[연구보고서] “지구온난화로 향후 수십년 동안 극심한 물 부족” 경고

케이프타운·첸나이, 물수요가 강수량·하천·저수지의 물공급 초과하는 ‘데이 제로 가뭄(DZD)’ 상황

향후 15년 안에 전 세계 취약지역의 35% DZD 직면…21세기 말까지 도시 거주자 4억7천만명·농촌 거주자 2억9천만명 포함 전 세계적 약 7억5천만명 위협 예측

지중해 지역·남아프리카·북미 일부가 주요 DZD 위험지대로 확인

연구팀, “언제, 어디서 발생할지 이해하는 것은 농촌·도시 공동체 위한 효과적인 물관리 전략 개발에 매우 중요“

IBS·부산대 공동 연구팀 분석…『네이처 커뮤니케이션즈』 최근호에 발표

 

기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단(ICCP)과 부산대학교 기후시스템환경학부 공동연구팀이 『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』 저널 최근호(9월 23일자)에 발표한 새로운 연구논문에 따르면, “지구 온난화로 인해 극심한 물 부족으로 이어질 수 있는 다년간의 가뭄 위험이 가속화되고 있으며, 이는 이미 향후 수십 년 안에 전 세계 도시, 농업, 그리고 생계의 물 수요를 위협하고 있다”고 밝혔다. [사진출처(Photo source) = 기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단(ICCP)]

 

기초과학연구원(Institute for Basic Science, IBS) 기후물리연구단(Center for Climate Physics, ICCP)과 부산대학교 기후시스템환경학부 공동연구팀이 『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』 저널 최근호(9월 23일자)에 발표한 새로운 연구논문 ‘인류세 시대에 전례 없는 전 세계 물부족 현상이 처음으로 나타났다(The first emergence of unprecedented global water scarcity in the Anthropocene)’에 따르면, “지구 온난화로 인해 극심한 물 부족으로 이어질 수 있는 다년간의 가뭄 위험이 가속화되고 있으며, 이는 이미 향후 수십 년 안에 전 세계 도시, 농업, 그리고 생계의 물 수요를 위협할 것”이라고 밝혔다.

이 연구는 최신 기후 모델 시뮬레이션을 사용하여 지역 물 수요가 강수량, 하천, 저수지 등 지역 물 공급량을 초과하는 시점을 파악했다.

이 시점은 일반적으로 수자원 고갈로 인해 식수 공급이 완전히 중단되는 극단적 가뭄 현상을 의미하는 ‘제로 데이 가뭄(Day Zero Drought, DZD)’라고 한다. 2018년 남아프리카공화국 케이프타운(Cape Town)과 2019년 인도 첸나이(Chennai)와 같은 도시들은 이미 DZD 상황에 근접했으며, 이는 식수 및 농업을 위한 도시 용수 공급 시스템의 취약성이 커지고 있음을 보여준다.

이러한 상황이 언제, 어디서 발생할지 이해하는 것은 농촌 및 도시 공동체를 위한 효과적인 물관리 전략을 개발하는 데 매우 중요하다. 새로운 연구에 따르면 향후 수십 년 동안 DZD 발생 빈도가 예상보다 훨씬 빠르게 증가할 것으로 예상된다.

SSP3-7.0 시나리오 아래 CESM2-LE 앙상블 시뮬레이션 기반 ‘제로  데이 가뭄(DZD)’ 이벤트 및 글로벌 핫스팟 지역의 첫 출현 시간(ToFE)

 

‘제로 데이 가뭄(DZD)’ 조건과 전 세계 핫스팟 지역의 첫 출현 시간(ToFE). (a) 1900년부터 2100년까지 전 세계 DZD 사건의 10년 주기 ToFE의 공간 분포. 색상 음영은 DZD가 통계적으로 인위적 기후변화에 기인하는 첫 10년을 나타내며, 이는 귀속 위험 비율이 0.99보다 큰 첫 10년(FAR ≥ 0.99)으로 정의된다. 회색 영역은 2100년 이전에 인위적 기후 변화에 기인한 DZD 사건이 발생하지 않을 것으로 예상되는 그리드 셀을 나타낸다. (b) 수십 년에 걸친 ToFE의 시간적 분포를 보여주는 원형 다이어그램이다. 색상 척도는 1900년부터 2100년까지 각 10년 동안 ToFE 분포를 경험한 DZD 그리드 셀(육지 지역)의 비율을 나타낸다. 시간 경과에 따른 ToFE 분포 방법과 DZD 출현 추세에 대한 시간적 개요를 제공한다. [그림출처(picture source) = 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』]

 

공동연구진이 사용한 기후 모델은 ‘SSP3-7.0’ 및 ‘SSP2-4.5’ 온실가스 배출 시나리오를 기반으로 작성되었다. 장기간의 강수량 부족, 하천 유량 감소, 물 소비 증가 등 수문학적 복합적 극단 현상에 초점을 맞추고 지하수와 저수지는 제외한 이 연구는 지중해, 남아프리카, 북미 일부 지역에 걸쳐 DZD 발생 위험이 높은 지역을 파악했다. 도시 지역은 특히 취약한 것으로 나타났다.

시뮬레이션에 따르면, DZD는 향후 15년 안에 취약 지역의 35%에서 발생할 가능성이 높다. 21세기 말까지 DZD 상황은 도시 거주자 4억7천만 명과 농촌 거주자 2억9천만 명을 포함하여 전 세계적으로 약 7억5천만 명을 위협할 수 있다. 

지중해 지역은 도시 지역에 가장 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 반면, 북아프리카와 남아프리카, 그리고 아시아 일부 지역은 농촌 지역에 가장 심각한 영향을 미칠 것으로 예상된다.

이번 연구의 제1 저자인 베키아 라비난드라사나(Vecchia Ravinandrasana) 박사과정 연구원은 “우리의 공동 연구는 지구 온난화가 전 세계적으로 제로 데이 가뭄(DZD)을 유발하고 가속화한다는 것을 보여준다”라면서 “1.5℃ 목표를 달성하더라도 수억 명의 사람들이 전례 없는 물 부족에 직면하게 될 것”이라고 말했다.

크리스티안 프란츠케(Christian Franzke)  IBS 기후물리학 연구센터 교수는 “우리의 계산에 따르면, 수문학적 스트레스가 심화됨에 따라 주요 저수지의 14%가 첫 번째 ‘제로 데이 가뭄(DZD)’ 발생 시 이미 고갈될 수 있으며, 이는 사람들의 생계에 심각한 영향을 미칠 것”이라고 말했다.

라비난드라사나 교수는 특히 “DZD는 더 이상 먼 미래의 시나리오가 아니다. 이미 발생하고 있다. 즉각적인 적응과 지속 가능한 물 관리가 없다면 수억 명의 사람들이 전례 없는 물 부족에 직면할 가능성이 높다”고 강조했다.

SSP3-7.0 시나리오 아래 CESM2-LE 시뮬레이션 기반 대기시간과 지속시간 측면에서 ‘제로  데이 가뭄(DZD)’ 사건 특성

중앙 공간 지도는 전 세계 DZD 취약 지역의 각 그리드 포인트에서 첫 출현 시간(ToFE) 이후의 DZD 이벤트의 앙상블 평균 대기 시간(a)과 지속 시간(b)의 공간 분포를 보여준다. c는 이벤트 지속 시간이 대기 시간을 초과하는 극단적인 DZD 이벤트의 빈도(%)의 공간 분포를 나타내며, 이는 장기간의 물 부족 영향과 짧은 회복 기간을 나타낸다. 첨부된 삽입된 c의 원형 다이어그램은 이러한 이벤트의 분포를 보여주며, 색상 척도는 이러한 조건을 경험하는 그리드 셀의 비율(퍼센트)을 나타낸다. 이 시각화는 긴 지속 시간과 짧은 대기 시간을 가진 극단적인 DZD 조건이 어디서 얼마나 자주 나타나는지를 강조한다. 주변의 쌍을 이룬 패널은 7개의 DZD 취약 지역에서 DZD 이벤트의 대기 시간과 지속 시간의 확률 밀도 함수(PDF)를 나타냅니다. 색상 선은 100개의 CESM2-LE 각 앙상블의 PDF를 나타내고, 검은색 선은 해당 PDF의 앙상블 평균을 나타낸다. 수직 점선은 각 지역의 앙상블 평균(검정색), 90번째 백분위수(파란색), 99번째 백분위수(녹색)를 나타낸다. 빨간색 점선은 복합 극단 이벤트의 월별 규모를 나타내며, 이는 48개월이다. 각 그리드 포인트에 대해 고려된 기간은 각각의 ToFE가 발생한 10년 후 다음 달부터 시작하여 2100년까지 계속되었다. [그림출처(picture source) = 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』]

