Philosophy and Climate Science/Introduction and Data

Eric Winsberg, Philosophy and Climate Science (Cambridge University Press, 2018).

요약

서론

채의 목적 : (1) 기후 과학의 이해에 과학철학이 무엇을 기여할 수 있는지 관심을 가진 독자들에게 개론 제공 (2) 주제별 논쟁 진전

책의 구성 : 1-4장 (개론적) / 5장 / 6-9장 / 10-12장 / 13장

1장. 도입

"물론 과학적 세계관의 모든 지지자가 투사가 되진 않을 것이다. 기꺼이 고립을 받아들이는 이들은 논리의 미끄러운 미끄럼틀 위에서 후퇴를 이끌 것이다." 비엔나 서클 선언문, 『과학적 세계관(Wissenschaftliche Weltauffassung)』  (Hahn, Neurath and Carnap 1929)

지구 온난화는 현재 실제로 일어나고 있으며, 그것이 인간에 의한 일이라는 것은 기후 과학자들과 과학자 사회에서 거의 만장일치로 합의되었다. 그러나 그러한 합의가 "1+1=2"와 같은 단순한 추론에 의해 이루어진 것은 아니다. 과학자들의 추론을 단순화시키는 것은, 일반인들에게 그 추론을 스스로 평가할 수 있으며, 그 안의 문제점을 찾아낼 수 있다는 착각을 불러일으킨다. 기후 과학자들의 합의된 믿음은 고통스러운 자료 수집 및 그에 대한 연구, 강력한 컴퓨터 클러스터를 이용한 복잡한 모형에 대한 연구, 수십 개의 서로 다른 과학 분야(기후학, 기상학, 기후물리학, 기후화학, 태양물리학, 역사기후학, 지구물리학, 공학, 지구화학, 생태학, 합성생물학, 생화학, 생지질학, 인간지리학, 역사학, 경제학, 생태유전학, 응용수학, 수학적 모델링, 컴퓨터 과학, 통계학, 시계열 분석 등)의 전문성의 협력에 의존한다.

기후에 대한 이러한 과학적 연구는 과학철학자들의 지속적 관심사인 개념적, 방법론적, 인식론적 이슈들로 가득차 있다. 과학적 자료의 본성과 이론과의 관계, 모형의 역할과 컴퓨터 시뮬레이션의 역할, 과학과 의사결정에서 확률의 본성, 확률이 불가피하게 부정확할 경우 확률을 어떻게 다루어야 하는지, 통계적 추론의 방법론, 과학에서 가치의 역할, 입증 이론, 가설 입증에서 증거의 견고성(robustness)의 역할, 사회 인식론 등.

그러나 과학철학의 편협성과 비정치성으로부터 기후 과학은 과학철학에서 제대로 다루어지지 않았다. 최근 사회적 관심을 가진 과학철학자들이 증가했는데, 이는 기본적으로 사회적 영향을 가진 과학과 관련된 철학적 탐구를 가리킨다. 그리고 이들이 기후 과학에 관심을 가지는 것은 당연하다. 기후 과학은 과학철학의 연구 주제로도 과학철학의 교육적 목적으로도 활용될 수 있으며, 기후 윤리학을 보완할 수도 있다.

이 책은 기후 온난화와 인간 원인론에 대한 변호를 목적으로 하지 않지만, 기후 과학자들의 답변을 최선의 답으로 가정하긴 한다. 이 책은 기후 과학자들의 답변을 해석하는 데 관심을 가지며, 그들의 답을 산출하는 데 사용되는 추론의 논리, 방법론, 개념적 토대를 밝히는 데 관심을 가지고 있다.

• 2-5장 : 기후 과학의 방법론을 다룸. 2장은 기후 자료의 본성 및 가설과의 관계를, 3장은 기후 모형, 4장은 기후 시뮬레이션을, 5장은 카오스에 대해 다룬다.
• 6-9장 : 불확실성에 대해 다룸. 6장은 기후 과학에서의 확률 해석을, 7장은 기후 투사의 "신뢰도(confidence)" 개념을, 8장은 통계적 추론과 불확실성 하에서의 의사 결정을, 9장은 기후 과학에서의 불확실성 정량화(quantification)와 사회적 가치 사이의 상호작용을 다룬다.
• 10-14장 : 인식적 문제들을 다룸. 10장은 모형의 평가 및 "미세조정된" 모형에 대해, 11-12장은 "견고성 분석"에 대해, 13장은 "사회 인식론"의 적용을 다루고, 14장은 결론을 제공한다.

2장. 자료

기후 과학을 생각할 때 모형과 시뮬레이션을 떠올리곤 하지만, 기후 과학의 주요 주장들은 다양한 독립적 소스에서 얻은 자료에 의해 뒷받침된다. 기후 변화를 뒷받침하는 자료는 대략 7가지 범주로 구분할 수 있다. (1) 지표면 온도 측정 기록 및 관련 변수들 (2) 빙하(glacier) 기록 (3) 바다 빙하 기록 (4) 빙상(대륙 빙하) 기록 (5) 대양 열량(Ocean heat content) 기록 (6) 해수면 높이 기록 (7) 과거 기후 변수들의 대리물들(나이테, 얼음 코어, 시추공, 꽃가루, 산호, 바다 침전물 등)

과학적 자료의 본성 : 자료의 이론적재성과 자료 모형

수피즈(Suppes 1969)가 제안한 "자료 모형(model of data)" 개념이 유용한데, "자료 모형"이란 원자료(raw data)를 가공하여 만든 이상화된 패턴 또는 패턴들의 집합이며, 기후 과학의 가설은 원자료가 아니라 자료 모형에 의해 평가된다. 원자료를 자료 모형으로 변환하는 기법은 "실험 모형"과 "기구 모형"에 의해 정당화된다. 즉 측정 장치가 어떻게 작동하고 환경에 어떻게 반응하는지에 대한 모형에 의존하는 것이다.

