Aly I. El-Kadi University of Hawaii 기후변화와 하와이 지하수 자원 Aly I. El-Kadi University of Hawaii

개요 지구온난화 하와이의 수리지질학 하와이에 미친 영향/증거 물의 싸이클 해수면 높이 해수면 온도 해양의 산성화 결론

지구온난화

—기후변화 2007: 종합보고서 (기후변화에 관한 국가간 패널, 2007) “기후체계의 온난화는 명백한 것이며, 이는 현재 관측된 지구평균 공기 및 해양의 온도상승, 눈과 얼음이 광범위하게 녹고 있는 점과 지구평균해수면의 상승 등이 그 증거로써 더욱 더 분명해진다.” —기후변화 2007: 종합보고서 (기후변화에 관한 국가간 패널, 2007)

글로벌 육상-해상 온도지표 Fletcher (2010)

지표면과 연안해양의 온도가 지난 세기 동안에 상승해왔으며, 특히 1970년대 이후로 그 상승속도가 더욱 빠르게 진행되어왔다. 지난 19세기말 이래로 지표면 온도가 대략 화씨 1.44° 상승해왔다. 지난 50년간 십 년 동안 화씨 0.36°씩 상승해온 추세는 지난 100년간의 상승온도에 비해 거의 두 배에 가까운 것이다. 지구는 지난 1300년 또는 그 이상의 기간 대비 현재 가 더 더운 상태이다.

2008년이 해당되는 10년 주기 중에서 2008년이 가장 온도가 낮은 해인데 이는 열대 태평양의 열기가 매우 강력하게 식었기 때문이다. 2009년에는 다시 지구 전체가 기록적인 상승을 보였다. 2009년은 기록상 가장 온도가 올랐던 2005년 대비 1도가 되지 않는 수준에서 온도가 약간 낮았다. 2009년은 1998, 2002, 2003, 2006 및 2007년도 등을 포함하는 클러스터와 함께 연결되어 있는데, 이는 기록이 시작된 이래로 두번째로 온도가 상승한 연도의 클러스터이다.

지구온난화는 인간사회와 자연생태계에 측정가능한 영향을 끼치고 있다: 생태계는 본연의 자연 기후환경 지대 상태를 유지하기 위해 매년 평균 0.25 마일 씩 이동해야만 한다. 남극 또한 전 지구에서 일어나는 양상에 상응하는 비율로, 1957년 이래로 매 십 년당 약 화씨 0.22o씩 더워져서, 총 평균 온도 상승이 화씨 1o 정도가 되었다.

그린랜드: 2007년에는 빙붕의 가장 높은 부분에 걸쳐서 하기 해빙추세가 전반적으로 상승한 것으로 기록되었다. 해빙현상은 6,560 피트를 초과하는 지역에서 장기적인 평균치를 150% 이상 상승했다. 지난 19년 대비, 2007년에는 해빙일수가 25-30일 정도 더 많아졌다. 그린랜드와 남극 빙붕의 해빙은 2002년 4월부터 2009년 2월까지의 기간 동안에 가속화 되어왔다.

에서 상실된 얼음 (giga-tons/year). (a)그린랜드와 (b) 남극 빙붕지역 에서 상실된 얼음 (giga-tons/year). Fletcher (2010)

글로벌 및 대륙 온도 변화 섬지역 기후적응과 정책을 위한 센터Center for Island Climate Adaptation and Policy (2010)

기후변화의 영향 천연자원 하천유역 및 수자원 삼림과 육상 생물학적 다양성 해안자원과 해양 생물학적 다양성 해변과 해안 생태계구조와 기능

기후변화의 영향 중요 인프라Transportation 식량공급 물 공급시스템 각종 하수체계 공공 인프라

기후변화의 영향 사회 지역사회 건강 부동산 재산과 자원 레크리에이션 경제 농업 관광 자원의 가용성과 에너지 사용 토지 이용과 홍수지역의 변화

하와이 수리지질학 다양한 수리지질학적인 특징과 여러가지의 수원 개발 시설을 보여주고 있는 오하우 섬의 도식적 단면 섹션 (깅거리치와 오키 (Gingerich and Oki, 2000).

