독일 라이프치히에 소재한 헬름홀츠 환경연구센터(UFZ ; Helmholtz Centre for Environmental Research, 이하 ‘UFZ’) 과학자들이 이끄는 국제 연구팀은 지난 2018년부터 2020년까지 유럽 가뭄의 역사적 차원을 분류하는 데 성공했다. UFZ의 연구 결과에 따르면 18세기 중반 이후 유럽에서는 넓은 지역을 장기간 덮고 있던 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 권고하고 있다. 메마른 초원과 평야, 마른 개울 바닥, 죽은 숲, 발전소 생산량 감소 등 2018〜2020년의 가뭄은 예외적이었고 자연과 경제에 상당한 영향을 미쳤다. 이전에는 역사적 차원에서 어디에 분류되어야 하는지 명확하지 않았다.

독일·프랑스·체코 등 중부 유럽서 가뭄 심해 

■ 가뭄 분석(Drought Analysis) UFZ의 모델러(modeller)이자 미국 지구물리학연합(American Geophysical Union)의 『지구미래저널( Earth’s Future journa)』에 실린 논문의 수석 저자인 올드리치 라코벡(Oldrich Rakovec) 박사는 “2018〜2020년까지의 가뭄은 유럽의 가뭄에 대한 새로운 기준을 제시한다”라고 말했다. 

과학자들은 1766년까지의 역사적 가뭄을 재구성하고 2018〜2020년까지의 가뭄과 그 범위를 비교할 수 있도록 하는 방대한 데이터 편집 및 모델링 기술로 이를 문서화했다. 예를 들어, 2018〜2020년 사이의 가뭄은 특히 독일, 프랑스, 체코와 같은 중부 유럽에서 유럽 육지 면적의 36%에 영향을 미쳤다. 올드리치 라코벡 박사는 “지난 250년 동안 이와 같은 대규모 가뭄 사건은 없었다”라고 설명했다.

2018년 4월에 시작되어 2020년 12월에 처음 종료된 유럽 가뭄사건의 전체 기간도 33개월로 유난히 길었다. 1857〜1860년 사이의 가뭄이 조금 더 오래 지속되어 총 35개월이 되었다. 특히, 2018년부터 2020년까지 가뭄기간 동안 조사한 토사량(토양 부피)에서는 깊이 2m까지 메말라 있었다. 올드리치 라코벡 박사는 “2021년은 조금 더 습하고 농업에 중요한 표토와 물을 잘 공급했지만 습기가 모든 곳에서 더 깊은 곳까지 침투하지는 못했다”고 말했다.

250년 동안 유럽 연평균 기온과 비교하여 2.8℃ 상승

과학자들이 모델을 위해 유럽을 분할한 50×50km 그리드 셀(grid cell)의 평균가뭄기간도 예외적으로 길었다. 가뭄사건은 시공간에 걸쳐 동적(動的)으로 발전하기 때문에 즉, 한 지점에서 시작하여 발전하고 마침내 다른 곳에서 끝나므로 이 값은 가뭄 사건의 총 기간과 다르다. 2018〜2020년 사건의 경우 평균 가뭄 기간이 12개월로 결정되었다. 1857년에서 1860년 사이의 가뭄은 평균 13개월로 더 오래 지속되었다. 과학자들은 가뭄을 현재 토양 수분이 250년의 전체 기간 동안 20%밖에 도달하지 못한 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 토양수분을 모델링할 수 있다. 

토양수분을 장기 기대치와 비교함으로써 토양수분지수를 계산할 수 있고, 가뭄상태를 역으로 판단할 수도 있다. 2018년부터 2020년까지의 가뭄기간 동안 기온 상승은 지난 250년 동안 유럽의 연평균 기온과 비교하여 2.8℃ 상승하여 역사적인 기록을 경신했다.

논문의 공동저자인 로히니 쿠마르(Rohini Kumar) 박사는 “과거의 가뭄은 평균기온이 거의 변하지 않는 다소 추운 가뭄이었다. 가뭄기간 동안 지난 세기의 주요 가뭄의 전형인 강수량이 약 20% 감소하고 기온이 상승하면 그 영향은 훨씬 더 심각하다”고 말했다. 

