눈으로 뒤덮인 들판은 스키와 썰매를 타는 사람들에게 재미를 주고, 건기 시 식수와 관개, 기타 용도로 물을 제공하기 위해 야외 저장 탱크와 같은 역할을 수행한다. 그러나 이러한 눈속에는 얼마나 많은 물이 얼마나 오래 보관될 수 있는가?

오리건주립대학교(Oregon State University) 공과대학 연구진은 개발한 새롭고 보다 총체적인 계산 기법을 통해 이를 밝혔다.

데이비드 힐(David Hill) 오리건주립대학교 소속은 "물관리자는 공급과 수요를 맞추기 위해 지표수 저수지, 지하수 재충전 프로그램 등 다양한 인프라 옵션 포트폴리오를 고려하는 경향이 있다"며 "눈에 얼마나 많은 물이 있는지를 파악하면 포트폴리오를 어떻게 조정할지에 대한 장기적인 계획을 세울 수 있다"고 말했다.

데이비드 힐 교수와 크리스티나 아라곤(Christina Aragon) 박사과정 연구원의 연구는 약 40년 동안의 스노우팩 데이터를 조사했으며, 새로운 지표인 '눈 속 물 저장량(Snow Water Storage)'을 통해 미국 48개 주 산악 스노우팩(Mountain Snowpack)에 매년 저장되는 물의 양이 22% 감소한 것을 확인했다.

힐 교수는 "최대 적설량과 같이 단일 시점의 눈 변수를 포착하거나 적설 기간 등 시간적 측면에서 눈의 특성을 설명하는 다른 지표와 달리, 눈 속 물 저장량 지표는 다양한 시공간 규모에서 적용될 수 있다"며 "이는 단순히 최대치가 아닌 누적된 수치일 뿐이고, 자동차 여행을 위해 하루 500마일을 주행한 것만을 따지는 게 아니라 주어진 연도에 주행한 마일 수를 합산하는 것과 같다"고 설명했다.

일정 기간 동안 스노우팩에 저장된 물의 양을 측정할 수 있는 장치를 도입하는 것 외에도, 이번 계산법은 물저장에서 큰 역할을 하는 산악 스노우팩에 대한 새로운 지표를 발견했다는 점에서 중요하다.

힐 교수와 아라곤 연구원은 48개 강 하류에 눈의 형태로 저장된 전체 물의 72%가 산에 있는 반면, 산은 전체 면적의 16%에 불과하다는 점에 주목했다. 

힐 교수는 "눈 자원을 설명하거나 정량화하는 방법에는 여러 가지가 있지만 전통적인 측정법 가운데 일부는 점점 더 설명하는 데 어려움을 겪고 있다"며 "연구진은 눈이 점점 더 간헐적으로 내리거나 비로 바뀔 경우 더 깊이 이해하고 더 많은 적용 가능성을 가진 눈의 물저장 능력을 설명하는 새로운 방법을 제시했다"고 강조했다.

SCI급 국제 학술지인 『수문학과 지구 시스템 과학(Hydrology and Earth System Sciences)』에 게재된 이번 연구는 일반적으로 사용되는 적설량(Snow Water Equivalent) 측정값을 기반으로 하며, 용기에 쌓인 눈이 녹은 후 얼마나 많은 물이 남아 있는지를 보여준다.

아라곤은 "스노우팩에 담긴 물의 양과 눈으로 저장되는 시간을 고려함으로써 다양한 종류의 스노우팩에 저장된 물의 양을 정량화할 수 있다"며 "이는 우리가 일반적으로 산의 높은 고도에서 갖고 있는 것과 같은 지속성 스노우팩, 낮은 고도에서 발견되는 일시적 스노우팩, 지구온난화로 인해 일시적으로 변화하는 스노우팩 등을 포함한다"고 말했다.

아라곤은 적설량 저장 지표가 여러 유형의 스노우팩에 적용될 수 있어 기후 변동성이 증가하는 미래에 수자원을 모니터링하고 예측하는 데 점점 더 중요해질 것이라고 전망했다.

힐 교수는 48개 주에서 지난 몇 년 동안 눈과 비가 내리는 장소와 시기에 극단적인 기근 주기를 보였으며, 스노우팩은 지난 10~20년 동안 대폭 감소했다고 지적했다.

힐은 "오리건 주와 같은 곳에서는 특히 중요한데, 오리건 주 전체 연간 강수량의 15%가 눈으로 내리고 스노우팩은 저수지와 같은 기능을 할 뿐 아니라, 겨울철 강수량을 억제하고 봄과 초여름에 천천히 강수를 방출한다"며 "그 시기에 강우량은 한 해 동안 감소했으나 물에 대한 수요는 증가하고 있어 이 방법은 유용하다"고 주장했다.

