도시 습지의 복잡한 역학에 대한 다중 시간 모델링 및 시뮬레이션: 콜롬비아 보고타 사례

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9374(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

도시 습지는 도시의 장기적인 건강과 복지에 필수적입니다. 생물다양성이 풍부하고 생산성이 높은 생태계로 인정받은 이곳은 공기 정화, 도시 기후 조절, 신체적, 정신적 건강, 휴양, 명상 등의 측면에서 생태계 서비스를 제공하며, 그 중에서도 품질이 우수한 다양한 상품과 서비스를 제공합니다. 보고타 등 대도시 주민들의 생활은 크게 좌우된다. 우리는 콜롬비아 보고타의 도시 습지 변화를 모델링하고 시뮬레이션하기 위해 셀룰러 오토마타를 사용했습니다. 이 연구에서는 결합된 Markov-Future Land Use Simulation(FLUS) 모델을 적용하여 20년에 걸친 토지 이용/토지 피복(LULC) 변화를 시뮬레이션하고 분석했습니다. 먼저, 토지 피복 변화를 탐지하기 위해 정사모자이크(1998)와 두 개의 WorldView-2 위성 이미지(2004 및 2010)를 사용했습니다. 그런 다음 인공신경망 FLUS 모듈을 이용하여 토지등급과 관련 운전자 간의 관계를 계산하고 각 토지등급의 발생 확률을 추정했습니다. 마지막으로 우리는 관측 및 예상 LULC 변화(1998~2034)를 조사하기 위해 강도 분석을 적용했습니다. 결과에 따르면 농작물과 목초지의 증가는 습지를 희생한 것으로 나타났습니다. 또한, 시뮬레이션 결과에 따르면 습지는 2034년에 전체 연구 면적의 2% 미만을 차지할 것으로 보이며, 이는 24년 동안 14% 감소를 의미합니다. 이 프로젝트의 중요성은 도시 내 의사결정 과정과 천연자원 관리 도구로서 잠재적인 기여에 있습니다. 또한, 본 연구의 결과는 유엔 지속가능발전목표 6, "깨끗한 물과 위생", 기후변화 완화에 기여할 수 있습니다.

도시나 도시 근교1에 설립된 도시 습지는 독특하며 도시 지역의 웰빙에 없어서는 안 될 역할을 합니다. 그들은 물 공급, 수질 정화, 도시 열섬 효과 감소, 중요한 식물 및 동물 종에 서식지 제공, 홍수 규제 및 레크리에이션 기회와 같은 다양한 생태계 서비스를 제공합니다2,3. 그러나 이러한 생태계는 하수 오염, 수자원 체계 변화, 수문학 기능 감소, 서식지 및 생물 다양성 손실 또는 기후 변화, 토지 이용 변화로 인한 손실과 같은 위협에 직면해 있습니다4. 더욱이 지난 수십 년 동안 개인과 사회는 습지의 가치를 무시하고5 습지를 도시 및 건설 폐기물로 채우고 이를 불안의 근원으로 여겼습니다. 예를 들어, 보고타의 습지 면적은 1940년대 50,000헥타르였지만 현재는 901헥타르에 불과합니다6,7,8.

1950년에는 세계 인구의 70%가 농촌 지역에 살았지만, 2007년까지 도시 인구가 이 수치를 넘어섰습니다9. 그 이후로 도시 인구는 계속해서 증가해 왔으며 UN에서는 20509년까지 그 인구가 68%로 증가할 것으로 추정합니다. 도시 성장으로 인해 특히 도심과 그 주변에서 환경적 압력이 증가하고 있습니다10. 라틴 아메리카와 카리브해 지역은 세계에서 가장 도시화된 지역에 속하며 주민의 약 81%가 도시에 살고 있습니다11. 콜롬비아에서는 20세기 60년대와 70년대에 주로 폭력으로 인한 시골에서 도시로의 이주가 도시 성장을 촉진했습니다12. 1950년대 후반부터 보고타 시는 상당한 성장을 이루었고 서쪽으로 퍼져 오늘날 보고타 강에 이릅니다. 개발과 도시 성장이 증가함에 따라 한때 주변 지역이나 시골 지역에 있던 보호 습지는 도시에 흡수되어 환경적, 생태적 특성을 잃습니다10. 따라서 이러한 생태계를 보존하고 보호하는 것은 지구 변화를 모니터링하고 변화하는 세계에 인간의 적응을 안내하는 고유한 역할 때문에 중요합니다9.

도시습지를 유지하고 복원하기 위해 2000년대부터 도시습지의 변화에 ​​관한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 연구자들은 주로 도시습지의 경관 패턴과 생태적 기능의 역사적 변화를 분석해 왔다. 현장 조사, 원격 감지 데이터, 지리 정보 시스템(GIS) 및 복잡성 과학 모델링 접근법을 적용하여 이러한 생태계의 변화를 평가했습니다5,7,13,14,15,16,17,18,19. 습지 형성과 규제를 주도하는 환경 요소 간의 복잡한 상호 작용과 관계에는 복잡한 도시 경관에서 공간적, 시간적 규모에 걸쳐 습지 변화를 감지하고 분석하기 위한 방법론적 접근 방식이 필요합니다. CA(Cellular Automata)를 사용하는 토지 이용 토지 피복(LULC) 변경 모델은 토지 변화 역학을 탐색하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이는 생태계 보호 및 관리를 촉진하기 위한 공공 정책 결정의 기초로 간주됩니다20.