자유의 여신상만큼 높은 흰 광물 고리(white mineral ring)가 네바다-애리조나 경계의 라스베가스 동쪽 콜로라도 강 저수지인 미드 호수(Lake Mead) 주변에 모습을 드러냈다. 미국 최대 규모의 저수지로 현재 빠르게 고갈되고 있다.

미국 대부분 지역이 평년보다 높은 기온, 평균 이하의 강우량 및 변화하는 기후를 겪고 있는 가운데, 물관리 의사 결정권자들이 정확한 정보를 확보하는 것이 매우 중요하다.

후이린 가오(Huilin Gao) 텍사스 A&M 대학(Texas A&M University)의 재크리 토목 환경 공학과 부교수가 이끄는 연구팀은 전 세계 호수 증발량(GLEV) 데이터 세트를 개발했다. 모델링 및 원격 감지를 활용하여 전 세계 142만 개의 개별 자연 호수와 인공 저수지에 대한 최초의 장기 월별 시계열을 제공한다.

연구팀은 이번 연구 결과를 『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』에 게재했다.

약 87%의 액체 상태의 담수는 자연 및 인공 호수(즉, 저수지)에 저장된다. 전 지구적 호수의 증발량은 상당하지만 각 호수의 공간 분포와 장기적인 추이에 대해서는 거의 알려진 바가 없다.

연구팀은 1985년부터 2018년까지 장기간의 평균 호수 증발량이 연간 3.12㎦의 비율로 증가했음을 발견했다. 이러한 추세의 원인으로는 증발률 58% 증가, 호수 얼음 면적 23% 감소, 호수 표면적 19% 증가가 포함된다.

이 연구의 결과는 호수 시스템에 대한 기후 영향을 평가하기 위한 1차 주요 지표로 증발율보다 증발량을 사용하는 것의 중요성을 강조한다.

강 자오(Gang Zhao) 이 논문의 제1 저자이자 텍사스 A&M 대학의 졸업생 및 현재 카네기 과학 연구소의 지구 생태학과 박사 후 연구원은 "장기 호수 증발량이 연간 1천500 ± 150㎦로, 이는 이전 추정치보다 15.4% 더 큰 것"이라며, "호수 증발이 이전에 생각했던 것보다 수문학적 순환에서 더 큰 영향을 미친다는 것을 시사한다"고 말했다.

GLEV에 따르면 6천715개의 저수지는 물 저장 용량의 5%와 모든 호수(자연 및 인공 호수) 표면적의 10%에 불과하다. 그러나 저수지 증발량에 16%를 기여하며, 이러한 저수지 증발 손실량은 전 세계 연간 물 사용량의 20%에 해당한다. 지난 33년 동안 저수지의 증발하는 물 손실은 연간 5.4%의 비율로 증가하고 있으며, 이는 전 세계 추세인 2.1%를 앞지르고 있다.

가오 교수는 “증발 손실과 관련하여 이 연구는 수자원 연구자들과 의사 결정자에게 도움이 되는 귀중한 장소가 될 것”이라며, "우리의 연구결과는 지구 온난화로 인해 전 지구적인 증발 손실이 가속화되고 앞으로 더욱 악화될 것이기 때문에 환경, 사회 및 경제적 측면에서 중요한 의미를 가지고 있다"고 말했다.

그는 이어서 “세계적인 관점에서 볼 때 저수지의 총 증발량은 가정용수와 산업용수를 합친 것보다 더 클 수 있다. 그러나 심지어 미국에서도 신뢰할 수 있는 증발 데이터가 있는 호수나 저수지는 거의 없다”고 덧붙였다.

연구자들은 수백만 개의 전 세계 호수에 대한 부피 증발 손실의 규모와 추세를 개별적으로 정확하게 수량화하지 않으면 신뢰할 수 있는 물 및 에너지 자원 예측이 이루어질 수 없다고 말한다. 자유롭게 사용할 수 있는 이 데이터 세트는 의사 결정권자와 더 광범위한 무료로 사용 가능한 데이터 세트는 의사 결정권자와 더 광범위한 과학 커뮤니티에 도움이 될 수 있다.

가오 교수는 "개별 수역에 대한 결과를 통해 GLEV는 특히 증가하는 가뭄 및 인구 증가 하에서 전 세계의 저수지 관리 의사 결정을 개선하는 데 정말로 도움이 될 수 있다"라며, "이 데이터 세트는 과학 커뮤니티가 지구 기상 예측, 홍수 및 가뭄 모델링에서부터 기후 변화에 따른 지구 시스템 모델링에 이르기까지 지구 시스템에서 이러한 수체가 수행하는 역할을 더 잘 이해하는 데 도움이 된다"고 말했다.