기후가 따듯해지고 스노우팩이 점점 더 다양해짐에 따라 연구진이 개발한 새로운 지표는 지구 스노우팩의 저장 측면을 보다 객관적으로 정량화하는 데 도움이 된다. 작은 규모에서 큰 규모에 이르기까지 농업용수 사용자는 수요와 공급의 균형을 맞출 필요가 있으며, 눈 저장은 공급 시기에 큰 영향을 미칠 수 있다. 

힐 교수는 "앞으로 나아가면서, 그리고 과거에서 현재로 넘어가면서 비교적 좋은 소식은 연간 강수량이 그렇게 극적으로 변하지 않는다는 것"이라며 "그러나 변하는 기온은 눈 저장과 물가용 시기에 영향을 끼친다"고 밝혔다.

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Oregon State Researchers Take Deep Dive Into How Much Water Is Stored In Snow

CORVALLIS, Ore. – A heavy snowpack is fun for skiers and sledders, and it also acts like an open-air storage tank that melts away to provide water for drinking, irrigation and other purposes during dry months.

But exactly how much water is held in snowpacks, and for how long?

That information, critical to water managers around the globe, has taken on new clarity thanks to a new, more holistic calculation technique developed by researchers in the Oregon State University College of Engineering.

“Water managers tend to consider a portfolio of infrastructure options – surface water reservoirs, groundwater recharge programs, etc. – to match supply to demand,” OSU’s David Hill said. “Increased understanding of how much water is in snow should allow them to make long-term planning decisions for how to adjust that portfolio.”

The study by Hill, a professor of civil engineering, and doctoral student Christina Aragon looked at nearly four decades of snowpack data. Through their new metric, which they call snow water storage, they identified a 22% drop in how much water is held annually in the mountain snowpacks of the lower 48 states.

“Unlike other widely used metrics that capture snow variables at a single point in time, like maximum snow water equivalent, or describe snow characteristics in terms of time, such as length of snow season, snow water storage is applicable at numerous time and space scales,” Hill said. “It’s really just a cumulative sum, not a maximum value; it’s like adding up the number of miles you drive in a given year, rather than just thinking about the 500 you did on one day for your road trip.”

In addition to introducing a better tool for gauging how much water is in snowpacks over periods of time, the findings are important because of what the new metric revealed about mountain snowpacks, which play an outsized role in the nation’s water storage.

Hill and Aragon note that of all the water stored in the form of snow in the lower 48, 72% of it is in the mountains, though mountains cover just 16% of the total area.

“There are many ways to describe or quantify our snow resources, but some of the traditional measures, such as the April 1st snowpack, increasingly do not tell the full story,” Hill said. “We present a new way of describing snow’s water storage ability that adds deeper understanding and has more applicability in cases where our snowfall is increasingly intermittent or, regrettably, turning to rain.”

The researchers’ work, presented in a paper published in Hydrology and Earth System Sciences, builds on a commonly used measurement known as snow water equivalent; as its name implies, it’s how much water is left in a container after the snow that was placed in it melts.

“By considering the amount of water held in the snowpack and the amount of time the water is stored as snow, we are able to quantify water storage in different types of snowpacks,” Aragon said. “This includes persistent snowpacks, like we typically have at high elevations in the mountains; transient snowpacks, which are typically found at lower elevations; and snowpacks that are transitioning from persistent to transient due to climate warming.”

Aragon adds that because the snow water storage metric can be applied to multiple types of snowpacks, it may become increasingly valuable for monitoring and predicting water resources “amidst a future of increased climate variability.”

Hill points out that the past several years in the lower 48 have seen a “feast or famine cycle of extremes when it has come to the where and the when of our snow and rain.” And in general snowpacks have considerably declined over the past 10 to 20 years.

“That particularly matters in places like Oregon, where 15% of the state’s total annual precipitation falls as snow, and our snowpack functions like a reservoir,” he said. “It holds back winter precipitation and slowly releases it in spring and early summer. This is useful because, at those times, our rainfall has tapered off for the year, but demand for water is on the rise."

As the climate warms and snowpacks become more and more variable – the winter of 2023-24 is a good example, Hill said – a metric like the new one developed at OSU helps to more objectively quantify the reservoir storage aspect of the globe’s snowpacks.

From local to regional scales, he notes, municipal and agricultural users of water need to balance demand with supply, and snow storage dramatically influences the timing of the supply side.

“As we move forward, and as we have moved from the past to the present, the relatively good news is that annual precipitation amounts tend to not change that dramatically,” he said. “However, changing temperatures greatly influence snow storage and therefore the timing of water availability.”

Funding for the work came from the OSU Graduate School Oregon Lottery Award for Academic Excellence and from the Oregon State Water Resources Graduate Program Alumni Award.

[출처=오리건주립대학교(Oregon State University)(https://today.oregonstate.edu/news/oregon-state-researchers-take-deep-dive-how-much-water-stored-snow) / 2024년 3월 18일]

[연구논문출처=『수문학과 지구 시스템 과학(Hydrology and Earth System Sciences)』(https://hess.copernicus.org/articles/28/781/2024/) / 2024년 2월 20일자]

[번역 = 방호윤 기자]