"NASA 사진 중국 미세먼지 증거" 기사에 대한 고찰 (준전문가의 입장)

어제 포털 뉴스란에서 아주 뜨거운 반응을 이끌었던 기사입니다.

중앙일보 원문 링크입니다.
NASA 사진에 딱 걸렸다, 중국 미세먼지 오리발

혹시 포털에서만 이 뉴스 보시고, 중앙일보 원문은 안 본 분 계시면 한 번 방문해보시길 바랍니다. 포털에서는 느낄 수 없었던 고해상도 사진이 주는 생생함이 있습니다.

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자 이제 (준) 전문가의 입장에서 이 기사를 좀 따져보겠습니다.

아래 사진은 기사의 첫번째 사진을 캡쳐한 모습입니다.

사진 설명을 확대해보면,

최악의 미세먼지 농도를 보였던 지난 5일 미 항공우주국(NASA) 테라/아쿠아 위성이 촬영한 한반도 주변. 중국의 오염물질이 서해를 건너 들어오는 모습을 볼 수 있다. [자료 기상청 홈페이지]

일단 사진의 (기자의?) 해석 부분은 뒤로 미뤄두고,
가장 먼저 확인해야 하는 것은 과연 이 사진이 무엇을 찍는 것인가, 어떤 변수 혹은 대상 (구름? 에어로졸? 등등)을 목적으로 한 사진인가, 사진 속의 농도에 대한 레전드(Legend)는 있는가 등등이 궁금한데요, 전혀 안나와있죠. 이런 정보가 없으면 저는 일단 의심부터 해보는데요, 기자가 제공 안해주면 제가 찾아봐야죠.

이 사진의 출처라고 적힌 기상청 홈페이지를 찾아봤습니다.
이런 곳이 있네요: http://www.weather.go.kr/weather/images/satellite_basic02.jsp

비슷한 자료죠?
여기에서 2가지 정보를 더 얻었습니다.
Aqua 위성에 탑재된 MODIS 센서에서 얻은 사진이라는 것, 그리고 이 사진은 "RGB Composite" 이라는 점입니다.

이 글을 읽을 여러분들이 위성자료에 대한 세세한 지식을 쌓을 필요는 없습니다만, 아무래도 대략적인 설명은 피해갈 수 없을 것 같습니다. 그냥 "알쓸신잡" 차원에서 읽어주시면 고맙겠습니다.

MODIS 센서는 수동 (passive) 센서입니다. 센서에는 패시브와 액티브가 있는데, 패시브는 쉽게 말해 사진기입니다. 전등빛이든 태양빛이든 물체에 반사된 빛이 사진기 렌즈 안으로 모여들어 영상 정보가 기록됩니다. 반대로 액티브는 마치 바다 속의 어군탐지기(소나)처럼 특정 파장을 발사하여 반사되어 오는 정보를 기록합니다.

인공위성 센서에서 패시브와 액티브는 각각의 장단점이 있습니다. 패시브는 넓은 지역을 커버할 수 있는 반면, 입체(3D)를 평면(2D)로밖에 인식 못합니다. 하늘에서 바다 사진을 찍는다고, 바다 속의 물고기가 보이는 것은 아니라는 뜻입니다. 반면 액티브 센서는 하늘 높은데서 바라봐도 수직 구조를 파악할 수 있습니다. 다만 관측할 수 있는 구역이 매우 제한되죠. 패시브 센서인 MODIS가 한 번 지나갈 때 너비 (swath width) 2330km를 보면서 지나갑니다만, 구름 및 강수를 관측하는 액티브 센서인 CALIPSO의 경우 관측 너비는 60km 정도 입니다. 극궤도 위성에 탑재된 MODIS가 아슬아슬하게 하루에 전 지구를 관측하는데, 액티브 센서로는 어림도 없죠.

다시 돌아가서 MODIS는 패시브 센서입니다. 그리고 36개의 서로 다른 파장의 빛을 관측합니다. 아래 사진에서 보시듯 거의 가시광선과 적외선 영역이죠.

https://modis-atmosphere.gsfc.nasa.gov/products/aerosol/algorithm-overview

위 첫번째 위성 사진이 RGB Composite이라고 했었죠. 이 말은 빛의 3원소인 빨강, 녹색, 파랑색에 해당하는 정보를 합쳐서 마치 일반적인 사진기처럼 칼라 사진을 만들었다고 보면 됩니다. 칼라 사진만 보고 찍힌 대상의 구성물질을 알 수 있을까요? 저 사진만 놓고 봤을 때, 알 수 있는 정보는 육지와 바다의 경계선, 그리고 대기중에 떠있는 무언가 희끄무레한 것 이정도 입니다. 떠있는 것 중에는 크게보면 구름과 에어로졸이 있겠구요, 하지만 이 둘의 구분 조차 이 사진만으로는 확실치 않죠. 수많은 에어로졸의 종류별 구분은 더욱 안되구요.

