How exposed and threatened is Mauritius’s infrastructure to rising seas and climate extremes? Insights from a Material Stock Analysis (MSA)

기술 요약: 해수면 상승과 기후 극한 현상에 대한 모리셔스의 인프라 노출 및 위협 정도는 어느 정도인가? 재료 스톡 분석(MSA)을 통한 통찰

문제 제기
모리셔스와 같은 소도서 개발도상국(SIDS)은 해수면 상승(SLR), 폭풍 해일, 플루비알(지표면) 홍수를 포함한 기후 관련 재해에 극도로 취약합니다. 기존 연구들은 해안 취약성 지표나 경제적 손실 모델링을 통해 이러한 위험을 평가해 왔으나, 인프라의 물리적 재료 차원의 노출을 정량화하는 데는 한계가 있었습니다. 모리셔스와 유사한 SIDS의 현재 모니터링 시스템은 장기적인 적응 계획을 수립하는 데 필요한 세밀한 데이터를 결과적으로 제공하지 못하고 있습니다. 그 결과, 사용 중인 재료 스톡(건물 및 교통)의 구체적인 부피와 공간적 분포가 극한의 기후 사건에 의해 어떻게 위협받는지에 대한 이해에 결정적인 공백이 존재하며, 이는 효과적인 재난 대비 및 회복력 정책 수립을 저해하고 있습니다.

방법론
본 연구는 2018~2025년 기간 동안 모리리셔스 공화국(본섬)과 로드리게스 섬의 건물 및 교통 인프라의 사용 중인 재료 스톡을 정량화하고 지도화하기 위해 공간적으로 명시적인 재료 스톡 분석(MSA)을 채택합니다.

• 데이터 통합 및 머신러닝: 본 연구는 여러 오픈 소스 데이터셋을 통합하여 데이터의 한계를 해결합니다. 건물 윤곽선은 Microsoft Global ML Buildings (Mauritius)와 Google Open Buildings v.3 (Rodrigues)에서 추출되었습니다. 높이 데이터의 누락 문제를 극복하기 위해, 저자들은 알려진 높이를 가진 데이터의 하위 집합을 사용하여 머신러닝 모델(LightGBM, XGBoost, Random Forest, Linear Regression)을 학습시켰습니다. Mauritius의 경우 우수한 성능(RMSE 0.1466, R² 0.4487)을 보인 LightGBM이 선정되었습니다. Rodrigues의 경우, 작은 데이터셋에 대한 과적합을 피하기 위해 최대 높이와 최빈값 높이 측정치를 상관관계 기반 가중치로 적용하였습니다.
• 스톡 정량화: 건물 스톡은 높이와 점유 면적 임계값을 기준으로 6가지 유형(저부하, 중부하, 고부하 및 산업용, 각각의 컴팩트 및 확산형 서브타입 포함)으로 분류되었습니다. 콘크리트, 골재, 목재, 철강의 재료 강도(MI)는 영국 표준, 현지 건설 관행 및 전문가 검증을 통해 도출되었습니다. 교통 스톡(도로, 철도, 공항, 항만)은 Mauritius의 경우 Global Roads Inventory Project (GRIP4) 데이터를, Rodrigues의 경우 OpenStreetMap (OSM)을 사용하여 각 도로 유형 및 인프라 규모별 특정 MI 값을 적용하여 정량화되었습니다.
• 재해 노출 평가: 세 가지 재해 시나리오를 모델링했습니다:
  1. 해수면 상승 (SLR): DeltaDTM 고도 데이터를 사용하여 +1m, +2m, +3m의 SLR 시나리오를 매핑했습니다.
  2. 폭풍 해일: Cyclone Berguitta (2018)의 파라미터를 기반으로 한 경험적 파라미터화(Stockdon et al., 2006)를 사용하여 파동 런업(wave runup)과 총 수위를 계산하여 Mauritius를 모델링했습니다.
  3. 플루비알 홍수: 100년 빈도 강우량(242mm)과 FABDEM 데이터를 활용한 Fast Flood 프레임워크를 사용하여 Mauritius를 모델링했습니다.
     Rodrigues는 협소한 건축 환경과 특유의 해안 취약성 프로파일을 고려하여 SLR에 대해서만 평가되었습니다.

