AGU 학술지 『지구의 미래(Earth’s Future)』에 게재

오는 2040년까지 이산화탄소(CO2) 배출량이 최고치를 기록한 뒤 감소할 것이라는 시나리오에서도, 대부분의 해안 지역사회는 금세기(21세기) 말까지 ‘100년 홍수’를 매년 겪게 될 것이고, 이르면 2050년까지 전 세계 지역은 평균 9〜15년마다 극심한 홍수가 발생할 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 

‘100년 홍수’는 데이터 기록을 기준으로 한 특정 연도에 초과될 확률이 1%인 극단적인 수위(Extreme Water Level)로 같은 지역에 여러 해 동안 연속으로 발생할 수도 있고, 한 세기 내에 전혀 발생하지 않을 수도 있다. 그러나 새로운 연구결과에서는 이러한 과거 추세가 미래의 홍수를 정확하게 예측하지 못할 수도 있음을 발견했다.

이 프로젝트를 주도한 미국 앨라배마대학교(University of Alabama) 토목·건설·환경공학과 교수인 하메드 모프타카리(Hamed Moftakhari) 박사는 “평균적으로 우리가 100년에 한 번 정도 겪을 것으로 예상하는 한계점은 이상기후에서는 더 이상 100년 사건으로 여겨지지 않고 훨씬 더 자주 발생할 수 있을 것”이라고 경고했다. 이 연구논문은 미국 지구물리학회(American Geophysical Union, AGU)의 학술지인 『지구의 미래(Earth’s Future)』에 ‘지구 온난화에 따른 극한 해수면과 해수면 상승의 공진화(Coevolution of Extreme Sea Levels and Sea-Level Rise Under Global Warming)’라는 제목으로 게재됐다.

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 under the title ‘Coevolution of Extreme Sea Levels and Sea-Level Rise Under Global Warming’ in 『Earth’s Future』, the academic journal of the AGU(American Geophysical Union).

연구조사 결과 해안 지역사회에 악영향 미칠 가능성 커져

해안에서의 극심한 홍수(Extreme Flood)는 폭풍 해일, 조수(밀물과 썰물) 및 파도 등에 의해 내륙으로 밀려온 바닷물에 의해 발생할 수 있지만, 이 연구는 훨씬 더 긴 시간 동안 홍수에 기여하는 요소인 해수면 상승(Sea Level Rise)에 초점을 맞추고 있다. 즉, 해수면 상승으로 바닷물이 해안으로 유입됨에 따라 해안 기반시설이 침수될 것이고 폭풍 해일, 조수 및 파도 등으로 인해 해안 지역사회에 악영향을 미칠 가능성이 더 커진다는 것이다.

연구원들은 전 세계 300개 이상의 조수계(Tide Gauge)의 데이터를 분석하여 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)이 제시한 △이산화탄소 배출량이 21세기 말까지 증가하는 경우 △2040년까지 최고치에 도달한 후 감소하는 경우 등 두 가지 탄소 배출 시나리오 하에서 추세 분석을 통해 미래의 극한 해수면을 측정한 결과, 그들이 연구·조사한 대부분의 장소에서 두 시나리오 모두 해수면이 상승돼 ‘100년 홍수’가 증가할 것이라는 것을 발견했다.

하메드 모프타카리(Hamed Moftakhari) 교수는 “적극적인 토지이용계획, 도시개발 및 해안보호 조치 등 사전 예방적 접근만이 해안 지역사회가 홍수를 줄이고 재해를 피할 수 있도록 도울 수 있으며, 이는 미래 해안 상황에 대한 현실적인 예측에서 시작된다”고 역설했다.

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.

엔지니어들, 현재·과거 패턴에만 의존…안전한 미래 구축 시급

이러한 극심한 홍수로부터 해안 지역사회를 보호하기 위해 방조제나 방파제 같은 구조물을 설계하는 엔지니어들은 미래의 수위를 예측하기 위해 ‘정체성’이라는 개념에만 의존하고 있다. 그러나 모프타카리 교수는 “정체성에서는 과거에 관찰했던 패턴이 미래에도 변하지 않을 것이라고 가정하지만, 기후변화 하에서 이러한 패턴을 조절하는 많은 요인들이 있다”면서 “우리는 더 이상 해안 홍수에서 정체상태를 가정할 수 없다”고 강조했다.

이전의 연구들은 ‘100년 홍수’를 예측하기 위해 극한 해수면의 정상 추정치에 의존했지만, 이번 연구는 비정상적 방법을 사용, 극단적인 해수면(Extreme Sea Levels)의 변화가 많은 조수계 위치에서 균일하지 않다는 것을 발견했다. 기후가 변화하면서 따뜻한 해수 온도와 빙하로부터 녹은 물이 해수면을 상승시켜 해안 홍수의 빈도와 심각성을 증가시키고 있다. 결과적으로, 엔지니어들은 ‘변화하는 미래가 과거의 해안 패턴을 반영할 것’이라고 가정하지 않는 미래의 홍수 위험에 대한 정확한 추정이 필요하다.

모프타카리 교수는 “이것을 매우 어렵게 만드는 것은 대부분의 도구, 설계 지침, 실무 매뉴얼 등이 모두 정체성 가정 하에 기반을 두고 있다는 것”이라면서 “변화 속도에 보조를 맞출 수 있도록 업데이트할 필요가 있다”고 강조했다.

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.”

잘 설계된 해안방어 구조물, 대규모 홍수 견딜 수 있는 능력 가져

또 다른 연구에 따르면 해안 저지대에는 6억 명 이상이 살고 있으며 그 수는 계속 증가할 것으로 예상된다. 잘 설계된 해안 방어 구조물은 해안 지역사회가 대규모 홍수에 잘 대처할 수 있게 한다. 평균 해수면이 상승하고 있지만 결과는 모든 지역에서 같지 않다. 위도가 높을수록 무거운 빙상이 녹고 그 아래의 땅이 상승함에 따라 해수면이 낮아질 수 있다. 멕시코만(Gulf of Mexico)과 같은 지역에서는 육지가 점차 가라앉고 있어 세계 평균보다 빠른 해수면 상승 속도를 경험하고 있다. 모프타카리 교수에 따르면 해안 지역사회는 필요에 맞게 지역 정보를 기반으로 한 독특한 해결책이 필요하다.

모프타카리 교수는 “우리는 평균 해수면이 상승하고 있다는 것을 알고 있다. 문제는 우리가 이에 어떻게 대처할 것인가 하는 것”이라면서 “우리는 이미 해안의 많은 부분이 영구적으로 침수돼 땅을 잃고 있으며, 많은 해안 도시들과 섬들이 과거보다 훨씬 더 빈번하게 홍수를 겪고 있는 것을 봤다. 이제는 비정상성에 대처하는 방법을 배워야 할 때”라고 역설했다.

그러나 모프타카리 교수는 재난은 위험만이 아니라 인간 의사결정의 결과라는 점을 상기하면서 낙관적인 태도를 유지하겠다고 결심했다. 끝으로 모프타카리 교수는 “이는 완화 조치 없이 우리가 경험할 것으로 예상되는 수위에 관한 것임을 잊지 말아야 한다”면서 “지역사회의 회복력을 강화할 수 있는 기술 발전이 있을 것”이라고 강조했다.

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.”

 [『워터저널』 2023년 11월호에 게재]