따라서 위 사진의 설명에 적힌

중국의 오염물질이 서해를 건너 들어오는 모습을 볼 수 있다.

라는 표현은 과학적으로 말이 안됩니다. 위 사진만으로는 사실 어느 방향으로 이동하는 지 조차 구분할 수 없으니까요.

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자 그럼 혹자는 궁금해할 수도 있을 것 같습니다. 나사에서 관측한 미세먼지 정보는 없을까요?

답은 "없습니다" 입니다.

제가 MODIS의 자료에 대해 설명하는 나사 웹페이지에 방문해봤습니다.

https://modis-atmosphere.gsfc.nasa.gov/products/aerosol

이곳이 에어로졸에 관해 자세히 설명된 곳인데요, 이곳의 개략적 설명 뿐 아니라 실제 위성자료의 변수 이름도 살펴봤는데 (https://modis-atmosphere.gsfc.nasa.gov/products/aerosol/format-content) MODIS 센서가 제공하는 자료는 Aerosol Optical Depth (AOD)가 다입니다. 이 변수는 쉽게 말해 지표에서 대기 꼭대기까지의 에어로졸 누적 농도를 알려줍니다. 위에서 설명했듯이 MODIS는 패시브 센서이니까 수직 정보가 파악이 안되요. 그래서 에어로졸 농도가 높다는 것은 알겠는데, 실제 이게 지표면인지 아니면 제트기류가 다니는 10km 상공인지 알 방법이 없습니다. 뿐만아니라 에어로졸 중에 어떤 종류인지, 황사인지 초미세먼지인지도 알 수 없습니다. 물론 이것조차 구름이 없을 때 얘기입니다. 높은 구름이 가려버리면 AOD는 관측불가입니다.

물론 MODIS만 이용했을 때 알 수 없다는 것이지, 아예 불가능한 건 아닙니다. 예를 들어 아주 좁은 지역이지만 액티브 센서가 지나가는 곳은 대략적인 수직 분포가 파악됩니다. 아주 좁다는게 문제고, 또 좁기때문에 대한민국 상공을 지나간다는 보장이 없습니다. 그리고 설사 액티브 센서가 정확히 대한민국을 가로질러서 어느 순간의 수직 정보를 준다고 해도, 이것만으로는 중국탓인지 국내 생산 탓인지 알 수 없습니다. 이걸 알려면 바람장을 알아야하고, 상승-이동-하강을 추적할 수 있어야 합니다. 그래서 PM2.5 혹은 PM10 변수의 분포를 보여주는 자료는 대기 모델을 이용해서 가공된 자료입니다. (가공이 들어가면 아무래도 정확도는 떨어지겠죠.)

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다시 중앙일보 기사로 돌아가보겠습니다. 기사의 일부 내용 중 이런 내용이 있습니다.

한 기상전문가는 "중국 측에서는 이 같은 인공위성 영상을 놓고도 '인공위성 사진은 지표면부터 높은 고도까지 공기층을 한 번에 표시하는 것이어서 한반도에 영향을 준다는 직접적인 증거는 못 된다'고 주장하며 책임을 인정하지 않는다"고 말한다.

지표면 가까운 공기층에는 영향을 주지 않고 그대로 동쪽으로 빠져나간다는 게 중국 측의 주장이다.

이 때문에 중국 측에 미세먼지 오염 책임을 묻기 위해서는 인공위성 관측 영상과 대기오염 모델링 결과 등을 상호 비교하면서 검증할 필요가 있다는 지적이 나온다.

여기에 핵심이 있습니다.
중앙일보 기사에서는 여러 날에 걸친 관측 사진을 비교하며 서에서 동으로 이동하는 에어로졸의 모습으로 중국의 책임을 논하지만, 이 위성사진 만으로는 이 에어로졸이 정확히 무언지도 알 수 없고, 실제로 지상 농도에 영향을 미치는지 아니면 높은 곳에서 흘러가는지 알 수 없습니다. 대기에는 지표에 영향을 주는 대기 혼합층 (Boundary layer)가 있는데, 여기에 들어오지 않으면 하늘이 뿌옇다 해도 실제 사람들에게 영향을 미치는 것은 아니니까요. 결국 한반도 주변 대기장, 그리고 지표 근처의 고해상도의 정보를 알아야 하며, 그러기 위해서는 대기 모델링이 필수인 것이죠.

