[미국] 아칸소대 연구팀, 가뭄-홍수 변동성에 대한 조사 결과 발표

미국 아칸소대학교(University of Arkansas) 지구과학과 연구진과 중국 연구진이 공동으로 작성한 새로운 연구는 '가뭄-홍수 변동성(drought-pluvial volatility)', 즉 단기간에 한 극단에서 다른 극단으로(건조에서 습윤 또는 습윤에서 건조로) 이동하는 경향(건조한 기후에서 습한 기후로)에 대해 조사했다. [사진제공(Photo Source) =University of Arkansas]

 

지난 20년간 약 30억 명의 사람들이 가뭄, 홍수 등 물 관련 자연재해로 인해 피해를 입었다. 기후변화는 이러한 홍수 위험의 빈도를 증가시킬 것이며, 몇몇 연구자들은 미국에서만 향후 30년에 걸쳐 약 3조7천억 달러 이상의 물 관련 피해가 있을 것으로 추정하고 있다. 극심하게 습하거나 건조한 날씨는 주택과 인프라를 손상시키고 농작물을 황폐화시키며 저수지를 고갈시키는 문제를 야기한다.

연구자들은 복합 가뭄과 홍수(Pluvial Flooding)의 빈도와 이 두가지 현상이 같은 지역에서 서로 1년 이내에 연속적으로 발생하는 경우에 주목하고 있다. 현재까지 이러한 일치 수준은 과소평가돼 왔다.

기상학적 가뭄에 이어 극심한 강우가 뒤따른다. 기상학적 가뭄은 건조한 날씨 패턴이 우세한 때인데, 이는 결국 수문학적 가뭄을 촉발해 2022년 미드 호수에서 일어난 일과 같이 하천을 메마르게 하고 저수지 수위를 급락시킬 수 있다.

이 연구의 첫 번째 저자는 이찬 리(Yichan Li, 오른쪽) 아칸소대 박사후보생이며, 두 번째 저자는 린인 청(Linyin Cheng, 왼쪽) 지구과학과 조교수다.[사진제공(Photo Source) =University of Arkansas]

미국 아칸소대학교(University of Arkansas) 지구과학과 연구진과 중국 연구진이 공동으로 작성한 새로운 연구는 '가뭄-홍수 변동성(drought-pluvial volatility)', 즉 단기간에 한 극단에서 다른 극단으로(건조에서 습윤 또는 습윤에서 건조로) 이동하는 경향(건조한 기후에서 습한 기후로)에 대해 조사했다.

이번 연구는 '지구 가뭄-홍수 변동성 관측 불확실성(Observational Uncertainty for Global Drought-Pluvial Volatility)'이라는 제목으로 『워터 리소스 리서티(Water Resources Research)』에 게재됐다. 이 연구의 첫 번째 저자는 이찬 리(Yichan Li) 아칸소대 박사후보생이며, 두 번째 저자는 린인 청(Linyin Cheng) 지구과학과 조교수다.

이 연구는 사건 일치 분석을 통해 지난 70년간 극한 건조-습윤 및 습윤-건조 전환을 조사했다. 사건 일치 분석은 불확실한 기간 내에 즉각적이거나 지연된 반응을 고려하는 연속적인 극단적인 사건의 수를 정량화하는 방법이다. 이 연구는 널리 사용되는 3개의 기후 데이터 세트를 사용해 1년 미만의 시간 척도에서 가뭄-홍수 변동성이 증가했다는 것을 입증했다.

또한 연구진은 이러한 데이터 세트의 정확성을 평가해 데이터 수집에서 관측상의 불확실성으로 인해 각각의 다양한 장단점을 찾아냈다.

연구진은 전 세계적인 규모로 평균을 내 모든 기상학적 가뭄의 15.46%가 다음 시즌에 홍수로 이어진다는 것을 발견했다. 습윤에서 건조로의 전환 비율은 15.49%로 유사한 것으로 나타났다. 그러나 특정 지역을 볼 때 두드러진 차이가 존재했다.

이를 위해 가뭄-홍수가 전 세계적으로 어떻게 분포되는지 보여주는 지도를 제시했다. 전반적으로 세 자료 세트 간 극심한 건기-습윤 사건과 습윤-습윤 사건의 일치율의 공간적 패턴은 대체로 일치하지만, 지역적으로 큰 병동성이 있었다.