하와이의 지하수 오하우: 지하수 공급으로 90% 이상의 식수와 최대 50%까지의 농업관개수 공급이 이루어진다. 문제점: 마실 수 있는 신선한 물의 가용성 토지이용활동으로 인한 유기 또는 무기화학물질에 의한 오염 및 염수의 침범으로 인한 오염 기후변화로 인해 심각한 문제들을 초래할 수 있다. 환경적 및 수리학적 여건의 가변성으로 인해 측정이 어렵다.

하와이에서의 기후변화 영향 물 주기(cycle)에 대한 영향 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화 공기 온도의 상승 강수와 하천유출 (stream flow) 감소 강수의 집중도 상승 구름층과 안개 물방울 감소 증발산(蒸發散, Evapotranspiration) 상승 무역풍의 변화 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화

하와이에서의 영향 물 주기 (cycle)에 대한 영향 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화 공기 온도의 상승 강수와 하천유출 (stream flow) 감소 강수의 집중도 상승 구름층과 안개 물방울 감소 증발산(蒸發散, Evapotranspiration) 상승 무역풍의 변화 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화

Giambelluca (2008) 하와이의 공기온도 데이터에 의하면 온난화 추세가 최근 수 십년 동안 가속화되고 있음을 보여준다. All Stations: 모든 기지국 Low-Elevation Stations: 저지대 기지국 High-Elevation Stations: 고지대 기지국 Giambelluca (2008)

지난 30년 동안 공기 온도가 급속히 상승함; 매 십 년당 평균 화씨 0.3° 상승 고도가 높은 지역에서는 온난화의 강도가 더 강해서 매 십년당 0.48도이다. (이는 세계온난화의 매 십년당 비율 화씨 0.36°과 비교할 수 있다.) 고도가 낮은 지역에서의 온도 상승률은 매 십년당 화씨 0.16o 이었다. 온난화의 대부분은 최고온도의 온도 상승에 비해서 최저온도의 온도 상승이 더 많이 일어나고 있음과 관련이 있다.

이러한 현상은 일중 온도의 범위, 즉 일교차가 감소하는 현상으로 귀결될 것이다. 북아메리카 지역에서도 이러한 현상이 유사한 추세로 일관성을 보인다. 최근 세계온난화 속도가 지표상에서는 낮게 나타나는 경향을 보이고 있지만, 하와이는 여전히 높은 비율의 온난화 현상을 보이고 있다. 고도가 높은 지역에서 온난화가 더 심한 추세는 수자원을 위협하는 것이며, 식물질병의 확산, 강수량와 구름층의 감소 및 원시림을 위협하는 등의 현상으로 생태계에 심각한 영향을 끼칠 수 있다.

하와이에서의 영향 물 주기 (cycle)에 대한 영향 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화 강수의 집중도 상승 공기 온도의 상승 강수와 하천유출 (stream flow) 감소 강수의 집중도 상승 구름층과 안개 물방울 감소 증발산(蒸發散, Evapotranspiration) 상승 무역풍의 변화 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화

두 가지의 중요한 공급 시스템: 무역풍, 코나 스톰 (Kona Storms: 하와이섬지역에서 일어나는 계절 태풍) 무역풍에 의해 형성되는 구름이야말로 가장 믿을 수 있는 풍부한 물의 원천이다. 열대 태평양에서 일어나는 대기순환이 감소되고 있으며 세계 온난화가 그 원인으로 밝혀졌다. 앞으로 하와이의 무역풍이 어떻게 변화할 것인지는 아직 확실하지 않다.

모델연구 결과는 아직 확정적이지는 않으나 강수가 줄어들었음을 나타내고 있다. 21세기 하와이 강수에 대한 IPCC (기후변화에 대한 정부간 패널) (2007) 기후변화시나리오의 통계적 규모축소 (downscaling) 기술 예측 우기 강수량의 5-10% 감소와 건기 동안에는 5% 상승이 예상된다. 하와이의 강수기록 연구에 의하면 지난 20년 동안 강수량이 약 15% 정도 지속적으로 감소해오고 있음을 확인할 수 있다.