미래의 연구를 위해 텍사스 A&M 연구원, 사막 연구소 및 미국 매립국은 최근 미국 서부에 대한 인공위성 지원, 운영, 일일 저수지 증발 모니터링 및 예측 개발에 중점을 둔 거의 100만 달러에 달하는 NASA 응용과학 프로젝트를 시작했다. 팀은 또한 텍사스에 대해 진행중인 일일 저수지 모니터링 프로젝트를 확장할 것이다.

한편 텍사스 A&M의 토목 환경 공학과의 박사후 연구원인 야오 리 박사(Dr. Yao Li)와 올버니(Albany)에 있는 뉴욕 주립 대학의 대기 및 환경 과학과 교수인 리밍저우(Liming Zhou)도 이 연구에 참여했다.

이 연구는 NASA, 에너지부 및 국립과학재단의 지원을 받았다.

[원문보기]

With Changing Climate, Global Lake Evaporation Loss Larger Than Previously Thought

Texas A&M researchers have created a new dataset that quanitifies trends of evaporative water loss from 1.4 million global lakes and artificial reservoirs.

A white mineral ring as tall as the Statue of Liberty creeps up the steep shoreline of Lake Mead, a Colorado River reservoir just east of Las Vegas on the Nevada-Arizona border. It is the country’s largest reservoir, and it’s draining rapidly.

With much of the country experiencing above-normal temperatures, below-average rainfall and a changing climate, it is vital that water management decision-makers have accurate information.

Led by Huilin Gao, associate professor in the Zachry Department of Civil and Environmental Engineering at Texas A&M University, researchers created the global lake evaporation volume (GLEV) dataset. It leverages modeling and remote sensing to provide the first long-term monthly time series for 1.42 million individual natural lakes and artificial reservoirs worldwide.

The researchers published their findings in Nature Communications.

About 87% of fresh surface water in liquid form is stored in natural and artificial lakes (i.e., reservoirs). While the evaporation volume from these global lakes is substantial, little is known about its spatial distribution and its long-term trend.

From 1985 to 2018, researchers discovered that long-term average lake evaporation volume has increased at a rate of 3.12 cubic kilometers per year. The trend attributions include an increased evaporation rate of 58%, decreased lake ice coverage of 23% and increased lake surface area of 19%.

The results from the study underline the importance of using evaporation volume (rather than evaporation rate) as the primary index for assessing climatic impacts on lake systems.

“We found that the long-term lake evaporation is 1,500 plus or minus 150 cubic kilometers per year, which is 15.4% larger than previous estimates,” said first author Gang Zhao, a Texas A&M former student who is now a postdoctoral fellow in the Department of Global Ecology at the Carnegie Institute for Science. “This suggests that lake evaporation plays a larger role in the hydrological cycle than previously thought.”

According to GLEV, 6,715 reservoirs only account for 5% of the water storage capacity and 10% of the surface area of all lakes (both natural and artificial). However, reservoirs contribute 16% to the evaporation volume. This quantity of reservoir evaporative loss is equivalent to 20% of the global annual consumption of water use. In the last 33 years, evaporative water loss from reservoirs has been increasing at a rate of 5.4% per year, outpacing the global trend of 2.1% for all lakes.

“With regard to evaporation loss, this study will be an invaluable venue to serve water resources researchers and decision-makers,” Gao said. “Our findings have significant environmental, societal and economic implications as the global evaporative loss will be accelerated and further exacerbated in the future under global warming.

“From a global perspective, the total reservoir evaporation can be larger than the combined use of domestic and industrial water. However, even in the United States, very few lakes/reservoirs have reliable evaporation data.”

Without accurately quantifying the magnitude and trend of volumetric evaporation loss individually for the millions of global lakes, researchers say reliable water and energy resources projections can’t be made. This freely available dataset can benefit decision-makers and the wider science community.

“With results for individual water bodies, GLEV can really help improve reservoir management decision-making all over the world, especially under increasing drought events and population growth,” Gao said. “This dataset helps the science community better understand the role that these water bodies play in Earth systems, from global weather forecasting, flood and drought modeling to Earth system modeling under climate change.”

For future work, Texas A&M researchers, the Desert Research Institute and the U.S. Bureau of Reclamation recently started a nearly $1 million NASA Applied Science project that focuses on developing satellite-assisted, operational, daily reservoir evaporation monitoring and forecasts for the Western United States. The team will also expand an ongoing daily reservoir monitoring project for Texas.

Other contributors to this research are Dr. Yao Li, a postdoctoral research associate in the civil and environmental engineering department at Texas A&M and Liming Zhou, a professor in the atmospheric and environmental sciences department at The State University of New York at Albany.

This research is funded by NASA, the Department of Energy and the National Science Foundation.

[출처 = Texas A&M(https://today.tamu.edu/2022/06/28/with-changing-climate-global-lake-evaporation-loss-larger-than-previously-thought/) / 2022년 6월 28일]