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[미국] 앨라배마대학 연구팀, “ ‘100년만의 역대급 홍수’, 21세기 말까지 매년 발생할 수 있다”

기후변화로 해수온도 상승·빙하 녹은 물이 해수면 상승시켜 해안 홍수 빈도·심각성 증가

빠르면 2050년까지 전 세계 지역에서 평균 9∼15년마다 ‘100년 홍수’ 경험 예측

프로젝트 주도한 앨라배마대학 모프타카리 교수, “더 따뜻한 기후에서 ‘100년 홍수’ 훨씬 더 자주 발생” 예측

미국 지구물리학회(AGU) 학술지 『지구의 미래(Earth's Future)』 최근호에 게재

오는 2040년까지 이산화탄소(CO2) 배출량이 최고조에 이르는 적당한 시나리오에서도, 대부분의 해안 지역사회는 금세기 말까지 ‘100년만의 역대급 홍수(100-year floods, 이하 100년 홍수)’를 매년 겪게 될 것이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 사진은 2016년 5월 포토맥강의 만조 이후 버지니아 주 올드타운 알렉산드리아가 거리를 침수시켰다. 이와 같은 홍수는 해수면이 해안 기반시설로 조금씩 이동함에 따라 더 자주 발생할 것이다. [사진출처(Photo source) = 미국 지구물리학회AGU), 미국 해양대기청(NOAA)]

오는 2040년까지 이산화탄소(CO2) 배출량이 최고조에 이르는 적당한 시나리오에서도, 대부분의 해안 지역사회는 금세기 말까지 ‘100년만의 역대급 홍수(100-year floods, 이하 100년 홍수)’를 매년 겪게 될 것이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 그리고 빠르면 2050년까지 전 세계 지역은 평균 9년에서 15년마다 ‘100년 홍수’를 경험할 수 있을 것으로 예측된다.

‘100년 홍수’는 특정 연도에 초과될 가능성이 1%인 극단적인 수위이며 역사적 데이터에 기초한다. 그 이름에도 불구하고 ‘100년 홍수’는 같은 지역에 여러 해 동안 연속으로 덮칠 수도 있고, 한 세기 내에 전혀 발생하지 않을 수도 있다. 그러나 새로운 연구에서는 이러한 역사적 추세가 미래의 홍수에 대한 정확한 전망을 더 이상 제공하지 않을 것이라는 것을 발견했다.

이 프로젝트를 주도한 토목공학자이자 앨라배마대학(University of Alabama)의 교수인 하메드 모프타카리(Hamed Moftakhari) 박사는 “평균적으로 우리가 100년에 한 번씩 넘을 것으로 기대하는 한계점은 더 더운 기후에서는 더 이상 ‘100년 행사’로 여겨지지 않을 때까지 훨씬 더 자주 나타날 것”이라고 말했다.

이 연구는 미국 지구물리학회(American Geophysical Union, AGU)의 학술지인 『지구의 미래(Earth's Future)』에 게재되었다.

해안에서 극심한 홍수는 폭풍, 조수 및 파도에 의해 내륙으로 밀려온 물에 의해 발생할 수 있지만, 이 연구는 해수면 상승이라는 훨씬 더 긴 시간에 걸친 홍수의 원인이 되는 요소에 초점을 맞추고 있다. 해수가 육지 해안으로 올라감에 따라 해안 기반시설이 물에 더 가까워져 폭풍, 조수 및 파도가 지역사회에 영향을 미칠 가능성이 더 커진다.

연구원들은 ‘기후변화에 관한 국제간 패널(International Panel on Climate Change)’에 의해 요약된 두 가지 탄소 배출 시나리오 하에서 추세 분석을 수행하고 미래의 극한 해수면을 추정하기 위해 전세계 300개 이상의 조수 게이지(tide gauge)의 데이터를 사용했다.

이산화탄소 배출량이 금세기 말까지 계속 증가하고, 그리고 이산화탄소 배출량이 2040년까지 최고치에 도달한 후 감소하는 경우 등 두 시나리오 모두에서 그들은 해수면 상승이 그들이 연구한 대부분의 장소에서 ‘100년만의 홍수 사건(100-year flood events)’의 증가로 이어질 것이라는 것을 발견했다.

하메드 모프타카리(Hamed Moftakhari) 박사는 “토지계획, 도시개발 및 해안보호 조치에 대한 사전 예방적 접근은 지역사회가 홍수를 줄이고 재해를 피할 수 있도록 도울 수 있으며, 이는 미래 해안 상황에 대한 현실적인 예측에서 시작된다”고 역설했다.

