[해외조사보고서]  “2018∼2020년 유럽 가뭄, 250년 동안 가장 강렬했다”

독일 헬름홀츠 환경연구센터(UFZ),  “독일·프랑스·체코 등 중부 유럽서 유럽 육지 면적의 36%에 영향 미쳐”

유럽 전역서 물 부족 초래…밀, 옥수수, 보리 등 작물 수확량도 20∼40% 감소

많은 사람들이 2018년부터 2020년까지의 가뭄을 기억하게 될 날(days), 달(months), 해(years)였다. 독일 라이프치히의 헬름홀츠 환경연구센터(UFZ ;  Helmholtz Centre for Environmental Research) 과학자들이 이끄는 국제 연구팀이 이 사건의 역사적 차원을 분류하는 데 성공했다.

그들의 연구 결과에 따르면 18세기 중반 이후 유럽에서는 이렇게 넓은 지역을 장기간 덮고 온난한 기온과 일치하는 가뭄이 발생한 적이 없었다. 따라서 2018년에서 2020년 사이는 가뭄에 대한 새로운 기준이 된다.

이러한 전례 없는 사건이 미래에 더 자주 발생할 가능성이 있기 때문에 과학자들은 지역적으로 적합한 가뭄 예방 조치의 개발 및 시행을 시급히 권고한다.

독일 헬름홀츠 환경연구센터(UFZ)는 보고서를 통해  “2018∼2020년에 발생한 유럽 가뭄은 250년 동안 가장 강렬했는데, 특히 독일·프랑스·체코 등 중부 유럽서 유럽 육지 면적의 36%에 영향 미쳤다”고 밝혔다.

메마른 초원과 들판, 마른 개울 바닥, 죽은 숲, 감소된 발전소 생산량이 감소했는데, 2018년, 2019년 및 2020년의 가뭄 연도는 예외적이었고 자연과 경제에 상당한 영향을 미쳤다. 이전에는 역사적 차원에서 어디에 분류되어야 하는지 명확하지 않았다.

■ 이제 우리는 안다(Now we know)

UFZ 모델이자 미국 지구물리학연합(American Geophysical Union)의 『지구미래저널( Earth’s Future journa)』에 실린 기사의 수석 저자인  올드리치 라코벡(Oldrich Rakovec) 박사는 “2018년에서 2020년까지의 가뭄은 유럽의 가뭄에 대한 새로운 기준을 제시한다”라고 말한다.

과학자들은 1766년까지의 역사적 가뭄을 재구성하고 2018년에서 2020년까지의 가뭄과 그 범위를 비교할 수 있도록 하는 방대한 데이터 편집 및 모델링 기술로 이를 문서화했다.

예를 들어, 2018년에서 2020년 사이의 가뭄은 특히 독일, 프랑스, 체코와 같은 중부 유럽에서 유럽 육지 면적의 36%에 영향을 미쳤다. 올드리치 라코벡(Oldrich Rakovec) 박사는 “지난 250년 동안 이와 같은 대규모 가뭄 사건은 없었다”라고 설명한다.

2018년 4월에 시작되어 2020년 12월에 처음 종료된 유럽의 가뭄 사건의 전체 기간도 33개월로 유난히 길었다. 1857년과 1860년 사이의 가뭄만이 조금 더 오래 지속되어 총 35개월이 되었다. 또한 2018년부터 2020년까지는 깊이 2m까지 검토 중인 토사량(토양 부피에서 2021년과 2022년에도 가뭄이 계속됐다.

UFZ 모델인 올드리치 라코벡(Oldrich Rakovec) 박사는 “2021년은 조금 더 습하고 농업에 중요한 표토와 물을 잘 공급했지만 습기가 모든 곳에서 더 깊은 곳까지 침투하지 못했다”고 말한다.