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대기 모델에 대한 간략한 개념은 여기에 소개되어 있습니다.
태풍 솔릭의 경로 예측 건에 대하여 (부제1: 기상청을 위한 변호, 부제2: 완벽한 기상예측이란 없어!)

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일단 여기까지 정리하자면,
심증은 가나 물증이 없는 상태이며, 중앙일보 기사는 사람들의 울분을 건드리는 기사이긴 하나 과학적으로 검증된 내용은 아니라는 것을 알 수 있죠. 그리고 여기서부턴 제 개인적인 생각입니다.

황사 예보의 주체는 환경부일까요, 기상청일까요?
미세먼지 예보의 주체는 환경부일까요, 기상청일까요?

한국의 경우 지난 몇 십년의 역사에서 기상청은 별청이며, 환경부와는 관련이 없었습니다. 원래는 서로 하는 일이 달랐죠. 기상청은 날씨를 예보하는 곳이고, 환경부는 수질 및 대기의 각종 오염을 관할합니다. 그러다가 8-90년대 황사가 문제가 되면서 논란이 있었습니다. 황사는 중국 사막의 모래가 날라와서 한국 공기를 오염시키는 것인데, 대기 오염은 기상청 관할이 아니고, 환경부는 중국에서 날라오는 모래를 추적할 역량이 안되었죠. 그동안 그럴 필요도 없었구요. 이후 일단 황사의 예보는 기상청 관할으로 협의가 되었습니다. 하지만 이후에도 황사를 제외하곤 기상청과 환경부가 서로의 구역(?)에 들어가지 않는게 관례였습니다.

미세먼지도 역시 대기의 한 구성요소입니다. 미세먼지의 존재, 일반화시켜서 에어로졸의 존재는 태양 복사와 지구 복사에 영향을 주기 때문에 기온 및 대기의 움직임에도 영향을 주는 중요한 요소죠. 하지만 실제로 에어로졸의 중요성이 부각되고 대기 모델링의 한 요소로 인정받은 건 사실 20년도 안됩니다. 컴퓨터 계산 능력의 문제도 있었고, 에어로졸의 영향을 제대로 알 지 못하기도 했구요. 하지만 이제 미세먼지는 우리들 삶에 지대한 영향을 미치고, 또한 꽤 장거리를 이동한다는 것을 알게되었죠. 그렇기때문에 궁극적으로 기상청의 날씨 예측 모델에 미세먼지 및 여러 에어로졸 항목이 포함되어야 함은 이제 당연히 받아들이게 되었습니다.

제가 전에 쓴 대기 모델에 대한 설명을 보시면, 관측의 중요성을 알 수 있습니다. 광범위한 곳에서 정확한 관측은 보다 정확한 예측의 출발점이죠. 그런데 몇 년 전만 하더라도, 기상청에서 공식적으로 환경부의 에어로졸 관측 자료를 쓸 수 없었습니다. 교류하는 공식 채널이 없었고, 한 때는 서로 본인들 기관에서 다뤄야 한다고 다투기도 했었죠. 검색해보니 2014년 2월에 "환경 기상 통합 예보소"가 개설된 모양입니다. 그런데 내용을 보니

PM10·PM2.5·오존은 미세먼지팀에서, 황사는 황사팀에서 예보모델을 구동하고 예측결과를 생산하되,두 예보결과 간 상호 이해 제고를 위해 미세먼지·황사 예보관 회의 등을 통해 보다 철저한 사전협의 절차를 거치기로 했습니다.

또한, 양 기관은 각각 보유한 예보모델 및 관측자료 공유를 확대해 예보결과의 정확도 제고를 위해 함께 노력할 계획입니다.

이정도로는 안되죠. 이건 예보는 따로 하되 서로 예보에 대한 의견을 듣겠다 정도니까요. 그게 아니라 기상청의 대기 모델링 기술과 환경부의 오염 자료를 종합하여 통합해야죠.

제가 실제 기상청이나 환경부에서 돌아가는 상황을 정확히 아는 것이 아니라 조심스럽고, 정부 조직이 급변하는 정세(?)보다 몇 발짝 늦을 수 밖에 없다는 것은 이해합니다. 하지만 이제 미세먼지를 피할 수 없는 시대가 되어버렸는데, 지금이라도 기상청과 환경부가 융합(?)하여 대기 움직임에 대한 더 정확한 정보를 제공했으면 좋겠다는 생각을 해봅니다.