연간 최대 정적 수위(왼쪽 상단 패널)의 추세 분석을 위해 전 세계 조수 게이지의 전반적인 분포가 선택되었다. 긍정적인 경향과 부정적인 경향은 각각 빨간색과 노란색으로 색칠되어 있다. 0과 다른 경향(95% 신뢰 수준)은 원으로 표시되고 다른 경향은 정사각형으로 표시된다. Zoom-in 하위 패널은 유럽, 북미, 일본 및 호주에서도 표시된다. [그림출처(picture source) = 미국 지구물리학회AGU)]

안전한 미래 구축

이러한 극심한 홍수로부터 공동체를 보호하기 위해 해구 제방, 방조제, 방파제와 같은 구조물을 설계하는 기술자들은 미래의 수위를 예측하기 위해 정지상태(고정성)라고 알려진 개념에 의존한다.

모프타카리 박사는 “정체성의 경우, 우리는 과거에 관찰했던 패턴이 미래에도 변하지 않을 것이라고 가정하지만, 기후변화 하에서 이러한 패턴을 조절하는 많은 요인들이 있다”라면서 “우리는 더 이상 해안 홍수에서 정체성을 가정할 수 없다”강조했다.

이전의 연구들은 ‘100년 홍수’를 예측하기 위해 극한 해수면의 정상 추정치에 의존했지만, 이번 연구에서는 비정상적 방법을 사용했으며, 극한 해수면(extreme sea levels)의 변화가 많은 조수 게이지(tide gauge) 위치에서 균일하지 않을 것이라는 것을 발견했다.

기후변화에 따라, 따뜻한 해수 온도와 빙하로부터의 녹은 물이 해수면을 상승시키고, 해안 홍수의 빈도와 심각성이 증가하고 있다. 결과적으로, 공학자들은 우리의 변화하는 미래가 역사적인 해안 패턴을 반영할 것이라고 가정하지 않는 미래의 홍수 위험에 대한 정확한 추정이 필요하다.

모프타카리 박사는 “그 것을 매우 어렵게 만드는 것은 대부분의 도구, 설계 지침, 실무 매뉴얼 등이 모두 정상성 가정에 기반하고 있다는 것”이라면서 “변화 속도에 보조를 맞출 수 있도록 업데이트할 필요가 있다”고 강조했다.

또 다른 연구에 따르면 해안 저지대에 6억 명 이상이 살고 있다고 한다. 그 수는 증가할 것으로 예상된다. 잘 설계된 해안 방어 구조물은 대규모 홍수를 견딜 수 있는 해안 지역사회의 능력에 중요한 역할을 한다.

평균 해수면이 상승하고 있지만 결과는 모든 곳에서 같지 않다. 무거운 빙상이 녹고 아래 땅이 상승함에 따라 위도가 높을수록 해수면이 하락할 수 있다. 또는 멕시코만(Gulf of Mexico)과 같은 지역은 땅이 점차 가라앉기 때문에 세계 평균보다 빠른 해수면 상승 속도를 경험하고 있다.모프타카리 박사에 따르면 해안 지역 사회는 필요에 맞게 지역 정보를 기반으로 한 독특한 해결책이 필요하다는 것이다.

모프타카리 박사는 “우리는 평균 해수면이 상승하고 있다는 것을 알고 있다. 문제는 우리가 이에 어떻게 대처할 것인가 하는 것”이라면서 “우리는 이미 해안의 많은 부분이 영구적으로 침수되어 땅을 잃고 있으며, 많은 해안 도시들과 섬들이 과거보다 훨씬 더 자주 홍수를 겪고 있다는 것을 보았다. 이제는 비정규성에 대처하는 방법을 배울 때이다”라고 역설했다.

지구 온난화 시나리오에서 ESL의 빈도 분석을 위해 북미, 유럽, 일본 및 호주 (왼쪽에서 오른쪽으로)에 대한 조수 게이지를 선택했다.역사적인 100 년 수준의 비정상적인 반환 기간은 RCP4.5, 2050 (상위 패널) 및 RCP8.5, 2050 (하위 패널) 시나리오에서 컬러 막대로 표시된다. [그림출처(picture source) = 미국 지구물리학회AGU)]

그러나 모프타카리 박사는 재난은 위험만이 아니라 인간 의사 결정의 결과라는 점을 상기시키면서 낙관적인 태도를 유지하겠다고 결심했다.

“이것은 완화 조치 없이 우리가 경험할 것으로 예상되는 수위에 관한 것임을 잊지 말아야 한다”라면서 “지역사회의 회복력을 강화할 수 있는 기술 발전이 있을 것”이라고 말했다.

