 변화 관계는 불확실합니다. 온난화로 대기 불안정성이 증가하지만 바람 시어는 감소할 수 있어 상충되며, 일부 연구는 토네이도 발생 환경이 더 빈번하지만 확실한 증거는 부족합니다. 대응은 다층적입니다. 조기 경보 시스템이 중요하며, 기상 레이더와 위성으로 실시간 추적하고, 경보 발령 시간을 늘려 대피 시간을 확보합니다. 미국은 토네이도 경보가 평균 13분 전에 발령되며, 과거보다 크게 개선되었습니다. 건축 기준 강화가 필수입니다. 허리케인 지역은 강풍과 폭풍 해일을 견디는 건물 설계가 필요하고, 토네이도 지역은 대피소 설치가 생명을 구하며, 지하실이나 내부 방이 안전합니다. 해안 복원력도 필요합니다. 습지와 맹그로브는 폭풍 해일을 완화하므로 보전하고 복원해야 하며, 방조제와 해안 방벽도 강화해야 하지만 자연 기반 해결책이 더 지속 가능합니다. 온실가스 감축이 근본적입니다. 온난화를 늦추지 않으면 폭풍은 계속 강해질 것이고, 파리 협정 목표를 달성하여 온도 상승을 제한해야 합니다. 하지만 이미 일어난 변화에 적응도 필요하며, 토네이도와 허리케인은 막을 수 없지만 대비할 수 있고, 과학과 기술, 정책이 함께 작동하여 생명을 구할 수 있습니다.