[워터저널] “아시아 일부 지역 담수 저수량, 2060년까지 많은 감소 예상”

미국 펜실바니아 주립대·텍사스대 및 중국 칭화대 연구팀 공동연구·조사

아시아의 ‘급수탑’인 티베트 고원 저수량, 온건한 기후 정책으로 돌이킬 수 없는 손실 예측

중앙아시아·아프가니스탄에 물 공급하는 아무다리야 분지 초과 물 손실 119% 감소 예측…북부 인도·카슈미르·파키스탄 물 공급지인 인더스 분지는 79% 예상

아시아의 ‘급수탑(water tower)’로 알려진 티베트 고원(사진)은 하류에 사는 거의 20억 명의 사람들에게 담수를 공급하고 있다. 그러나 티베트 고원의 물 저장에 대한 가장 포괄적인 연구는 적당한 기후 정책으로 인해 2060년까지 중앙 아시아, 아프가니스탄, 북부 인도, 카슈미르 및 파키스탄에 대한 물 공급에 심각한 위협이 될 것이라고 예측했다. 

8월 15일자 『네이처 기후변화(Nature Climate Change)』에  발표

아시아의 ‘급수탑(water tower)’로 알려진 티베트 고원은 하류에 사는 거의 20억 명의 사람들에게 담수를 공급하고 있다. 펜실바니아 주립대학(Penn State), 칭화대학(Tsinghua University), 오스틴(Austin)의 텍사스대학(University of Texas)의 과학자들이 주도한 새로운 연구에 따르면,  기후변화는 약한 기후 정책의 시나리오에 따라 이 지역의 담수 저수량이 돌이킬 수 없는 감소를 야기하여 21세기 중반까지 중앙 아시아, 아프가니스탄, 북부 인도, 카슈미르 및 파키스탄에 대한 물 공급에 심각한 위협이 될 것이라고 예측했다. 

펜실베이니아 주립대학의 대기과학 저명한 교수인 마이클 만(Michael Mann)은 “예후가 좋지 않다”라면서 “앞으로 수십 년 동안 화석연료 연소를 의미 있게 줄이지 못하는 ‘평소와 같은 비즈니스(business as usual)’ 시나리오에서 우리는 티베트 고원의 하류 지역에 대한 상당한, 즉 거의 100%의 물 공급 손실을 예상할 수 있다. 나는 온건한 기후 정책 시나리오에서도 예측된 감소 폭이 얼마나 큰지에 대해 너무 놀랐다”라고 역설했다.

연구원들에 따르면, 그것의 중요성에도 불구하고, 기후변화가 티베트 고원의 모든 지상수 및 지하수를 포함하는 과거와 미래의 지상 저수량(terrestrial water storage ; TWS)에 미치는 영향은 대부분 조사되지 않았다.

티베트 고원의 호수, 빙하, 주요 강 유역. 내장 분지는 연보라색, 익살스러운 분지는 연노란색으로 표시된다. 막대 그림은 GRACE(중력회복 및 기후실험) JPL-M 솔루션에서 추정된 2002∼2017년 동안 각 유역의 지상 저수량 변화(TWSC)를 보여준다. 파란색 막대는 지상 저수량(TWS)에서 질량 증가를 나타내는 반면, 빨간색 막대는 질량 손실을 나타내며 막대 크기는 TWS 변화의 크기(기가톤/년)를 나타낸다. TWS 변경에 대한 특정 값이 각 분지에 표시됩니다. [그림 출처 = 펜실바니아 주립대학(Penn State), 칭화대학(Tsinghua University)]

칭화대학의 수문공학과 디 롱(Di Long) 부교수는 “티베트 고원은 거의 20억 명의 사람들에게 물 수요의 상당 부분을 공급한다”라면서 “이 지역 전체의 지상 저수량은 물의 가용성을 결정하는 데 매우 중요하며 기후변화에 매우 민감하다”라고 말했다.

마이클 만(Michael Mann) 교수는 “티베트 고원에서 이미 발생한 지상 저수량(TWS) 변화에 대한 확실한 기준이 부족했다”라면서 “티베트 고원이 오랫동안 기후변화의 핫스팟(hotspot)으로 여겨져 왔음에도 불구하고 지상 저수량(TWS)에 대한 신뢰할 수 있는 미래 예측의 부재가 정책 결정에 대한 지침을 제한한다”고 강조했다.

이러한 지식 격차를 메우기 위해 연구팀은 빙하, 호수 및 지하 자원의 물 질량을 측정 한 ‘하향식(top-down)’ 또는 위성 기반 및 ‘상향식(bottom-up)’ 또는 지상 기반을 기계 학습 기술(machine-learning techniques)과 결합하여 지난 20년 동안 관찰된 지상 저수량(TWS) 변화(2002년에서 2020년까지) 및 향후 40년 동안의 예측(2021년에서 2060년까지)의 벤치 마크를 제공했다.

펜실베이니아 주립대학의 마이클 만(Michael Mann) 교수는 “중력회복 및 기후실험(GRACE ; Gravity Recovery and Climate Experiment) 위성 임무의 발전이 지상 저수량(TWS) 변화를 대규모로 정량화 할 수 있는 전례 없는 기회를 제공했다”라고 설명하면서,  “그러나 이전 연구는 독립적인 지상 기반 데이터 소스를 사용하여 중력회복 및 기후실험(GRACE) 솔루션의 민감도를 탐구하지 않아 지역의 지상 저수량(TWS) 변화에 대한 합의가 부족했다”라고 덧붙였다.

그는 특히 “기존 연구에 비해 하향식(top-down) 접근과 상향식(bottom-up) 접근 사이의 일관성을 확립하는 것이 이 중요한 지역에서 이미 발생한 지상 저수량(TWS)의 감소를 정확하게 측정할 수 있다는 확신을 이번 연구에서 갖게 하는 것”이라고 강조했다.