강수량이 하천에 물을 채워주는 두 가지 방법: 홍수유출 (storm flow) 와 기저유출 (base flow) 홍수유출은 강우에 매우 빠른 속도로 대응해서 하천 수면 상승을 일으키고 하천은 비가 내리는 동안 또는 비가 온 바로 직후에 유입된 강우의 상승분을 유출시킨다. 기저유출은 지하수의 공급에 의한 것으로 강우현상이 일어나지 않는 기간 동안 하천의 유량을 유지시켜준다. 기저유출은 결국은 강우의 변화에 대응하지만, 홍수유출에 비해서 훨씬 느린 속도로 대응한다. 1940년대 초반부터 시작해서, 기저유출이 하와이 주 전반적으로 감소하기 시작했으며, 그 원인은 강우의 감소와 관련이 있을 확률이 높다.

Oki (2004)

하와이에서는 강우가 여러 식물과 동물의 다양성을 유지할 수 있도록 하는 독특한 생태계를 생성하는 밀접한 지리적인 특징과 연계되어있다. 이러한 양상은 공기 온도의 상승과 강우의 감소 및 하천수의 저하 (discharge) 등에 의해 위협을 받고 있다. 농가에서는 지구 온난화의 영향으로 인한 염수의 침범과 하천유출의 감소 등의 영향을 실제로 경험하고 있다.

하와이에서의 영향 물 주기 (cycle)에 대한 영향 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화 구름층과 안개 물방울 감소 공기 온도의 상승 강수와 하천유출 (stream flow) 감소 강수의 집중도 상승 구름층과 안개 물방울 감소 증발산(蒸發散, Evapotranspiration) 상승 무역풍의 변화 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화

지구 온난화는 하와이가 담수 감소의 시대를 감내해야 하고 더욱 강력한 집중호우를 견뎌내야 하는 상황으로 몰고 가는 것으로 보인다.

1958년과 2007년 사이에, 매우 강한 폭우형태의 쏟아진 강우량은 (모든 강우의 경우 중 1%에 해당되는 것으로 정의되는 강우의 형태가 대략 12% 가량 증가해왔다. 이러한 집중호우는 급작스러운 범람, 토사의 범람 및 이물질 유출, 도로와 비즈니스 폐쇄, 인프라 손실 및 격리된 지역사회에 대한 공공서비스의 중단 등을 촉발한다.

이러한 현상들이 직접적으로 지구 온난화와 연계된 것은 아니지만, 홍수범람으로 인한 심각한 영향을 보여주는 사례들이다. 마노아 발리, 오아후섬에 입힌 손실은 8천만 달러를 상회하고, 하나 (Hana)섬과 마우이섬을 수 주 동안 격리시켰으며, 라에 (Laie)섬과 오아후섬에서는 많은 주택의 일층이 물에 휩쓸렸으며, 동부 호놀룰루에 있는 많은 주택들의 기반을 쓸어가 버렸다. 지역사회는 24시간 동안 전기, 비상구조 서비스, 통신, 도로폐쇄 등의 재해피해를 입었다. 이러한 현상들이 직접적으로 지구 온난화와 연계된 것은 아니지만, 홍수범람으로 인한 심각한 영향을 보여주는 사례들이다.

2009년 집중호우 사태 이전 카우아이섬의 하날레이 계곡 (Fletcher, 2010)

2009년 집중호우 사태 이전 카우아이섬의 하날레이 계곡 (Fletcher, 2010)

2008 년 오아후섬 북부해안지역

2004년 마노아섬

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기온 상승으로 인해 구름층이 얇아질 수 있다. 그 이유는: 구름의 아래 부분을 통제하게 되는 응결도를 끌어올리는 데 있어서 온도 상승의 가능성 및 구름의 윗부분을 통제하게 되는 무역풍의 전도가 일어나는 고도수준의 저하 안개 물방울: 구름은 지면에서 생성되는 안개를 방해하고, 식물과 토양에 직접적으로 물방울이 축적되는 과정을 방해한다. 산의 생태계, 특히 바람에 불어오는 쪽에 노출되어 있는 생태계에 물을 공급해 주는 중요한 원천이다.