주요 결과

• 재료 스톡 축적: 두 섬의 총 사용 중인 재료 스톡은 약 266 Mt(Mauritius 309 Mt, Rodrigues 11 Mt)이며, 1인당 평균 200~225 톤입니다. 건물은 이 스톡의 90%를 차지하며, 교통 인프라는 10%를 차지합니다.
• 공간적 분포: 건물 스톡 핫스팟은 Mauritius의 Port Louis와 Plaine Wilhems, 그리고 Rodrigues의 Port Mathurin에 집중되어 있습니다. 교통 스톡은 주요 도로와 철도를 따라 선형 회랑을 형성하며, 해항 및 공항 주변에 고밀도 클러스터를 형성합니다.
• 해수면 상승에 대한 노출: SLR 시나리오 +1m, +2m, +3m 하에서 결합된 건물 스톡의 약 0.21.7%, 결합된 교통 스톡의 2.56.4%가 노출될 수 있습니다. Mauritius의 경우, 노출은 Port Louis와 Grand Port와 같은 저지대 해안 지역에 집중되어 있습니다.
• 폭풍 해일에 대한 노출: Mauritius의 경우, 폭풍 해일은 건물 스톡의 최대 0.3%, 교통 스톡의 3.0%를 위협할 수 있으며, 주로 Port Louis와 Grand Port의 해안 클러스터에 영향을 미칩니다.
• 플루비알 홍수에 대한 노출: 이 재해는 가장 심각한 위협을 제기합니다. 플루비알 홍수는 Mauritius의 건물 스톡의 15%, 교통 스톡의 최대 72%를 잠재적으로 영향을 미칠 수 있습니다. Port Louis, Plaine Wilhems, Pamplemousses 구역이 가장 높은 노출도를 보입니다.
• 경제적 함의: 본 연구는 홍수에 노출된 콘크리트 스톡만으로도 약 3억 7,400만 달러의 재료 교체 비용에 해당함을 추정합니다. 반복되는 피해 위험은 높은 공공 부채 수준과 상승하는 건설 투입재 가격을 고려할 때, 경제를 부채의 굴레에 가둘 위험이 있습니다.

의의 및 기여
본 논문은 Mauritius에 대한 최초의 공간 명시적 MSA이자 인도양의 모든 섬을 대상으로 한 최초의 연구라고 주장합니다. 주요 기여는 다음과 같습니다:

1. 방법론적 혁신: 데이터가 제한적인 SIDS를 위해 머신러닝을 사용하여 건물 높이를 추정하고, 다양한 오픈 소스 지형 공간 데이터셋을 통합하여 고해상도 재료 스톡 지도를 생성하는 재현 가능한 접근 방식을 보여줍니다.
2. 범위 확장: 주로 건물에 초점을 맞췄던 기존 SIDS 연구와 달리, 본 분석은 교통 인프라(도로, 철도, 항만, 공항)를 명시적으로 포함하여 기후 재해에 대한 이동 네트워크의 결정적인 취약성을 강조합니다.
3. 정책적 관련성: 단순히 경제적 또는 면적 기반의 지표가 아닌 물리적 재료 손실을 정량화함으로써, 본 연구는 재난 대비를 위한 실행 가능한 데이터를 제공합니다. 연구는 재해 취약 지역의 비공식 거주지에 대한 공식적인 계획적 이주 정책의 부재와 순환 경제를 지원하기 위한 재료 회수성 개선의 필요성과 같은 구체적인 정책 격차를 식별합니다.
4. 적응 경로: 연구 결과는 노출을 줄이기 위한 자연 기반 방어 체계, 공간 계획, 현지 재료 활용의 필요성을 강조합니다. 본 연구는 더 내구성이 있는 건설 방식과 순환적 관행으로 전환하지 않는다면, 반복되는 기후 충격이 수입 의존적인 섬 경제에 재료 손실과 재건의 악순환을 지속시킬 것이라고 주장합니다.