이것은 훨씬 더 많은 물이 증발하기 때문이다. 이 가뭄기간 동안 물부족의 결과는 농업을 사용하는 과학자들에 의해 입증되었다. 밀, 옥수수, 보리의 경우 2018년에서 2020년 사이의 연평균 농작물 수확량을 1961년에서 2021년 사이의 수확량과 비교했다.

가뭄, 향후 훨씬 더 심해질 수 있어…대비 필요

■조사결과(The finding) 주로 가뭄에 영향을 받은 국가들에서는 농작물 수확량이 크게 감소했는데 예를 들어, 베네룩스 국가, 독일과 프랑스에서는 20〜40%, 독일에서는 밀이 17.5%, 보리는 거의 유럽 전역에서 10%까지 감소했다. 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 대표농도경로(Representative Concentration Pathways ; RCP)는 온실가스 배출량이 2100년까지 완화될 것인지(RCP 4.5), 아니면 계속 감소할 것인지(RCP 8.5)를 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 가뭄기간은 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 물부족에 대한 적절한 조치를 취해야 한다”라고 강조했다. 지역적·구체적으로 예를 들어 지하 저장시설, 관개(灌漑)기술의 지능적인 행태 또는 내열성 식물 품종의 번식과 같은 대규모 저수지의 생성일 수 있다. 

극심한 가뭄·폭염 영향 완화 위한 새로운 기술개발 필요

■ 결론(Conclusions) UFZ의 연구팀은 1766년부터 2020년까지의 기간 동안 유럽의 토양 수분 가뭄의 시공간적 진화를 보여주는 장기 시뮬레이션을 합성했다. 연구팀의 분석은 수문 기후 변동성의 장기적인 역사적 변화를 고려함으로써 다년간 가뭄의 발전을 더 잘 이해하는 데 도움이 되었다. 최근의 2018〜2020년까지의 가뭄 사건이 과거 사건에 비해 상당히 높은 강도와 빠른 발달로 인해 예외적이라고 결론지었다. 

UFZ의 연구는 2018〜2020년의 가뭄 사건이 모든 역사적 사건과 비교하여 유럽의 사회·경제적 및 생태학적 피해 측면에서 미래 가뭄사건의 잠재적 영향을 측정하는 데 사용할 수 있는 새로운 벤치마크(benchmark)로 부상하고 있다는 것을 강조했다. UFZ의 최근 분석과 이전 연구(Samaniego et al., 2018년)에 따르면, “유럽이 이전의 가뭄사건과 비교할 수 있는 미래 사건에 대한 적응과 완화 계획을 준비해야 한다”고 결론지었지만, 그 기간은 지난 250년 동안 관찰된 사건보다 훨씬 클 것으로 분석했다.

UFZ의 분석은 기록적인 지표면 대기온도 이상에 의해 강화된 예외적인 농업 가뭄이 유럽 국가들의 농작물 수확량에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여준다. 이 연구에서 합성된 토양 수분 가뭄 예측은 온건한 배출 시나리오 아래에서도 향후 유럽의 의사 결정자가 비슷한 강도의 가뭄 사건에 대비해야 함을 나타낸다.

따라서 2018〜2020년까지의 가뭄사건은 농업정책에 대한 경종으로 간주될 수 있다. 이 연구에서 UFZ의 연구팀은 2018〜2020년까지의 가뭄사건을 비슷한 규모의 초기 사건들과 비교하고 대조했으며 온도 상승의 역할을 보여주었다. 이 연구는 토양수분 가뭄과 그 운전 기상조건을 탐지하는 데 중점을 두었다.

향후 연구는 기후모델 실행을 포함하여 강수 및 온도 동인(動因)의 역할을 푸는 것을 목표로 해야 한다. UFZ의 연구팀은 “극심한 가뭄과 폭염의 영향을 완화하기 위한 새로운 기술 개발의 필요성과 이러한 새로운 종류의 급속한 가뭄이 인간의 건강, 생태계, 그리고 궁극적으로 우리의 생활조건에 어떤 영향을 미칠지 이해하기 위한 연구를 추가할 필요성이 있다”고 밝혔다.

이번 연구는 독일연구재단(German Research Foundation)과 체코과학재단(Czech Science Foundation)의 자금을 지원받아 양자 프로젝트인 ‘XEROS(eXtreme EuRopean drOughtS : 과거, 현재 및 미래 사건의 다중 모델 합성)’의 일부로 수행되었다.

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

[『워터저널』 2022년 6월호에 게재]