그는 이어 “이는 완화조치 없이 우리가 경험하기를 기대하는 수위의 모든 것이라는 것을 잊지 말라”며 “공동체의 회복력을 향상시킬 수 있는 기술적인 진보가 있을 것”이라고 덧붙였다.

[원문보기]

100-year floods could occur yearly by end of 21st century

Some floods are so severe they rarely strike more than once a century, but rising seas could threaten coastal communities with yearly extreme floods

WASHINGTON - Most coastal communities will encounter 100-year floods annually by the end of the century, even under a moderate scenario where carbon dioxide emissions peak by 2040, a new study finds. And as early as 2050, regions worldwide could experience 100-year floods every nine to fifteen years on average.

A 100-year flood is an extreme water level that has a 1% chance of being exceeded in any given year and is based on historical data. Despite the name, 100-year floods can strike the same area multiple years in a row or not at all within a century. But a new study finds that those historical trends will no longer provide an accurate outlook for future floods.

“The threshold that we expect to be exceeded once every hundred years on average is going to be exceeded much more frequently in a warmer climate until they are no longer considered 100-year events,” said Hamed Moftakhari, a civil engineer and professor at the University of Alabama who supervised the project. The study was published in Earth’s Future, AGU’s journal for interdisciplinary research on the past, present and future of our planet and its inhabitants.

On the coast, extreme floods can be caused by water pushed inland by storms, tides and waves, but this study focuses on a component that contributes to flooding over a much longer time scale - sea level rise. As higher seas creep up the shore, coastal infrastructure will be closer to the water, making storms, tides and waves more likely to impact communities.

The researchers used data from more than 300 tide gauges around the world to conduct trend analyses and estimate future extreme sea levels under two carbon emission scenarios outlined by the International Panel on Climate Change: if carbon dioxide emissions continue to rise through the end of the century, and if carbon dioxide emissions reach their peak by 2040 and then decline. In both scenarios they found that sea level rise will lead to an increase in 100-year flood events in most of the locations they studied.

A proactive approach to land planning, urban development and coastal protective measures could help communities reduce flooding and avoid disaster, Moftakhari said, and that starts with realistic forecasts of future coastal conditions.

BUILDING A SAFER FUTURE

Engineers who design structures such as sea dykes, seawalls and breakwaters to protect communities from these extreme floods rely on a concept known as stationarity to predict future water levels.

“In stationarity, we assume that the patterns we have observed in the past are going to remain unchanged in the future, but there are a lot of factors under climate change that are modulating these patterns,” said Moftakhari. “We can’t assume stationarity in coastal flooding anymore.”

Previous studies relied on stationary estimates of extreme sea levels to predict 100-year floods, but this study used non-stationary methods and found that the shift in extreme sea levels will not be uniform for many tide-gauge locations.

As the climate changes, warmer ocean temperatures and meltwater from glaciers are causing sea levels to rise, increasing the frequency and severity of coastal flooding. As a result, engineers need accurate estimates of future flood risk that don’t assume our changing future will reflect historic coastal patterns.

“What makes it so challenging is that the majority of tools, design guidelines, manuals of practice and more are all based on the assumption of stationarity,” said Moftakhari. “They need to be updated to enable us to keep pace with the rate of change.”

More than 600 million people live in low-lying coastal regions, according to another study. That number is expected to rise. Well-designed coastal defense structures play an important role in coastal communities’ ability to withstand major flooding.

While mean sea level is rising, the outcome won’t be the same everywhere. Higher latitudes may experience a drop in sea levels as heavy ice sheets melt and the land underneath rises. Alternatively, regions like the Gulf of Mexico are experiencing rates of sea level rise that are faster than the global average because the land is gradually sinking. According to Moftakhari, coastal communities will require unique solutions based on local information to match their needs.

“We know that mean sea level is rising, the question is: how are we going to deal with it?” said Moftakhari. “We’ve already seen that many portions of the coast are permanently inundated and losing land, and many coastal cities and islands are experiencing flooding much more frequently than in the past ? it’s time to learn how to deal with non-stationarity.”

But Moftakhari said he is determined to remain optimistic, reminding us that disasters are the outcome of human decision-making, not hazards alone. “Don’t forget that this is all about the level of water that we expect to experience without mitigation measures,” he said. “There will be technological advancements that could enhance the resilience of communities.”

[출처=미국 지구물리학회(American Geophysical Union, AGU)(100-year floods could occur yearly by end of 21st century - AGU Newsroom) /2023년 9월 13일]

[연구논문출처=미국 지구물리학회 학술지 『지구의 미래(Earth's Future)』(https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023EF003649) / 2023년 9월 5일자]