<사진. 미래 물 부족이 기후 변화를 완화 또는 적응하는 우리의 능력에 상당한 어려움을 겪게 할 수 있다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>
21세기 물 부족과 기후 변화 분석
2095년까지 전 세계 물 부족 지도(global water scarcity map)는 어떤 것일까? 미국 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소(PNNL; Pacific Northwest National Laboratory) 소속의 연구진은 탄소 오염(carbon pollution)을 줄이기 위하여 선택된 기후 완화 정책(climate mitigation policy)의 유형과 엄격성에 따라 물 부족 지도가 달라질 수 있다고 제안했다.
이러한 종류로는 최초의 포괄적인 분석에서, 미국 메릴랜드 대학 산하 조인트 지구 변화 연구소(Joint Global Change Research Institute) 연구진은 물 부족(water scarcity)에 대한 지구 변화의 효과를 보여주기 위하여, 경제, 에너지, 토지 사용 및 기후 시스템과 관련된 독특한 모델링 능력을 사용했다. 연구진은 물 사용과 이러한 강력한 엔진에서 이용 가능성을 통합하여, 가능한 기후 완화 정책 목표에 대한 시나리오를 운영하여 탄소 배출을 억제하기 위한 기후 정책이 없다면, 전 세계 인구의 약 50%가 극심한 물 부족을 겪게 될 것이라는 사실을 확인했다. 물을 고갈시키는 바이오연료 성장의 증가 같은 일부 기후 완화 정책이 물 부족을 악화시킬 수 있을 것으로 추정됐다.
물 부족은 기후 변화를 완화 또는 적응하기 위한 우리 능력에 상당한 문제를 불러일으킬 수 있다. 예를 들면, 온실가스 배출을 줄이는 수많은 기술 전략의 중요한 구성원소인 화석 연료 공급원을 대체하는 증가하는 바이오에너지 작물은 많은 물에 의존한다. 따라서 물의 이용도(water availability)는 배기가스 완화와 기후 적응을 심각하게 제한할 수 있다.
PNNL은 변화하는 인구, 경제 시스템, 기술 및 기후 등이 동시에 관여하는 것으로부터 발생하는 변화하는 물의 공급과 수요의 영향을 평가하기 위하여 GCAM(Global Change Assessment Model)을 강화했다.
21세기에 걸쳐 전 세계 및 지역적으로 물 부족 조건이 에너지, 농업, 기후 및 물 등에 대한 주도적인 군집이 통합된 평가 모델인 GCAM(Global Change Assessment Model)에서 물 이용도와 물 수요를 추정함으로써 기후 변화와 기후 완화 정책의 관점에서 평가됐다. 미래 물 이용도에서 변화를 정량화하기 위하여, 새로운 그리드의 물 균형 전 세계 수문학적 모델인 GWAM(Global Water Availability Model)이 개발 및 평가됐다.
모든 고분해능 전 세계적으로 통합된 평가 모델은 물 시스템의 묘사가 결여되어 있다고 이 논문의 주저자이며 PNNL 소속의 기후 과학자인 Mohamad Hejazi 박사는 밝혔다. 이것은 기후 변화에 대한 배기가스 완화가 물 부족에 의해 영향 받지 않을 것이라고 가정하고 있다. 그러나 연구진은 비록 사회가 완화 정책을 채용한다고 하더라도, 물이 기후의 미래에 상당한 구성 원소라는 사실을 발견했다.
6개 주요 수요 분야에 대한 전 세계 물 수요가 지역적인 규모에서 GCAM에서 모형화된 후, GWAM의 규모에 맞추기 위하여 0.5° × 0.5° 분해능으로 공간적인 규모 축소가 이루어졌다. 8.8 W m?2에 이르는 복사강제력과 7.7, 5.5 및 4.2 W m?2 등의 증가하는 완화 강도를 가지는 세 가지 기후 정책 시나리오와 함께 기후 변화 완화 전략이 없는 기준 시나리오를 이용하여, 연구진은 물 부족에 대한 배기가스 완화 정책의 효과를 조사했다.
연구팀은 새로운 격자의 물 균형 전 세계 수문학적 모델(water-balance global hydrologic model)을 구축하여 GCAM 물 시스템에 구성 원소로 추가했다. GCAM에 모든 기존 물 수요 분야의 고분해능 묘사와 결합하여, 역동적이고 고분해능의 전 세계에 대한 연간 물 부족 이미지를 생성했다. 연구진은 다수의 지역 규모에서 GCAM에 ① 관개, ② 가축, ③ 가정용, ④ 전기 생산, ⑤ 채광 및 ⑥ 제조업 등 6개 주요 물 수요 분야를 모형화하여, 이후 공간적으로 규모를 축소했다. 게다가, 연구진은 물 부족에 대한 영향을 추정하기 위하여 GCAM에 두 가지 유형과 복사 강제력의 3가지 목표를 보여주는 6개의 정책 시나리오를 시뮬레이션했다. GCAM에서 이러한 시나리오에 대한 시뮬레이션을 수행하는 것은 연구진이 통합된 작업 틀에서 지구 및 지역적인 물 부족 추정치에 대한 기후 완화 정책의 효과를 정량화할 수 있게 해주었다. 한편, 물 부족에 대한 기후 정책의 다른 제약 수준과 유형과 다른 일반적인 순환 모델을 이용하여 발생하는 불확실성을 고려했다.
① 토지 사용 변화 배출이 포함된 일반적인 탄소세(UCT; universal carbon tax)와 ② 토지 변화 배출이 제외된 화석 연료 및 산업 배기가스 탄소세(FFICT; fossil fuel and industrial emissions carbon tax) 등 두 가지 탄소세 체재가 분석됐다. 기준 시나리오는 21세기 말까지 극심한 물 부족 하에 전 세계 인구 절반이 겪게 될 것이라고 밝혔다.
기후 정책이 수행되지 않은 지역을 기준 시나리오로 비교했을 때, 물 부족은 보편적인 탄소세 완화 정책 하에서 감소됐지만, 2095년까지 주로 우세한 바이오에너지 생산에서 가변성을 이유로 화석 연료와 산업 분야에서 배출되는 탄소세 완화 시나리오에 따라 증가했다. 이 분석은 기준 시나리오가 21세기 말까지 전 세계 인구의 50% 이상이 극심한 물 부족을 겪게 될 것이라는 것을 보여주었다. 2050년에 한 가지 기준(그리드 규모)에 따라, 전 세계 인구의 약 36%가 1년 이내에 이용 가능한 물보다 더 큰 물 수요를 가지게 될 것이라고 제안했다. 2095년까지 이러한 수치는 44%까지 증가할 것으로 예측됐다. 또 연구진은 그리드 규모의 결과를 보완하기 위하여 분수계 규모(watershed scale)에서 계산을 수행했다.
■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr