토지 변경 과학

Land change science
NASA가 브라질의 강우량에 미치는 삼림 벌채의 영향에 대한 이미지, 토지 변화 과학 모델링의 한 예.

토지 변화 과학기후, 토지 이용, 토지 커버의 변화에 대한 학제간 연구를 말한다.[1] 토지 변화 과학은 특히 토지 이용과 시간의 경과에 따른 변화의 패턴, 과정, 결과 등을 평가하는 것을 추구한다. 토지변화과학의 목적은 기후변화에 대한 기존 지식과 지속가능한 자원관리 및 토지이용정책의 발전에 기여하는 것이다. 이 분야는 원격감지, 경관생태학, 정치생태학 등 여러 관련 분야로 정보를 제공받고 있으며, 광범위한 방법을 사용하여 토지 커버 변화의 기반이 되는 패턴과 과정을 평가한다. 토지 변화 과학은 삼림 벌채와 도시화를 포함한 상호 연결된 환경 및 사회 문제의 영향을 이해하기 위한 결합된 인간 환경 시스템으로서 토지 이용을 다룬다.

역사

기원

육지 표면에 대한 인간의 변화는 수 세기 동안 지구 시스템과 인간의 행복에 중대한 영향을 미친다고 기록되어 왔다. 농지위한 삼림 벌채와 같은 인간의 요구에 부응하기 위한 경관의 재구성은 지구 시스템에 장기적인 영향을 미칠 수 있고 기후 변화의 원인을 악화시킬 수 있다.[2] 화석연료를 태우는 것이 오늘날 기후변화의 일차적인 원동력이지만, 산업혁명 이전에는 삼림파괴관개가 인간이 주도하는 온실가스 배출의 가장 큰 원천이었다.[2] 오늘날에도 인공적인 이산화탄소 기여도의 35%는 토지 이용이나 토지 커버 변화에 기인할 수 있다.[2] 현재, 지구의 비얼음 육지 표면의 거의 50%가 인간의 활동에 의해 변형되었고, 그 땅의 약 40%가 농업에 사용되어 질소 배출의 주요 원천으로 자연 시스템을 능가하고 있다.[2]

토지의 크로플랜드 전환(지도상의 황색 지역)과 같은 토지 커버와 토지 이용 변화는 전지구적 규모의 영향이 크다.

토지변화과학은 최근 개발된 분야로 기후변화 선진화 및 지구환경변화 연구와 연계해 등장한 분야로 기후변화과학의 진화와 적응에 중요하다. 그것은 문제 지향적이기도 하고 학제간이기도 하다.[3] 20세기 중반에는 인류학, 지리학 등 연구 분야에서 인간-환경 관계가 대두되고 있었다.[4] 일부 학자들은 토지 변화 과학의 규율은 주어진 영토 내에서 사물의 총량으로서 독일의 풍경 개념에서 느슨하게 파생된다고 주장한다.[4] 20세기 후반에는 문화생태학위험평가 생태학을 연구하는 과학자들이 지구환경과학의 토대라고 이해될 수 있는 인간환경시스템으로서 국토를 다루는 수단으로 토지변화과학을 발전시키기 위해 노력하였다.[4]

지금까지 토지 변화 과학의 목적은 다음과 같다.[2]

  1. 전 세계에서 진행 중인 토지 변화 관찰 및 모니터링
  2. 토지변화를 인간-환경체계로 이해
  3. 모델 토지 변경
  4. 취약성, 지속 가능성 및 복원력과 같은 시스템 결과 평가

영향

토지 변화 과학은 학제간 분야로서, 따라서 원격 감지, 정치 생태학, 자원 경제학, 경관 생태학, 생물 지리학 등 많은 관련 연구 분야의 영향을 받는다.[2] 기후변화에 대한 연구를 보완하기 위한 것으로, 같은 기간 동안의 기후변화와 연계하여 토지 커버와 토지이용변화에 대한 조사를 통해 과학자들은 인간의 토지이용행위가 기후변화에 어떻게 기여하는지를 더 잘 이해할 수 있다.[4] 기후변화 연구와 밀접한 연관성을 감안할 때, 토지변화 과학은 본질적으로 지속가능성 연구이며, 그것이 만들어내는 과학적 지식은 지속가능한 농업의 발전과 지속가능한 토지이용 관행과 정책에 영향을 미치기 위해 사용된다.[3]

치수

토지 변화 과학은 주로 그것의 근본적인 질문들이 개발된 국제 과학 연구 프레임워크 안에서 운영된다.[4] 이 분야는 토지와 토지변화를 인간환경체계로 이해하는 데 있어 사회문화학과는 연관성이 있지만, 토지변화과학은 인간의 활동과 무관하게 생태계 및 지구체계의 구조, 기능, 토지변화에 미치는 영향 등에 대해서도 중점적으로 연구한다. 토지 변화 과학은 토지 덮개 변화의 생태학적 효과를 계량화하는 것에서부터 제도적 차원에서 토지 이용 결정을 위한 사회 환경적 동인을 이해하는 것까지 광범위한 차원의 범위를 포괄한다.[5] 그 결과 토지 변경 과학은 광범위한 자료의 종합과 다양한 자료 수집 방법의 종합에 크게 의존하고 있는데, 그 중 일부는 아래에 자세히 설명되어 있다.[5]

토지 커버 모니터링 및 평가

토지 변화 과학의 주요 기능은 인간의 활동과 자연적 과정 모두에서 발생할 수 있는 장기적인 경관 변화 패턴을 문서화하고 모델링하는 것이다.[6] 과학자들은 토지 커버와 토지 이용의 변화를 감시하고 평가하는 과정에서 토지 커버와 토지 이용이 어디에서 변화하는지, 변화의 범위와 시기, 그리고 시간이 지남에 따라 변화가 어떻게 변화하는지를 포함한 몇 가지 요인을 살펴본다.[7] 이를 위해 과학자들은 위성사진원격으로 감지된 데이터의 다른 출처(예: 항공기 이미지), 현장 관찰, 과거 계정 및 재구성 모델링을 포함한 다양한 도구를 사용한다.[6] 이러한 도구들, 특히 위성사진들은 토지 변경 과학자들이 토지 변경률을 정확하게 모니터하고 시간에 따른 변동성을 수량화하기 위한 일관되고 장기적인 기록을 만들 수 있도록 한다.[7] 과학자들은 토지 덮개 변경의 패턴을 관찰함으로써 이러한 변경의 결과를 결정하고, 향후 변경의 영향을 예측하며, 이 정보를 이용하여 전략적인 토지 관리에 정보를 제공할 수 있다.

아랄 해

원격 감지 영상은 1989년(왼쪽)부터 2014년(오른쪽)까지 아랄해의 범위 변화를 보여준다.

아랄해의 급속한 쇠퇴는 지역적 규모의 토지 이용과 토지 변화가 지역적 기후 시스템에 얼마나 복합적인 영향을 미칠 수 있는지, 특히 인간의 활동이 자연적 기후 주기를 심각하게 교란할 때, 어떻게 토지 변화 과학을 그러한 변화를 지도하고 연구하는데 사용할 수 있는지를 보여주는 사례다.[2] 1960년 중앙아시아에 위치한 아랄해는 세계에서 네 번째로 큰 호수였다.[8] 그러나, 현재 카자흐스탄, 우즈베키스탄, 투르크메니스탄의 건조한 평야에 관개하기 위해 소련이 수행한 물 전용 프로젝트는 아랄 해의 육상 면적의 85%와 부피의 90%를 잃는 결과를 낳았다.[8] 아랄해의 손실은 바다 어업의 소멸과 건조해염대의 바람 확산에 의한 농경지 염화 등 이 지역의 인간 환경 상호작용에 큰 영향을 미쳤다.[2][8] 또한, 과학자들은 나사의 중간 해상도 영상 스펙트럼 분석계(MODIS)와 같은 기술을 사용하여 아랄 해와 그 주변 기후에 대한 변화를 시간이 지남에 따라 추적할 수 있었다.[9] 인간이 초래한 토지 커버 변화를 추적하기 위해 모델링과 위성 사진을 사용하는 것은 토지 변화 과학의 범위의 특징이다.

위험 및 취약성

위험과 취약성을 모델링하는 것도 토지 변화 과학의 실용적인 적용의 하나이다. 인간의 활동이 시간이 지남에 따라 토지 커버 변화에 어떤 영향을 미칠 것인지에 대한 정확한 예측은 물론 그러한 변화가 생태계와 인간 시스템의 지속가능성에 미치는 영향을 이러한 변화를 다루기 위해 고안된 정책의 수립을 알려 줄 수 있다.[10]

토지 변화 과학의 맥락에서 위험과 취약성을 연구하려면 정량적, 정성적, 지리공간적 모델, 방법 및 지원 도구의 개발이 수반된다.[11] 이러한 도구의 목적은 위험 사건이나 장기적인 토지 변화에 대한 인간 커뮤니티와 자연 생태계의 취약성을 전달하는 것이다. 위험과 취약성을 모델링하려면 위험에 대한 공동체 민감도 분석, 사람과 기반구조의 지리적 분포 이해 및 특정 장애 발생 확률의 정확한 계산이 필요하다.[11]

