열대 몬순의 시공간 분석 및 강우 경향 예측

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13933(2023) 이 기사 인용

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기후 변화의 지표인 시공간 강우 추세 분석은 향상된 수자원 계획을 위한 중요한 정보를 제공합니다. 그러나 방글라데시와 같이 열대 몬순이 지배하는 국가에서는 강우의 시공간적 변화 거동을 훨씬 덜 이해하고 있습니다. 이를 위해 이 연구는 MAKESENS, Pettitt 테스트 및 혁신적인 추세 분석을 사용하여 계절 및 월별 규모로 방글라데시에서 1980~2020년 기간 동안 강우량의 시공간 변화를 분석하는 것을 목표로 합니다. MLP(Multilayer Perception) 신경망은 방글라데시에서 전국적으로 향후 8년간의 강수량 변화를 예측하는 데 사용되었습니다. 강우 추세의 공간적 패턴을 조사하기 위해 ArcGIS 환경 내에서 역거리 가중 모델을 채택했습니다. 결과에 따르면 연평균 강우량은 2432.6mm이며, 그 중 57.6%가 7월부터 8월까지 기록되었습니다. Mann-Kendall 추세 테스트에 따르면 관측소의 77%가 감소하고 있으며 23%는 월별 강우량이 증가하는 추세를 보이고 있습니다. 80% 이상의 방송국이 11월부터 3월, 8월까지 감소 추세를 보입니다. 계절 강수량은 몬순 이전에는 82%, 몬순에는 75%, 몬순 이후에는 100%로 감소하는 경향이 있습니다. 몬순 이전에는 북부 중앙, 몬순에는 북부, 몬순 이후에는 남부 및 북서부 지역에서 상당한 감소 추세가 확인되었습니다. 2030년까지 MLP가 예측한 강수량은 11월부터 2월까지 비가 거의 내리지 않을 것이며, 2025년과 2027~2029년에 최대 변동 강수량이 발생할 것임을 시사합니다. ECMWF ERA5 재분석 데이터 결과는 방글라데시의 강우 패턴 변화가 대류 강수량 증가 또는 감소, 낮은 구름량, 부적절한 수직 통합 수분 발산에 의해 주도되었을 수 있음을 시사했습니다. 수자원 부족과 예상되는 물 수요 증가를 고려할 때, 이번 연구 결과는 방글라데시의 수자원 관리에 대한 몇 가지 시사점을 갖고 있습니다.

방글라데시는 열대 몬순이 지배하는 국가로 습한 기후로 인해 몬순 강우량이 많고 나머지 기간에는 강수량이 적습니다. 이 나라는 주로 농업 경제로, 국민의 약 80%(1억 4,500만 명)가 직간접적으로 다양한 농업 활동에 참여하고 있습니다1,2,3. 결과적으로, 기후 변동과 변화가 국가의 경제 확장과 식량 안보에 미치는 영향은 상당합니다4,5. 강수량은 수문학적 매개변수로서 큰 의미를 가지며 기후 변화의 중요한 특징이며 식량 생산, 수확, 인적 자원 및 자연 환경에 큰 영향을 미칩니다6. 적절한 물 관리 시스템을 유지하려면 일별, 주별, 월별 평가와 같은 관련 있고 필수적인 강우 정보가 필요합니다7,8. 과거 강우 추세 분석을 통해 예측이 가능합니다9. 강우 예측은 정부와 과학 연구에서 매우 중요한 심각한 관심사이며, 인간의 생명과 자원을 보호하는 데 중요한 역할을 합니다10. 또한 수자원 관리, 수력 발전 생산, 홍수 및 가뭄 경고, 도시 하수 시스템에 기여합니다11,12.

1950년대 이후 지구 기후 시스템은 전례 없는 변화를 겪었고, 이제 지구 온난화가 기후에 영향을 미친다는 사실은 부인할 수 없습니다13. 기후 변화의 구성 요소로서 강수량 변동이 발생하는 시간적, 지리적 규모는 다양합니다. 전 세계 연구에 따르면 전 세계 규모14,15 및 인도16 및 파키스탄17,18을 포함한 인도 아대륙에서 강수량 변동성이 증가하는 것으로 나타났습니다. 많은 연구19,20,21가 전 세계 기후대에서 강우의 시공간적 패턴을 조사했습니다22,23,24,25. 강수량 변동성의 반지역적 규모에 대한 일부 연구가 수행되었습니다26,27,28,29. 지난 100년 동안 지구상의 강우량은 약 2% 증가했습니다14. 그러나 IPCC30에 따르면 그 증가량은 시간과 공간 측면에서 항상 불평등했습니다. 강수량의 증가는 특히 중동, 중앙아시아31, 브라질 지역, 미국 동부와 캐나다, 북유럽32,33, 호주34에서 나타났습니다. Renet al. 중국 티베트 고원의 연간 평균 강우량에 대해 관찰한 결과, 지난 수십 년 동안 유사한 경향이 나타났으며 인도33,36, 파키스탄 북서부17,18 및 중국-파키스탄 경제 회랑 지역37에서도 동일한 패턴이 나타났습니다. 그러나 황하 유역, 중국38, 지중해 지역29 및 이란은 모두 연평균 강수량이 감소했습니다19. 점점 더 많은 초기 연구에 따르면 최근 방글라데시에서 연간, 몬순 및 몬순 이전 강수량의 상당한 증가 추세가 발견되었습니다39,40,41. 지난 수십 년 동안 서부 및 북서부 지역에서 추가 조사가 감소했습니다7,42. 더욱이 Hossain et al.43은 방글라데시의 남부 해안 지역에서 연평균 강우량이 증가하는 경향을 지적했습니다. Rahman과 Islam44은 강수량의 지역적, 시간적 변동이 매우 크다고 주장합니다. 수자원 계획 기구(Water Resources Planning Organization)에 따르면 2100년까지 몬순 강수량은 12% 증가하는 반면 방글라데시의 겨울 강수량은 10% 감소할 것으로 예상됩니다45,46. 더욱이 Basak et al.47은 수확량이 3.3~24.2% 감소하고 겨울 강수량은 10mm 감소할 것으로 예측했습니다. 특정 연구에 따르면 방글라데시의 계절은 강수량의 장기적인 변화를 볼 수 있습니다7,48,49.