과학자들이 모델을 위해 유럽을 분할한 50×50km 그리드 셀(grid cell)의 평균 가뭄기간도 예외적으로 길었다. 가뭄 사건은 시공간에 걸쳐 동적으로 발전하기 때문에, 즉 한 지점에서 시작하여 발전하고 마침내 다른 곳에서 끝나기 때문에 이 값은 가뭄 사건의 총 기간과 다르다. 2018∼2020년 사건의 경우 평균 가뭄 기간이 12개월로 결정되었다.

1857년에서 1860년 사이의 가뭄만이 평균 13개월로 더 오래 지속되었다. 과학자들은 가뭄을 현재 토양 수분이 250년의 전체 기간 동안 20%에만 도달하는 값보다 2m 깊이로 떨어지는 시간으로 정의했다.

이러한 역사적 가뭄을 재구성하기 위해 과학자들은 UFZ(헬름홀츠 환경연구센터)에서 개발된 수문 모델 시스템(hydrological model system)인 mHM을 사용했다. 이 환경 시스템 모델을 사용하면 무엇보다도 온도 및 강수량에 대한 과거 데이터에서 토양 수분을 모델링할 수 있다. 토양수분을 장기 기대치와 비교함으로써 토양수분지수를 계산할 수 있고, 가뭄상태를 역으로 판단할 수도 있다.

 

지난 250년 동안 유럽의 주요 가뭄 사건의 특징. (a) 모델 시뮬레이션을 기반으로 1766 년에서 2020 년 사이의 평균 가뭄 지역 및 기간. 원의 크기는 가뭄의 총 강도에 해당하며, (b) 가뭄 강도의 시간에 따른 진화. 2018-2020년 행사는 다른 모든 행사에 비해 전체 기간 동안 가장 높은 가뭄 강도를 가지고 있다.  [사진출처(Photo source) = 독일 헬름홀츠 환경연구센터(UFZ)]

 

2018년부터 2020년까지의 가뭄 기간 동안 기온 상승은 지난 250년 동안 유럽의 연평균 기온과 비교하여 섭씨 2.8도 상승하여 역사적 기록을 경신했다.

UFZ 모델이자 논문의 공동 저자인 로히니 쿠마르(Rohini Kumar) 박사는 “과거의 가뭄은 평균 기온이 거의 변하지 않는 다소 추운 가뭄이었다. 가뭄 기간 동안 지난 세기의 주요 가뭄의 전형인 강수량이 약 20% 감소하고 기온이 상승하면 그 영향은 훨씬 더 심각하다”고 말한다.

이것은 훨씬 더 많은 물이 증발하기 때문이다. 이 가뭄 기간 동안 물 부족의 결과는 농업을 사용하는 과학자들에 의해 입증되었다. 밀, 옥수수, 보리의 경우 2018년에서 2020년 사이의 평균 연간 작물 수확량을 1961년에서 2021년 사이의 수확량과 비교했다.

■ 조사 결과(The finding)

주로 가뭄에 영향을 받은 국가들에서는 수확량이 크게 감소했는데, 예를 들어, 베네룩스 국가, 독일과 프랑스에서는 20∼40%, 독일의 밀은 17.5%, 보리는 거의 유럽 전역에서 10%까지 떨어졌다.

유럽의 가뭄이 미래에 어떻게 발전할 것인지도 지구 온난화의 정도에 달려 있다. 미래의 온실가스 배출에 대한 두 가지 시나리오에 대해 과학자들은 가능한 가뭄 범위와 지속 기간을 모델링했다. 이러한 소위 대표 농도 경로(Representative Concentration Pathways ; RCP)는 온실 가스 배출량이 2100년까지 완화될 것인지(RCP 4.5) 아니면 계속 감소할 것인지(RCP 8.5) 설명한다.

과학자들은 RCP 4.5 시나리오에서 평균 가뭄 기간이 최대 100개월까지 크게 증가하는 반면, 가뭄의 범위는 유럽 지역의 최대 50%로 비교적 온건하다는 것을 발견했다. 반면에 RCP 8.5 시나리오는 다르다. 평균 가뭄 기간은 200개월 이상이 될 수 있으며 유럽의 최대 70%가 영향을 받을 수 있다.