• 바다 온도 기록 논쟁 : 양동이의 종류(나무 → 캔버스 → 단열 용기)가 온도 측정치에 영향을 줄 수 있다는 점 밝혀짐(캔버스 양동이는 다른 양동이에 담긴 물 샘플의 온도를 측정할 때보다 1도 넘게 낮게 측정됨).

비전문가들은 자료 모형의 정당성을 평가하기 어려우며, 과학자들의 가설을 시험하는 자료가 원자료가 아닌 가공된 결과(자료 모형)라는 것을 알게 되었을 때 악순환을 걱정할 수도 있다. 이때 필요한 것은 특정한 순환이 악순환인지 선순환인지 결정하는 엄격한 추론이다.

온난화의 증거

• 기구 기록 : 기후 온난화의 증거로 사용되는 가장 중요한 자료 모형은 다양한 측정소에서 측정된 온도들로부터 추론된 "지구 평균 표면 온도"의 (기준 온도로부터의) "변화량(anomaly)"이다. 이때 기준 온도는 1950년부터 1980년까지의 평균 온도를 뜻하며, 그 온도를 0으로 잡는다. (도시 열섬 효과일 가능성에 대한 검토 : 겉보기 온난화 경향이 도시 열섬 효과의 결과라면 도시가 집중된 곳일수록 그 경향이 더 크게 나타나야 하지만, 그렇지 않음.)
• 위성 자료 : 맑은 날들의 마이크로파 및 적외선 자료를 통해 대류권 온도 추정 가능. 문제는? 자료의 이론 적재성 또는 간접성(Lloyd 2012). 로이드는 아래의 사례를 통해 직접 경험주의 대신 복잡 경험주의 주장하는데, 이에 따르면 "모형과 자료 사이의 깔금한 구별은 불가능하다."
  • UAH 논쟁 :  대류권 온도 온난화 예측과 부합하지 않는 자료 얻음. 열기구를 이용하는 라디오존데 측정 자료를 통해 독립적인 뒷받침도 받았다고 주장하며 기후 온난화 시뮬레이션 비판. 반면 시뮬레이션 지지자들은 UAH 자료 모형의 정당성 비판. UAH와 다른 실험 모형을 채택한 RSS 팀과 UMd 팀은 동일한 원자료로부터 다른 자료 모형 산출.
  • 논쟁의 해결 : (1) 라디오존데 측정 방식은 신뢰할 만한 시계열 자료를 산출하는 데 문제 있다는 비판과 함께, (2) 결정적으로는 간학문적 노력을 통해 얻은 독립적인 자료가 중요한 역할을 했는데, 이는 RSS 팀의 자료를 지지했으며, 심지어 기후 시뮬레이션 모형의 예측과 더욱더 일관적이었다.

온난화의 증거, 계속

기후 자료와 관련한 또 하나의 흥미로운 점은 지역적 불균일성이다. 북극의 온난화 경향은 매우 큰 반면, 저위도 지방은 심하지 않다. 또한 어떤 지역에서는 극한 추위가 나타나기도 하는데, 이것 역시 온난화에 대해 얘기해줄 수 있다.

• 빙하 기록 : 지구 평균 빙하 두께 얇아지고 있는 추세임.
• 북극해 빙하 : 빙하 면적 예측치보다 빠르게 줄고 있음. 불확실성과 기후 온난화에 대한 의심을 섞으면 안됨. 또한 남극 빙하 면적 증가에 대한 보고가 있지만, 지구 전체적으로는 감소가 증가보다 큼. 또한 남극 빙하 증가에 대한 설명 가능함.
• 빙상 : 대륙 빙상 면적 줄고 있으며, 이는 해수면 높이 증가 초래한다는 점과 양의 되먹임 때문에 중요함.
• 대양 열량 : 대양 열량은 꾸준히 증가하고 있음.
• 해수면 : 지구 평균 해수면은 1870년부터 2004년까지 195mm 상승함. 주요 원인은 바다의 열팽창과 빙상의 녹음
• 온도와 다른 기후 대리물 : 나이테, 얼음 코어, 시추공, 꽃가루, 산호, 바다 침전물 등은 과거의 기후에 대해 알려줌. "범위(span)"와 "해상도(resolution)"에 대해 주의해야. 예컨대 나이테는 수천년, 얼음 코어는 수십만년, 화석은 수백만년을 다룰 수 있고, 나이테의 "해상도"는 매년 하나의 자료를 제공. 바다 침전물은 백년 마다 하나의 자료를 제공. 또한 서로 다른 대리물 사이의 불일치는 다시 뒤앙의 문제를 제공하지만, 학자들은 이 문제를 슬기롭게 해결해 왔으며, 점점 일치의 정도 높아지고 있음.

결론

복잡한 기후 과학에서 자료와 가설 사이의 관계에 대한 단순한, 직접적인, 상식적인 논증을 경계하라. 복잡한 세계에서 단순하고, 직접적이고, 상식적인 추론은 진리의 적이다. 소위 "기후게이트"는 이러한 단순한 추론에 의존하여, 원자료로부터 자료 모형으로의 가공에 모종의 "트릭"이 있다며 비판한다. 실제로 그러한 "트릭"은 없으며, 대신 수많은 분야의 전문가들의 복잡하고 협동적인 추론이 존재할 뿐이다.

관련 항목

• Understanding Pluralism in Climate Modeling