하와이에서의 영향 물 주기 (cycle)에 대한 영향 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화 무역풍의 변화 공기 온도의 상승 강수와 하천유출 (stream flow) 감소 강수의 집중도 상승 구름층과 안개 물방울 감소 증발산(蒸發散, Evapotranspiration) 상승 무역풍의 변화 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화

지구 온난화가 증발산에 미치는 영향은 아직 알려져 있지 않으나 증가할 것으로 예상된다. 지역토종 식물 대비 외래 침입종을 포함한 여러 가지 요인들이 관련되어 있다. 증발 (evaporation)과 증산(transpiration)이 증가는 하천과 지하수로 흘러들어가는 물의 양을 감소시킬 것이다. 강우의 감소로 인해 수자원이 될 수 있은 곳이 이미 영향을 받고 있으며 기후변화가 더 많은 영향을 끼치게 될 것이다.

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정확한 일기예보는 무역풍의 변화를 얼마나 정확하게 모델링할 수 있는가에 달려있다. 무역풍은 지표면 공기 온도와 구름의 상태 및 강수에 영향을 준다. 기온변화에 대한 정부간 패널이 제시하고 있는 모델은 하와이 주변지역에서 발행하는 이러한 기후 양상과 일치하지 않는다. 다른 모델연구에 따르면 태평양 부근지역의 온난화에 대한 바람 및 강우의 대응 형태가 모두 다 같지는 않으며, 이러한 결과는 어떠한 모델을 적용했는지에 따라서 상당한 영향을 받기 때문이다. 섬지역의 기후의 정확한 예측은 무역풍과 섬 지형과의 상호작용을 고려해야 하며, 지속적이고 좀 더 향상된 관찰방법 등을 통해서 핵심 기후변수들을 관찰함으로써 나온 결과에 의존해야 한다.

하와이에서의 영향 물 주기 (cycle)에 대한 영향 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화 공기 온도의 상승 강수와 하천유출 (stream flow) 감소 강수의 집중도 상승 구름층과 안개 물방울 감소 증발산(蒸發散, Evapotranspiration) 상승 무역풍의 변화 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화

월평균 해수면 (섬 기후 변화적응 및 정책 센터, 2010)

하와이의 해수면은 지난 세기 동안 매 십 년 마다 약 0.6 인치씩 상승해 왔다. 해수면 상승으로 만성적인 해안침식, 해안 범람, 배수 문제 등이 발생할 수 있는데, 하와이에서 이런 문제들이 모두 일어나고 있다. 장기적인 이런 경향으로 인해 해안 해수면 상승이 단기적으로 심한 변동추이를 보이며 점점 더 많은 영향을 미치고 있다.이로 인해 이상 조수가 발생하여 해안가에 간헐적으로 범람과 침식이 발생하고 있다.

오아후 해변의 약 25%는 방파제 건설로 사라지게 되었다. 다른 섬들도 이런 비슷한 해변 손실을 겪었고, 이들 섬들의 장기적인 해안 침식 율은 매년 약 1피트가량이다. 예를 들어 카우아이에서는, 해변의 72%가 만성적으로 침식되고 있고, 그 중 24%는 그 속도가 매우 빨라지고 있다.

해수면이 모든 곳에서 상승하는 것은 아니지만, 어떤 곳에서는 실제로 해수면이 낮아지기도 했다. 바람과 조수가 해수면에 영향을 미치고, 또한 계속 변화하는 것이기 때문에 해수면 변화 문제는 단순한 문제가 아니다. 해수면의 영향에 대한 이해를 높이려면 세심한 관찰과 고도의 모델링 및 각 지역 변수에 대한 관심을 높여야 한다.

21세기 말쯤에는 해수면의 높이가 1990년 수준보다 1 미터가 더 높은 수준이 될 것이다. 계속해서 해수면이 상승하게 된다면: 해안도로와 해안가 마을에 바다 범람이 증가하게 될 것이다. 해안가 습지와 지하수, 타로 로이(Taro loi), 강어귀 등 모든 곳에서 염수 량이 증가하게 될 것이다.

