Modelling and Projecting Urban Population Growth in Somalia (1960–2050): A Comparative Analysis of Time Series Models
본 연구는 1960년부터 2024년까지의 역사적 데이터를 활용하여 소말리아의 도시 인구를 투영하기 위해 6개의 시계열 모델을 비교하였으며, TBATS와 ARIMA를 견고한 예측 도구로 식별하여 도시 인구가 2050년까지 2,220만 명으로 두 배 이상 증가할 것이라고 예측함으로써 선제적인 도시 계획의 시급한 필요성을 강조한다.
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당신은 제대로 된 일기를 써본 적이 없는 도시의 날씨를 예측하려고 노력 중이라고 상상해 보세요. 비가 많이 오고, 때로는 홍수가 나며, 바람의 방향이 격렬하게 바뀐다는 것은 알고 있지만, 과거에 왜, 언제 그런 일들이 일어났는지에 대한 명확한 기록은 없습니다. 이것이 소말리아와 같은 지역에서 발생하는 **인구 통계 예측(demographic forecasting)**의 과제입니다. 이는 과학의 한 분야로, 특정 지역에 미래에 얼마나 많은 사람이 살게 될지 추측하는 일을 합니다. 이를 위해 과학자들은 수학적 수정구슬과 같은 **시계열 모델(time-series models)**을 사용합니다. 이 모델들은 과거의 숫자들(예를 들어 매년의 인구수)로 이루어진 긴 선을 살펴보고, 그 선이 다음에는 어디로 향할지 패턴, 즉 '리듬'을 찾아내려 노력합니다. 어떤 모델은 점들을 잇는 직선을 그리는 것처럼 단순하지만, 어떤 모델은 데이터의 박자에 맞춰 춤을 추는 법을 배우는 로봇처럼 복잡하여 갑작스러운 도약, 느린 상승, 그리고 기묘한 뒤틀림까지도 고려합니다. 이것이 왜 중요할까요? 도시는 미래의 엔진이기 때문입니다. 만약 우리가 그곳에 얼마나 많은 사람이 살게 될지 모른다면, 충분한 학교, 병원, 또는 수도관을 건설할 수 없습니다. 잘못된 예측은 혼란을 의미하고, 올바른 예측은 더 나은 삶을 건설할 기회를 의미합니다.
이제, 데이터 세계에서 미스터리로 남아있던 한 국가에 관한 구체적인 이야기로 줌인해 보겠습니다. 소말리아입니다. 엔지니어 아메드 압디라만 이브라힘(Eng. Ahmed Abdirahmaan Ibrahim)이라는 연구자는 "소말리아의 도시 인구는 얼마나 빠르게 성장하고 있으며, 2050년에는 어디에 도달할 것인가?"라는 질문을 해결하기로 했습니다. 그는 단순히 추측한 것이 아니라, 1960년부터 2024년까지 도시 인구를 추적한 방대한 숫자의 역사책을 수집했습니다. 이는 도시 인구가 508,138명이었던 시절부터 시작하여 10,382,351명으로 폭발적으로 증가한 현재에 이르기까지 65년 치의 데이터입니다.
문제는 이 데이터가 완만하고 부드러운 언덕이 아니었다는 점입니다. 그것은 롤러코스터였습니다. 숫자들이 "비정상성(non-stationary)"을 띠었는데, 이는 전문적인 용어로 추세가 너무 빠르게 변해서 단순히 직선 하나를 그어서는 안 된다는 뜻입니다. 즉, 가속도가 붙고 있었습니다. 이를 해결하기 위해 연구자는 수학적인 "조율", 구체적으로는 "2차 차분(second-order differencing)"이라는 기술을 사용해야 했습니다. 이것을 이렇게 생각해 보세요. 만약 당신이 자동차를 운전하면서 매 초마다 가속 페달을 더 세게 밟는다면, 당신의 속도는 단순히 올라가는 것이 아니라, 당신의 가속도가 올라가는 것입니다. 수학은 이 추가적인 속도 층을 설명해야 했습니다.
데이터 준비가 끝나자, 연구자는 어떤 것이 미래를 가장 잘 예측할 수 있는지 알아보기 위해 여섯 가지 서로 다른 "예측 로봇"을 문제에 투입했습니다. 이 로봇들의 이름은 ARIMA, ETS, BATS, TBATS, Theta, ARFIMA였습니다. 테스트를 위해 연구자는 마지막 26년치 데이터(1999년부터 2024년까지)를 숨긴 채 로봇들에게 그 기간 동안 무슨 일이 일어났는지 맞혀보라고 요청했습니다. 승자는 누구였을까요? 바로 TBATS와 BATS 모델이었습니다. 이 모델들은 가장 정확했으며, 평균적으로 약 **10.54%**의 오차만을 보였습니다. ARIMA 모델은 장기적인 관점에서 근소한 차이로 2위를 차지하며 **14.62%**의 오차율을 기록했습니다. Theta와 ARFIMA 같은 다른 모델들은 매우 고전하며 큰 오차(각각 40%와 60% 이상)를 보였는데, 이는 소말리아의 인구 성장이 너무 격렬하고 복잡하여 이러한 더 단순한 도구들로는 감당하기 어렵다는 것을 시사합니다.
그렇다면 승리한 로봇은 미래에 대해 무엇을 말하고 있을까요? 결과는 놀랍습니다. 이 연구는 소말리아가 "대도시 혁명(metropolitan revolution)"의 한복판에 있다고 시사합니다. 2030년까지 도시 인구는 약 1,310만 명에 달할 것으로 예상됩니다. 하지만 진짜 충격적인 것은 장기적인 관점입니다. 2050년까지 도시 인구는 다시 두 배로 늘어나 약 2,220만 명에 이를 것으로 예상됩니다. 이는 현재 수치로부터 113.8%의 증가입니다.
이 논문은 이것이 돌에 새겨진 보장된 사실이 아니라, 사용 가능한 최선의 수학적 도구를 바탕으로 한 강력한 투영임을 주의 깊게 명시하고 있습니다. 데이터는 성장이 둔화되는 것이 아니라, 오히려 빨라지고 있음을 보여줍니다. 이는 도시가 결국 평탄한 고원처럼 성장을 멈추고 수평을 유지한다는 일부 오래된 이론들과 상반됩니다. 대신, 소말리아의 데이터는 아직 브레이크를 밟지 않은 로켓과 더 닮아 있습니다. 연구자는 이것이 단지 사람들이 일자리를 찾아 도시로 이동하기 때문(유인 요인, "pull" factor)만이 아니라, 가뭄이나 토지 황폐화와 같은 농촌의 열악한 환경(배척 요인, "push" factor) 때문이기도 하다고 주장합니다.
결론은 명확합니다. 현재의 추세가 유지된다면, 소말리아의 도시들은 이번 세기 중반까지 현재보다 두 배나 더 많은 사람들로 가득 찰 것입니다. 논문은 만약 세심한 계획이 없다면, 이러한 급격한 확장이 과밀화와 콘크리트가 뜨거워지는 "열섬 현상"과 같은 환경적 스트레스를 초래할 수 있다고 제언합니다. 그러나 지도자들이 이 수치들을 사용하여 미리 계획을 세운다면(더 나은 인프라와 서비스를 구축한다면), 이 거대한 성장은 국가의 미래를 위한 강력한 엔진이 될 수 있습니다. 수학은 기차가 빠르게 달리고 있다고 말합니다. 문제는 그 선로가 준비되어 있느냐 하는 것입니다.
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