논문의 공동저자이자 UFZ의 지표수문학(Land Surface Hydrology) 워킹그룹 대표인 루이스 사마니에고(Luis Samaniego) 박사는 “정책 입안자들은 앞으로 가뭄이 훨씬 더 심해질 수 있다는 사실에 대비해야 한다. 이는 특히 농업 정책에 경종을 울려 임박한 물 부족에 대한 적절한 조치를 처리해야 한다”라고 강조한다. 

지역적으로 구체적으로 예를 들어 지하 저장 시설, 지능형 관개 기술 또는 내열성 식물 품종의 번식과 같은 대규모 저수지의 생성이 될 수 있다. 

참여하는 UFZ 과학자들의 연구 작업은 독일 연구재단(German Research Foundation)과 체코 과학재단(Czech Science Foundation)의 자금 지원을 받아 양자 프로젝트인 ‘XEROS(eXtreme EuRopean drOughtS : 과거, 현재 및 미래 이벤트의 다중 모델 합성)’의 일부로 수행되었다.

 

(c-e) 지도는 세 가지 주요 가뭄 사건 동안 몇 달 동안 평균 가뭄 기간의 분포를 보여준다. 지도의 다이어그램은 각 가뭄 기간 동안 공간 표현이 얼마나 큰지를 보여준다.  [사진출처(Photo source) = 독일 헬름홀츠 환경연구센터(UFZ)]

 

■ 출판(Publication)

올드리치 라코벡(Oldrich Rakovec), 루이스 사마니에고(Luis Samaniego), 비탈 하리(Vittal Hari), 야니스 마르코니스(Yannis Markonis), 보이트치 모라벡(Vojtch Moravec), 스테판 토버(Stephan Thober), 마틴 하넬(Martin Hanel),  로하니 쿠마르(Rohini Kumar) : 2018∼2020 다년 가뭄은 유럽에서 새로운  새로운 기준을 세웠다. 지구의 미래(Earth's Future), https://doi.org/10.1029/2021EF002394

[원문보기]

New drought benchmark for Europe

Drought in Europe from 2018 to 2020 was most intense in over 250 years

These were days, months and years that many will come to remember: the drought from 2018 to 2020. An international team of researchers led by scientists from the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) has succeeded in categorizing the historical dimensions of this event. 

Based on their findings, no drought covering such a large area for an extended period and coinciding with warmer temperature has occurred in Europe since the middle of the 18th century. The years from 2018 to 2020 thus represent a new benchmark for droughts. 

Because such an unprecedented event is likely to occur more frequently in the future, the scientists urgently recommend the development and implementation of suitable, regionally adapted drought prevention measures.

Withered meadows and fields, dry stream beds, dead forests, and reduced power plant outputs - the drought years of 2018, 2019 and 2020 were exceptional and had substantial impacts on nature and the economy. Previously it was not clear where they should be classified in their historical dimension. 

Now we know

"The 2018 to 2020 drought sets a new benchmark for droughts in Europe", says Dr. Oldrich Rakovec, UFZ modeller and lead author of the article published in the Earth’s Future journal of the American Geophysical Union. The scientists documented this with a large compilation of data and modelling techniques which allowed them to reconstruct historical droughts back to 1766 and comparing their extents with the drought of 2018 to 2020. 

For example, the drought between 2018 and 2020 affected 36 percent of Europe's land area, especially in Central Europe such as Germany, France and the Czech Republic. "No other drought event in the past more than 250 years has had such a large spatial extent as this one," explains Oldrich Rakovec. 

The total duration of the drought event in Europe, which began in April 2018 and initially ended in December 2020, was also exceptionally long: 33 months. Only the drought between 1857 and 1860 lasted a little longer with a total of 35 months. In addition, the drought from 2018 to 2020 continued in 2021 and 2022 in the soil volume under consideration to a depth of 2 meters.