토지변경모델링

토지 변화 과학의 맥락에서 위험과 취약성을 연구하기 위한 핵심 방법은 토지 변화 모델링(LCM)으로, 변화를 시뮬레이션하고 토지 이용과 토지 커버에 사용할 수 있다.[12] LCM은 잠재적 영향의 예측을 허용하고 일부 불확실성은 있지만 정책 결정을 알리는 데 사용될 수 있다는 점에서 위험 평가에 유용한 대체 상황에서 토지 이용과 토지 커버가 어떻게 변화할 수 있는지를 예측하는 데 사용할 수 있다.[12]

인간의 영향과 토지 변화 과학

토지 변경 과학은 토지 변경 커버의 위치, 범위, 변동성을 계량화하고, 새로운 패턴의 분석을 포함하지만, 사회 및 경제 요소를 포함한 근본적인 학제간으로 남아 있다.[7] 인간의 활동은 토지 커버 변화의 가장 중요한 원인일 뿐만 아니라, 인간 또한 이러한 변화의 환경적 결과에 직접적인 영향을 받는다.[7] 집단적 토지 이용과 토지 커버 변화는 주요 지구 시스템의 기능을 근본적으로 변화시켰다.[13] 예를 들어, 토지 이용과 토지 커버에 대한 인간의 변화는 지역적, 지역적 차원에서 심오한 영향 환경을 가지고 있으며, 이는 결국 지구 온난화에 기여한다.[13] 보다 일반적으로 단기적 이익을 위해 천연자원생태계 서비스를 극대화하면 생태계의 장기적 복원력과 인간의 요구를 지원하는 능력을 저해하는 경우가 많다.[13]

인간이 토지 덮개 변화에서 수행하는 중요한 역할과 토지 변화 패턴과 기후에 영향을 미치는 영향을 이해하려면 토지 변화 과학자들은 역사적 토지 변화의 사회적 경제적 동인을 규명해야 한다. 아래는 토지 변경 과학의 사회적, 경제적 차원에 핵심적인 역할을 하는 토지 이용과 토지 덮개 변경의 몇 가지 예들이다.

열대 삼림 벌채

토지이용 전환을 위한 열대우림 벌채.

토지 변화 과학의 맥락에서 삼림 벌채는 이전에 삼림이었던 토지를 다른 용도로 체계적이고 영구적으로 전환하는 것이다.[14] 그것은 역사적으로 토지 이용과 토지 커버 변화의 주요한 촉진자였으며 토지 변화 과학의 특별한 초점이다.[10] 숲은 지구 생태계의 필수적인 부분이며 탄소 포획, 생태학적 과정, 생물 다양성에 필수적이다.[10] 그러나 농업이 발명된 이후 전 세계 산림 덮개는 35%[10]가 줄었다. 게다가, 특히 열대 우림은 세계 생물 다양성의 최소한 3분의 2를 지원하고, 이들 지역의 지속적인 토지 커버의 변화가 대규모 멸종의 원인이 되고 있다고 여겨진다.[15] 인간이 주도하는 삼림지 이용 전환에 따른 심각한 생태학적 결과뿐만 아니라 토지 이용 변화의 패턴을 효과적으로 모델링하고 평가하기 위한 산림 커버의 지속적인 하향 추세를 고려할 때, 과학자들은 또한 삼림 파괴 그 자체의 사회적 경제적 동인들에 대해서도 연구해야 한다.

삼림 벌채에 따른 토지 이용과 토지 커버 변화는 주로 대규모 사회 경제적 과정의 영향이다. 중요한 것은, 삼림 벌채에 대한 직접적인 혹은 근본적인 원인이 거의 없다는 것이다.[16] 오히려 삼림 벌채는 토지 덮개를 바꾸기 위해 동시에 또는 순차적으로 작용하는 제도적 힘들이 뒤얽힌 결과물이다.[16] 예를 들어, 대규모 삼림 벌채는 종종 산업 농업의 산물로 여겨지지만, 상당 부분 오래된 성장 숲 벌채는 소규모 이주 농업의 결과물이다.[17] 산림 덮개가 제거되면서 산림자원이 소진되고 개체수가 늘어나 희소성이 생기게 되는데, 이로 인해 사람들은 이전에 방해받지 않았던 숲으로 다시 이동하게 되어 산림 벌채의 과정이 다시 시작된다.[17] 이 과정을 농촌 간 이동이라고 한다.[17] 이러한 지속적인 이주의 배경에는 몇 가지 이유가 있다: 빈곤에 따른 가용 농지의 부족과 높은 비용이 기존 농지에 대한 농업 강도의 증가로 이어질 수 있다.[17] 이로 인해 농지가 과도하게 증식되고, 그 아래로 사막화가 일어나게 되는데, 이는 또 다른 토지 덮개 변화로 인해 토양을 사용할 수 없고 수익성이 없어 농부들은 손대지 않고 인구가 밀집되지 않은 노농림들을 찾아야만 한다.[17]