예를 들어, 20세기 중반 이후 유라시아에서는 기상학적 가뭄이 홍수로 전환될 가능성이 상대적으로 낮지만, 반대의 경우 습한 현상에서 건조한 현상으로 급격한 변화가 일어날 확률은 더 높다. 비슷한 패턴이 북미 서부 지역에도 나타났으며, 평균 17% 이상의 빈도로 극심한 습윤에서 건조로의 전환이 나타났다. 반대로, 남아시아와 호주는 기상학적 가뭄에서 홍수로 즉각적으로 전환되는 경향이 더 컸다.

궁극적으로 연구진은 극심한 복합 건조-습윤 현상을 분석할 때 여러 개의 독립적인 관찰 기반 데이터 세트를 사용해야 한다고 강조한다. 이는 기후 관련 의사 결정, 특히 수자원 계획에 대한 보다 명확한 지침을 제공할 뿐만 아니라 향후 기상 현상을 모델링할 때 정확도를 높일 수 있다.

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Paper Provides a Clearer Picture of Severe Hydro Hazards

 

Over the last two decades an estimated three billion people have been affected by water-related natural disasters such as droughts and floods. Climate change is expected to increase the frequency of these hydro hazards, with some prognosticators estimating there will be upwards of $3.7 trillion in water-related damage over the next 30 years in the U.S. alone. Beyond damaging homes and infrastructure, severe wet and dry spells will also devastate crops and deplete water reservoirs.

An increasing area of interest to researchers is the frequency of compound drought and pluvial flooding (caused by quick, heavy rainfall or sustained rainfall beyond the norm), which is when both occur in succession in the same area within a year of each other. Historically, this level of coincidence has been under-examined. 

Of similar interest is when the reverse happens: extreme rainfall followed by a meteorological drought. Meteorological drought is when dry weather patterns prevail, which can eventually trigger hydrological drought, leading to dry streams and plunging reservoir levels, such as what happened at Lake Mead in 2022.

A new study co-authored by researchers in the University of Arkansas Department of Geosciences, as well as colleagues in China, now provides a global examination of drought-pluvial volatility — or the tendency to shift from one extreme to another (from dry to wet or wet to dry) in a short period of time.

Yichan Li, a Ph.D. candidate at the U of A, was the first of four authors on the paper, “Observational Uncertainty for Global Drought-Pluvial Volatility,” published in Water Resources Research, while Linyin Cheng, an assistant professor of geosciences, was second author. 

The study looks at extreme dry-to-wet and wet-to-dry transitions over the past seven decades through event coincidence analysis, a method of quantifying the number of consecutive extreme events that also considers instantaneous or lagged responses within an uncertain period between them. The study used three widely used climate data sets to provide evidence of increased drought-pluvial volatility on time scales of less than a year.

The team also evaluated the accuracy of these data sets, finding varying strengths and weaknesses of each due to observational uncertainties in data collection. For instance, the remoteness of a region may play a role in collecting accurate data.

Averaged out at the global scale, the team found that 15.46% of all meteorological droughts were succeeded by a pluvial the following season. The wet-to-dry transition percentage proved remarkably similar: 15.49%. However, prominent differences exist when looking at particular regions.

Toward that end, the study provides a map demonstrating how incidents of these two phenomena are distributed globally. Overall, the spatial pattern of extreme dry-to-wet and wet-to-dry events’ coincidence rates is largely in agreement among the three data sets, though there is prominent regional variability.

For instance, in Eurasia since the mid-20th century, there is a relatively low probability for meteorological droughts transitioning to pluvials, but a higher chance for the opposite scenario, rapid shifts from wet to dry events. A similar pattern also exists over western North America, which sees severe wet to dry transitions at a frequency greater than 17% on average. Conversely, South Asia and Australia are more prone to immediate transitions from meteorological droughts to pluvials.

The authors noted: “Our findings indicate that differences associated with drought-pluvial volatility among the considered observations are in many regions larger than that of their single events [droughts or pluvials alone], highlighting a need of to use multiple independent observation-based data sets for more robust examinations when studying such compound extreme events.”

Ultimately, the authors stress the need to use multiple independent observation-based data sets when analyzing extreme, compound dry-to-wet events. This will provide clearer guidelines for climate-related decision making, especially water resources planning, as well as ensure better accuracy when modeling future weather events.

Additional co-authors in the paper included Chiyun Miao, with Beijing Normal University and Zhiyong Liu, with Sun Yat-sen University.

[출처 = University of Arkansas(https://arkansasresearch.uark.edu/paper-provides-a-clearer-picture-of-severe-hydro-hazards/) / 2024년 1월 24일]