 

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Running Dry - A New Study Warns Of Extreme Water Scarcity In The Coming Decades

Illustration of extreme drought conditions and projected water shortage in urban areas

A new study published in the journal Nature Communications by researchers from the IBS Center for Climate Physics (ICCP) at Pusan National University in the Republic of Korea reveals that Global Warming is accelerating the risk of multi-year droughts that can lead to extreme water scarcity, threatening water demands in cities, agriculture, and livelihoods worldwide, already within the coming decades.

The study uses the latest generation of climate model simulations to determine the time when local water demands will exceed the regional water supply from precipitation, rivers, and reservoirs. 

This time is commonly referred to as the Day Zero Drought (DZD). Cities, such as Cape Town (South Africa) in 2018 and Chennai (India) in 2019, have already been close to DZD conditions, highlighting the growing vulnerability of urban water supply systems for drinking water and agriculture. 

Understanding where and when these conditions will emerge is crucial for developing effective water management strategies for rural and urban communities. The new study shows that the frequency of DZDs will increase sharply over the coming decades, much sooner than previously anticipated.

The climate models used by the authors were forced with the SSP3-7.0 and SSP2-4.5 greenhouse gas emission scenarios. Focusing on hydrological compound extremes, including prolonged rainfall deficits, reduced river flow, and increasing water consumption, but excluding groundwater reservoirs, the study identifies robust DZD hotspots across the Mediterranean, southern Africa, and parts of North America. Urban areas are particularly vulnerable.

According to the simulations, DZDs are likely to emerge in 35% of the vulnerable regions already within the next 15 years. By the end of this century, DZD conditions could threaten about 750 million people globally, including 470 million city residents and 290 million people in rural areas. The Mediterranean region is projected to have the highest urban exposure, whereas Northern and Southern Africa and parts of Asia face the most severe rural impacts.

“Our study shows that global warming causes and accelerates Day Zero Drought conditions worldwide. Even if we meet the 1.5°C target, hundreds of millions of people will still face unprecedented water shortages,” says PhD candidate Ms. Ravinandrasana, first author of the study.

“According to our calculations, and due to the increasing severity of hydrological stress, 14% of major water reservoirs could dry out already during their first DZD events, with severe impacts on people’s livelihoods,” says corresponding author Prof. Christian FRANZKE from the IBS Center for Climate Physics.

“Day Zero Droughts are no longer a distant scenario: they are already happening. Without immediate adaptation and sustainable water management, hundreds of millions of people are likely to face unprecedented future water shortages,” says Ms. Ravinandrasana.

About The Institute For Basic Science (IBS)

Founded in 2011 by the government of the Republic of Korea, the Institute for Basic Science (IBS) aims to advance the frontiers of basic science nationwide. As of July 2025, IBS comprises 8 research institutes and 33 research centers spanning nine in physics, three in mathematics, five in chemistry, seven in life sciences, two in earth sciences, and seven interdisciplinary centers.

IBS Research Centers are hosted by leading research-oriented universities across the country, while the IBS Headquarters in Daejeon houses 12 centers as well as administrative offices and core research facilities. For more information, visit https://www.ibs.re.kr.

[출처=기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단(ICCP)(https://ibsclimate.org/news/running-dry-a-new-study-warns-of-extreme-water-scarcity-in-the-coming-decades/) / 2025년 9월 25일]

[연구논문 출처= 『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』(https://www.nature.com/articles/s41467-025-63784-6) / 2025년 9월 23일]