1950년대 이후 극한 기상 현상은 더욱 빈번해지고 심해지고 있다. 기후 변화로 더 뜨겁고 건조한 조건에 노출되는 육지 지역을 지도화(map)하기 위해 국제 수문학 전문가들은 새로운 기술을 사용하고 있다.

호주 플린더스 대학교(Flinders University)의 연구팀은 폭염, 초목 건강 및 토양 염도에 가뭄이 미치는 영향을 평가하기 위해 중국 및 기타 호주의 연구원들과 협력해 공동연구를 수행했다.

아자오 첸(Ajaio Chen) 전 플린더스 대학 박사가 이끈 첫 번째 연구에서는 가뭄으로 인한 지역 토양의 수분 부족과 비교해 지구 온난화로 가장 큰 피해를 입은 지역을 반영하기 위해 세계 지도를 빨간색과 파란색 지역으로 구분하는 고급 컴퓨터 모델링을 사용했다.

중국농업 대학교(China Agriculture University) 연구팀이 이끈 다른 두 연구에서는 관개된 농지의 염도를 모니터링하기 위한 초분광 원격 감지 기술(hyperspectral remote sensing technology)을 사용해 가뭄이 초목에 미치는 영향에 대해 대규모로 연구했다.

화두 구안(Huade Guan) 호주 국립 지하수 연구 및 훈련 센터(National Center for Groundwater Research and Training)의 수석 연구원이자 플린더스 대학의 부교수는  "이 두 연구는 우리의 환경과 농업 시스템의 미래 회복력에 대한 계획을 세우기 위해 지구 온난화의 대규모 영향과 극한 고온, 건조, 토양 악화 및 식량 안보에 대한 강우 변동성 증가를 평가하는 방법을 제공한다"라고 말했다.

첫 번째 연구는 일부 지역이 지구 온난화(빨간색)로 인해 극한 고온 현상을 더 자주 겪는 반면, 다른 지역은 뿌리 지대(root zone) 토양 수분의 연간 변동성에 더 많은 영향을 받는다는 것을 보여준다(파란색, 아래 지도 참조).

지구 온난화로 인한 극심한 더위에 시달릴 가능성이 높은 지역은 사막 지역(사하라 사막), 산맥(남미의 안데스 산맥, 북미의 로키 산맥) 및 고원(브라질 고원, 몽골 고원)에 위치하며, 일반적으로 뿌리 지역의 연간 변동성이 더 작다.

식생 간격(Vegetation clearance) 및 해양 대기 현상도 더운 날의 일수에 영향을 미쳤다.

한편, 대규모 토양 염도 모니터링의 표적 사용(targeted use)은 더 덥고 건조한 조건에서 악회되는 영향을 완화하는 데 사용될 수 있다고 공동 저자인 구안 교수는 말했다.

두 번째 연구에서는 토양 염도의 신속한 평가를 위해 토양 분광법의 활용을 개선하기 위한 새로운 '토양 분광 반사율 지수 모델'을 개발했다.

구안 교수는 "이는 범람원과 관개 농지에서 토양 염도를 모니터링하는 데 유용할 수 있다"라며, "토양 염분은 경작지의 약 23%, 특히 건조하고 반건조한 관개 농업 지역에 영향을 미치며 농업의 지속 가능한 발전을 제한하는 주요 요인 중 하나다"라고 설명했다.

첫 번째 연구는  '극한 고온 발생에 대한 국지적 습기 부족과 지구 온도 증가의 공간적 차별화 효과(2022)'라는 제목으로 수문학 저널인 『엘스비어(Elsevier)』에 게재됐으며, 저자는 아자오 첸, 화두 구안 교수 및 옥케 바틀란(Okke Batelaan)이다.