 "Although the year 2021 was a bit wetter and has supplied the topsoil, which is important for agriculture, well with water, the moisture has not penetrated everywhere to greater depths," says the UFZ modeler.

The average drought duration in the 50 x 50 km grid cells into which the scientists divided Europe for their model was also exceptionally long. Because a drought event develops dynamically over space and time, i.e. begins at one point, then develops and finally ends elsewhere, this value differs from the total duration of the drought event. For the 2018-2020 event, an average drought duration of 12 months was determined.

Only the drought from 1857 to 1860 lasted longer with an average of 13 months. The scientists defined drought as the time at which the current soil moisture falls to a depth of 2 meters below the value that is only reached in 20 percent of the years during the entire period of 250 years. 

To reconstruct these historical droughts, the scientists used the hydrological model system mHM, which was developed at the UFZ. With this environmental system model, soil moisture can be modelled from past data on temperature and precipitation, among other things. By comparing the soil moisture with the long-term expected value, the soil moisture index can be calculated and the drought state can also be determined in retrospect.

During the drought period 2018 to 2020, the increase in air temperature also reached a historic record with an increase of 2.8 degrees Celsius compared to the annual average temperature in Europe over the past 250 years.

 "The droughts in the past were rather cold droughts in which the average temperature hardly changed," says Dr. Rohini Kumar, UFZ modeler and co-author of the paper. If, during a drought period, the anomalies typical of major droughts of the past centuries of precipitation decline of around 20 percent and the increase in temperature come together, the effects are much more serious. 

This is because significantly more water evaporates. The consequences of the lack of water during this drought event were demonstrated by the scientists using agriculture. For wheat, corn and barley, they compared the average annual crop yields between 2018 and 2020 with those between 1961 and 2021. 

The finding

In the countries mainly affected by the drought, harvests fell significantly - for maize, for example, in the Benelux countries, Germany and France between 20 and 40 percent, for wheat in Germany up to 17.5 percent and for barley up to 10 percent almost throughout Europe.

How droughts in Europe will develop in the future also depends on the extent of global warming. For two scenarios of future greenhouse gas emissions, the scientists modelled the possible extent of droughts and their duration. These so-called Representative Concentration Pathways (RCP) describe whether greenhouse gas emissions will be moderate by the year 2100 (RCP 4.5) or continue unabated (RCP 8.5). 

The scientists found that in an RCP 4.5 scenario, the average drought duration increases significantly to up to 100 months, while the extent of droughts is comparatively moderate with up to 50 percent of the area of Europe. The RCP 8.5 scenario, on the other hand, is different: the average duration of a drought could be more than 200 months, and up to 70 percent of Europe could be affected. 

"Policymakers should be prepared for the fact that droughts could be much stronger in the future. This should be a wake-up call, especially for agricultural policy, to deal with suitable measures against the impending water shortage," says Dr. Luis Samaniego, co-author of the paper and head of the Land Surface Hydrology working group at the UFZ. 

Regionally specific, these could be, for example, the creation of large water reservoirs, such as underground storage facilities, intelligent forms of irrigation technology or the breeding of heat-resistant plant varieties.

The research work of the participating UFZ scientists was carried out as part of the bilateral project XEROS (eXtreme EuRopean drOughtS: multimodel synthesis of past, present and future events) and funded by the German Research Foundation and the Czech Science Foundation.

Publication

Oldrich Rakovec, Luis Samaniego, Vittal Hari, Yannis Markonis, Vojt?ch Moravec, Stephan Thober, Martin Hanel, Rohini Kumar: The 2018-2020 Multi-Year Drought Sets a New Benchmark in Europe. Earth's Future, https://doi.org/10.1029/2021EF002394

[출처=UFZ(https://www.ufz.de/index.php?de=36336&webc_pm=16/2022) / 2022년 5월 16일자 보고서]