기저암과 모자암 지역은 염수침투에 취약하다.

해수면은 금세기 말경에는 1 미터 이상 상승한 높이에 달할 것으로 예상된다. 파란색이 표시하고 있는 것은 현재 만조 때 높이보다 1 미터 이상 높아졌을 때의 등고선이다. (Fletcher, 2010)

(Fletcher, 2010)

발전된 지역에서는 이미 이상조수로 인한 배수문제를 겪고 있고, 집중적인 태풍 유거수와 상승하는 해수면이 교차하는 지역에 위치한 하와이 지역공동체는 앞으로 홍수가 증가하는 데 따른 어려움을 겪게 될 것이다.

우수배수구를 통한 염수범람 , 오아후 http://www.soest.hawaii.edu/coasts/sealevel/SeaRise.html

하와이에서의 영향 물 주기 (cycle)에 대한 영향 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화 공기 온도의 상승 강수와 하천유출 (stream flow) 감소 강수의 집중도 상승 구름층과 안개 물방울 감소 증발산(蒸發散, Evapotranspiration) 상승 무역풍의 변화 해수면 상승 해표면 온도 상승 해양의 산성화

이러한 기온 상승은 산호초와 다른 해양생태계에 산호탈색현상과 같은 악 영양을 미칠 수 있다. 하와이 부근, 해표면의 기온이 십 년마다 0.22oF씩 상승하고 있다. 이러한 기온 상승은 산호초와 다른 해양생태계에 산호탈색현상과 같은 악 영양을 미칠 수 있다. 산호탈색현상은 산호가 주요 음식 원을 제공하는 공생조류를 잃게 될 때 일어나는 것이다. 지금까지 하와이의 산호에는 다른 지역에서 광범위하게 일어나는 주요 탈색현상이 일어나지 않았다. 그러나, 해 표면 온도가 지속적으로 상승하게 되면 결국 하와이의 산호도 산호초 탈색현상을 겪게 될 것이다.

탈색된 산호

하와이의 산호는 일반적으로 상태가 양호하며, 지속적이고도 세심한 관리를 해야 할 필요가 있다.

결론 하와이에서 지구 온난화가 진행되고 있다는 사실은 분명하다: 표면 온도가 상승하고 있다 강수량과 유량이 감소해왔다 강수 집중도가 상승해 왔다 해수면과 표면 온도가 상승해 왔다 바다가 산성화되고 있다 그외에?

결론 기후변화는 하와이의 수자원, 숲, 해안지역 및 해양 생태에 영향을 미칠 것이다 기후변화에 대한 적응 및 완화 전략을 고려해야 한다 지속적이고 좀 더 향상된 관찰과 평가연구가 필요하다. 기후변화 및 영향에 대한 모델을 개발하기 위해 집중적인 연구가 이루어져야 한다

Key References Center for Island Climate Adaptation and Policy. 2010. The effects of climate change on Hawaii’s ocean and coastal resources. A special report to the People of Hawaii. El-Kadi, A.I., and Moncur, J.E.T. 2006. The History of Groundwater Management and Research in Hawaii, Proceedings, 2006 Jeju-Hawaii Water Forum, July 21-22, 2006, Jeju, Korea: 222-241 Fletcher, C. 2010. Hawaii’s changing climate. Briefing Sheet, 2010, Univ. of Hawaii Sea Grant College Program and ICAP. Giambelluca, T.W., H. F. Diaz, and M. S. A. Luke. 2008. Secular temperature Changes in Hawaii. Geophysical Research Letters, 35:L12702. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2007. Climate change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Core Writing Team, Pachauri, R.K. and Reisinger, A., Eds. Intergovernmental Panel on Climate Change, Geneva, Switzerland, 104 pp. Oki, D. 2004. Trends in Streamflow Characteristics at Long-term Gauging Stations, Hawai‘i, U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2004-5080. Timm, O., Diaz, H.F., 2009. Synoptic-Statistical Approach to Regional Downscaling of IPCC Twenty-First-Century Climate Projections: Seasonal Rainfall over the Hawaiian Island. Journal of Climate 22, 4261-4280.