두 번째 연구는 '근위 초분광 반사 시뮬레이션 및 토양 염도 추정을 위한 스펙트럼상 효과적인 수분 임계값을 고려한 개선된 지수 모델(2022)'이라는 제목으로 『원격 감지(Remote Sensing)』에 게재됐으며, 저자는 시황(Xi Huang), 타이청 바이(Tiecheng Bai), 화드 관(Huade Guan), 시아용 웨이(Xiayong Wei), 얄리 왕(Yali Wang), 샤오민 마오(Xiaomin Mao)이다.

또한 '중국 전역의 기상가뭄과 식생가뭄의 입체적 연관성(2023)'은 『종합환경과학(Science of the Total Environment)』에 게재됐으며, 저자는 젠 웡(Zhen Weng), 준 니우(Jun Niu), 화드 관(Huade Guan), 사오중 강(Shaozhong Kang)이다.

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New tech to monitor climate change

Weather extremes have become more frequent and intensive since the 1950s, and international hydrology experts are using new technology to map land areas subject to hotter, dryer conditions under climate change.

Flinders University experts have worked with Chinese and other Australian researchers on three studies to assess the effects of droughts on heatwaves, vegetation health and soil salinity.

The first study, led by former Flinders University PhD Dr Ajaio Chen, used advanced computer modelling to divide a world map into red and blue regions to reflect areas worst hit by global warming compared to drought-induced local soil moisture deficit.

Two other studies, led by China Agriculture University scientists, worked on improving the use of hyperspectral remote sensing technology to monitor salinity of irrigated agricultural soils, and on drought impacts on vegetation health on a large scale.

“These two studies provide methods for assessing the large-scale effects of global warming and increasing rainfall variability on hot extremes, aridification, soil degradation and food security in order to plan for future resilience of our environment and agricultural systems,” says Flinders University Associate Professor Huade Guan, a chief investigator from Australia’s National Centre for Groundwater Research and Training.

The first study shows that while some regions become more frequently hit by hot extreme occurrences due to global warming (in red), others are more affected by the strong year-on-year variability in root zone soil moisture (in blue, see map below).

The areas more likely to suffer from global warming induced heat extremes are located in dry regions (such as the Sahara), mountain ranges (e.g., the Andes in South America, the Rockies in North America), and plateaus (e.g., the Brazilian Plateau and the Mongolian Plateau), where interannual variability of root zone moisture is generally smaller due to water deficiency, steep topography, and/or low temperature.

Vegetation clearance and ocean-atmosphere phenomena also influenced the number of hot days.

Meanwhile, targeted use of large-scale soil salinity monitoring could be used for mitigating the worsening effects of hotter drier conditions, says co-author Associate Professor Guan.

The second study developed a new ‘soil spectral reflectance exponential model’ to improve the use of soil spectrometry for a quick assessment of soil salinity in large scale.

“It can be useful for monitoring soil salinity on flood plains and on irrigation crop fields,” he says.

“Soil salinity affects about 23% of cultivated land, especially in arid and semi-arid irrigated agricultural areas and is one of the main factors restricting sustainable development of agriculture.”

The first study, Spatially differentiated effects of local moisture deficit and increased global temperature on hot extreme occurrences (2022) by Ajiao Chen, Huade Guan and Okke Batelaan, has been published in the Journal of Hydrology, Elsevier, DOI 10.1016/j.jhydrol.2022.128720.

The second study, An improved exponential model considering a spectrally effective moisture threshold for proximal hyperspectral reflectance simulation and soil salinity estimation (2022), by Xi Huang, Tiecheng Bai, Huade Guan, Xiayong Wei, Yali Wang and Xiaomin Mao has been published in Remote Sensing DOI: 10.3390/rs14246396.

Also see Three-dimensional linkage between meteorological drought and vegetation drought across China (2023) by Zhen Weng, Jun Niu, Huade Guan and Shaozhong Kang, has been published in Science of the Total Environment DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.160300.

[출처 = Flinders University(https://news.flinders.edu.au/blog/2023/01/10/new-tech-to-monitor-climate-change/) / 2023년 1월 10일]