농촌 이주와 자급자족 농업 외에도 경제 발전이 산림 벌채에도 상당한 역할을 할 수 있다.[16] 예를 들어, 삶의 질을 향상시키기 위해 고안된 도로와 철도 확장아마존과 중앙 아메리카에서 상당한 삼림 벌채를 초래했다.[16] 게다가 경제 발전의 밑바탕은 수출 증가에서 외채에 이르는 빈곤 대신 글로벌 경제 참여와 연결되는 경우가 많다.[16] 삼림 벌채는 많은 상호연결된 이유로 발생하며, 따라서 토지 변경 과학자들이 왜 그리고 언제 발생했는지를 밝혀낼 수 있는 패턴을 식별하기 위해 그것을 추적하는 것이 중요하다. 경제 불안과 농촌 이주 같은 현상은 반드시 양적인 것은 아니지만, 그럼에도 불구하고 미래 토지 커버 변화와 그 결과를 예측하려는 토지 변화 과학 모델에 귀중한 정보를 제공한다.

도시화.

세계에서 가장 큰 도시 지역 중 하나인 인도 뉴델리의 항공 이미지.

대체로 도시화는 도시 지역에 사는 사람들의 증가다. 토지 변화 과학의 맥락에서 도시화는 도시 인구 증가와 도시 지역의 물리적 성장을 모두 말한다.[18] 유엔에 따르면 1950년 이후 세계 도시 인구는 7억5100만 명에서 2018년 42억 명으로 급격히 증가했으며, 현재 추세로는 이 숫자가 계속 증가할 것으로 전망하고 있다.[19] 이러한 인구 이동에 수반되는 것은 경제적 흐름, 문화와 생활방식, 그리고 공간적 인구 분포의 중요한 변화들이다.[19] 비록 도시화된 지역이 지구 표면의 3%에 불과하지만, 그럼에도 불구하고 그것들은 토지 이용과 토지 커버 변화에 상당한 영향을 미친다.[20]

도시화는 토지 이용과 토지 커버 변화에 중요하며, 따라서 다양한 이유로 토지 과학을 변화시킨다. 특히 도시화는 도시-농촌 연계나 도시-농촌 간 상품과 서비스 이전 생태적 발자취를 통해 다른 지역의 토지 변화에 영향을 미친다.[13] 도시화의 증가는 소비 증가로 이어져 주변 농촌 땅에 대한 압박이 가중된다.[13] 도시 지역의 외형적 확산은 이전에 농작물 재배에 사용되었던 인접 토지를 인수할 수도 있다.[13]

도시 열섬

도시화는 도시 열섬 효과를 통해 토지 커버에 추가적인 영향을 미친다. 열섬은 건물이나 도로 등 태양광을 흡수·재방사하는 구조물이 밀집해 있고, 식물성 덮개가 적어 도심지역이 주변 지역보다 기온이 높을 때 발생한다.[21] 열섬은 에너지 소비 증가를 유발할 수 있으며, 이는 온실가스의 배출량을 증가시키는 결과를 가져올 수 있다.[21] 열섬과 관련된 높은 온도는 특히 저소득 지역에서 인간의 건강을 해칠 수 있다.[21] 도시 지역이 기후에 미치는 영향은 도시화가 토지 변화 과학의 중요한 요소가 될 수 있다는 것을 나타낸다.

장애물

학문으로서의 토지 변화 과학은 여러 가지 도전에 직면하고 있는데, 그 중 다수는 학제간 특성이나 집계 데이터를 이용한 추론 개발 문제에서 기인한다.[22] 예를 들어, 토지 변경 과학은 데이터에 대한 제약과 토지 변경의 근본적인 문제에 대한 이해 부족으로 제한된다.[23] 구체적으로는 토지변경을 연구하는 데 자주 사용되는 공간모델은 토지변화에 관한 공공데이터의 접근 부족, 센서 결함, 높은 수준의 가변불확실성 등으로 인해 제약을 받을 수 있다.[23] 따라서 모델은 종종 단기적인 추정만 할 수 있으며, 이것은 그들이 제공할 수 있는 예측 수준을 심각하게 제한한다.[23] 또한, 지구적 규모의 토지 변화 연구에 필수적인 사회 환경 시스템의 사례 연구를 종합하고 결합하는 것은 어렵다.[24] 그러므로 이러한 좌절은 토지 변화 과학이 달성하고자 하는 지역사회와 환경의 연결에 근본적인 도전을 제기한다.[22]

참고 항목

참조

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