다음으로, 연구원들은 새로운 신경망 기반 기계 학습 기술(machine-learning techniques)을 사용하여 총 저수량의 이러한 관찰된 변화를 대기 온도, 강수량, 습도, 구름 덮개 및 들어오는 햇빛을 포함한 주요 기후 변수와 연관시켰다. 일단 그들이 이 인공 신경망 모델을 ‘훈련(trained)’하면, 그들은 예상되는 미래의 기후변화가 이 지역의 물 저장에 어떻게 영향을 미칠지 볼 수 있었다.

SSP2-4.5에 따라 21세기 중반까지 TP에 대한 TWS 및 관련 기후 동인의 예상 변화. (a-c) (a) 지난 20년(2002∼2020), (b) 다가오는 10년(2021∼2030), (c) 21세기 중반(2031∼2060년) 동안 TP에 대한 DNN 재구성 TWS의 선형 경향의 공간 패턴. (a)와 (b)에 스티커를 붙이면 유의한 경향이 있는 지역을 표시한다(5% 유의 수준에서 Mann-Kendall 테스트). (d-g) 2031년의 30년 평균 상태 간의 차이(d) 재구성된 TWS, (e) 연 강수량, (f) 연 평균 온도 및 (g) 일사량에서 2002∼2021년 기간의 평균에 상대적인 2060년 기간. 모든 결과는 중간 범위 SSP2-4.5 시나리오에서 9개의 GCM의 앙상블 평균에서 추정되었다. [그림 출처 = 펜실바니아 주립대학(Penn State), 칭화대학(Tsinghua University)]

학술지 『네이처 기후변화(Nature Climate Change)』에 8월 15일자로 발표된 연구 결과 중 연구팀은 최근 수십 년간의 기후변화가 티베트 고원의 특정 지역에서 지상 저수량이 심각한 고갈(-15.8기가톤/년)을 초래하고 다른 지역에서는 연간 5.6기가톤의 상당한 증가를 초래했으며, 이는 빙하의 경쟁적인 영향 때문일 가능성이 크다는 것을 발견했다.r 이는 아마도 빙하 퇴각, 계절적으로 얼어붙은 땅의 악화, 호수 확장의 경쟁 효과로 인한 것 같다.

중간 수준의 탄소 배출 시나리오, 특히 중간 범위의 SSP2-4.5 배출 시나리오에서 미래 지상 저수량(TWS)에 대한 팀의 예측은 21세기 초(2002∼2030년) 기준선에 비해 티베트 고원 전체가 21세기 중반(2031∼2060년)까지 약 230기가톤의 순손실을 경험할 수 있음을 시사한다.

좀 더 구체적으로, 중앙아시아와 아프가니스탄에 물을 공급하는 아무다리야(Amu Darya) 분지와 북부 인도, 카슈미르, 파키스탄에 물을 공급하는 인더스(Indus) 분지의 초과 물 손실 예상치는 각각 119%와 79%의 물 공급 능력 감소를 나타낸다.

칭화대학의 디 롱(Di Long) 부교수는 “우리의 연구는 아시아 하류 인구에 서비스를 제공하는 높은 산의 담수 공급에 영향을 미치는 수문학적 과정에 대한 통찰력을 제공한다”라면서 “본 연구는 2060년까지 기후변화 및 TWS의 역사적 시기와 미래상 상호작용을 살펴봄으로써 향후 정부 및 기관의 적응전략 개선 연구 및 관리를 안내하는 기초가 된다”고 설명했다.

(a) 아무다리야 분지와 (b) 인더스 분지에 대한 GRACE(중력회복 및 기후실험) JPL-M에서 추정된 재구성된 지상수 저장 이상 징후(TWSA) 및 TWSA의 시계열. 빨간색 선은 GRACE 관측치를 나타내고, 파란색 선은 9개의 GCM에서 재구성된 TWSA의 앙상블 평균을 나타낸다. 그림자는 서로 다른 GCM에서 출력되는 출력 사이의 ±1 표준 편차의 불확실성 범위를 나타낸다. [그림 출처 = 펜실바니아 주립대학(Penn State), 칭화대학(Tsinghua University)]

실제로, 마이클 만(Michael Mann) 교수는 “미국이 최근 인플레이션 감소법(Inflation Reduction Act) 덕분에 성취를 눈앞에 두고 있기 때문에 향후 10년 동안 탄소 배출량의 실질적인 감소는 티베트 고원의 예측된 붕괴 뒤에 추가적인 온난화와 관련된 기후 변화를 제한할 수 있다”고 덧붙였다. 

만 교수는 “그러나 최상의 시나리오에서도 추가적인 손실은 피할 수 없을 가능성이 높으며, 이는 세계의 취약하고 인구가 많은 이 지역에서 감소하는 수자원에 대한 상당한 적응이 필요할 것이다”라면서“향후 증폭되는 물 부족 문제를 해결하기 위해 강화된 지하수 추출 및 물 이전 프로젝트를 포함한 더 많은 대체 물 공급원이 필요할 수 있다”고 언급했다.

이 논문의 다른 저자들로는 칭화대학의 쉬에잉 리(Xueying Li), 싱둥 리(Xingdong Li), 푸창 티안(Fuqiang Tian), 장리 쑨(Zhangli Sun) 및 광첸 왕(Guangqian Wang) 등이 있다. 오스틴에 있는 텍사스대학의 수석 연구 과학자인 브리짓 스캔론(Bridget Scanlon)도 저자이다.이다.

중국 국립자연과학재단(National Natural Science Foundation of China)과 제2차 티베트 고원 과학탐사 및 연구 프로그램이 이 연구를 지원했다.