• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.43-43
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• 2020

보령댐은 충남 서부지역 8개 시·군에 생활용수와 공업용수를 공급하고 있는 중요한 수원으로 최근 우리나라에서 발생한 연속적인 가뭄으로 2015년에는 저수율이 7.5 %까지 감소하여 제한급수가 시행되었다. 본 연구에서는 가뭄으로 인한 물 공급 부족에 취약함을 보인 보령댐 유역(297.4 ㎢)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델과 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 내한능력을 평가하였다. SWAT 모형을 활용하여 보령댐의 물수지를 모의하기 위하여 보령댐의 실측 유출량, 저수량, 방류량으로 보령댐 유입량과 저수량을 보정(2002~2004) 및 검정(2005~2007)하였으며, 실측 저수량을 기반으로 미래 댐 운영을 모의하였다. 검·보정 결과, 댐 유입량과 저수량의 PBIAS(%)는 -0.04, -0.09, NSE(Nash and Sutcliffe Efficiency)는 0.52, 0.96, RMSE(Root Mean Square Error)는 1.80 mm/day, 0.67 × 10⁶㎥로 분석되어 신뢰성 있는 모의 결과를 보였다. 보정된 SWAT 모형으로 가뭄 사상이 반영된 기후변화를 모의하기 위하여 APCC의 26개 CMIP5 GCM 시나리오를 SPI (Standardized Precipitation Index)와 연속 이론(Runs theory)으로 분석하여 6개의 극한 가뭄 시나리오 (RCP 4.5, 8.5 CMCC-CM, INM-CM4, IPSL-CM5A-MR)를 선정하였으며, 선정된 시나리오를 모형에 적용하여 가뭄 사상을 반영한 보령댐의 미래 내한능력을 평가하였다. 내한능력평가 및 분석 기간은 Historical(1980~1999; 1990s), Present(2000~2019; 2010s), 그리고 미래 기간 (2020~2039; 2030s, 2040~2059; 2050s, 2060~2079; 2070s, 2080~2099; 2090s)으로 나누었으며, 취약성(Reliability), 회복성(Resilience), 위험성(Vulnerability), 세 가지 지표로 내한능력 평가를 수행하였다. 평가 결과, 미래 취약성은 2050s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.803까지 감소하였으며, 회복성과 위험성은 2070s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.003, 3,567.6 × 10⁶㎥까지 감소하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.38-38
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• 2020

SPI지수는 강수량이 감소하기 시작하면 필요한 물수요에 비해서 상대적으로 물부족을 유발하게 되고, 가뭄발생의 발단이 된다는 것에 착안하여 개발된 지수이다. 하지만 다른 가뭄지수와 마찬가지로 강수량 또는 유출량 시계열을 상대적인 표준정규분포로 산정하였기 때문에 인근 지역에 비해 상대적으로 강수량이 많은 지역도 실제로 발생하지 않은 가뭄이 발생한다고 분석이 된다. 이러한 현상을 완화시키기 위해 수정된 가뭄분석 기법이 요구된다. 이에 Jeung et. al(2019)은 이런 현상을 완화시키기 위해 SPI지수 계산과정에서 해당지점의 시계열을 대상으로 계산되는 Gamma 분포를 전국으로 확장 시켜 산정 후 표준정규분포에 적용하여 가뭄지수를 산정하였다. 또한 과거 제한급수가 발생했던 지역을 대상으로 극한가뭄과 가뭄지속기간을 이용하여 M-SPI지수의 효용성을 확인한 결과, 제한급수 실시년도와 SPI, M-SPI 결과와의 비교결과 과거 가뭄을 정확하게 모사하는 것을 확인하였다. 하지만 M-SPI는 전국을 하나의 지역으로 가정하여 산정하였고, 증발산량과, 고도 등 지형의 특성을 고려하지 않았기 때문에 일부의 가뭄사상을 재현하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기상학적 인자와, 지형학적 인자를 고려하여 지역화를 하고, 각 지역별로 대표 확률분포를 산정하여 가뭄지수를 산정하고자 한다. 또한 한국 기상청에서 제공하고 있는 국가 표준기후변화 시나리오를 수집하여 M-SPI에 적용하여 미래 극한 가뭄빈도의 변화를 전망하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Disaster Information Conference
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• 2016.11a
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• pp.388-390
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• 2016

본 연구에서는 금강유역의 가뭄과 한반도 주변 지역의 기후 인자들과의 상관관계를 파악하고 이를 바탕으로 기후변화 시나리오를 이용하여 미래의 가뭄을 예측하였다. 1974 - 2015년 동안 11 - 5월에 발생한 강우 자료와 NOAA에서 제공하는 NCEP-NCAR 자료를 이용하여 한반도 주변 기후인자와 금강유역의 강우가 과거 발생한 가뭄과 어떠한 상관관계를 갖는지를 분석하였다. 금강유역의 강우 패턴을 4개의 스테이지로 구분한 후 이를 상태층으로 참고하였으며, 관측 자료는 학습단계에 활용하였다. 이러한 기후인자와 강우 관계의 학습 결과를 바탕으로 기후변화 시나리오를 적용하고 미래의 기후요소를 예측하였으며 이를 통해 미래 금강유역의 가뭄을 예측하였다. 본 연구의 결과는 금강권역 수자원 공급 계획 및 설계의 기초자료로 제공될 수 있으며, 가뭄 대비 대책 사업의 우선순위 결정에 대한 근거 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.20-20
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• 2018

다년동안 지속되는 가뭄현상이 빈번하게 발생하고 있지만, 우리나라에서는 지금까지 장기 가뭄보다 단기 가뭄에 초점을 맞춰 연구가 진행되어 왔다. 다년 가뭄을 반영하지 않고 댐의 저수용량을 평가할 경우, 저수용량이 과소평가될 수 있기 때문에 다년간의 가뭄을 반영한 시계열 모형을 통해 다양한 시나리오를 생성하고 분석해야 한다. 본 연구에서는 2015년부터 2017년까지 장기 가뭄이 발생한 보령댐의 1998년-2017년까지의 관측 월평균 유입량 자료를 바탕으로 Autoregressive Moving Average(ARMA)시계열 모형과 Hurst Coefficient를 추가하여 장기지속성을 반영하도록 개발된 시계열 모형인 Autoregressive Fractionally Integreated Moving Average(ARFIMA)를 사용하여 보령댐 500년 기간의 유입량 자료를 생성하였다. Hurst Coefficient는 Hurst가 제안한 Rescaled Range(R/S)방법 외에도 경험식, 이론식을 모두 사용하여 산정하였다. 생성된 자료가 관측 자료의 장기지속성을 잘 반영하는지에 대한 검증을 위해 관측자료의 누적유입량으로부터 선형 이동평균방법을 사용하여 가뭄기준을 산정하고, 생성한 유입량 자료가 장기가뭄을 반영하고 있는지 판단하였다. 그 결과 가뭄의 장기지속성을 잘 반영하는 시계열 모형을 선정하였으며, 향후 연구를 통해 미래 기후변화 시나리오를 반영한 장기가뭄 분석을 수행할 예정이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.6
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• pp.381-395
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• 2019

The purpose of this study is to predict agricultural reservoir storage rate (RSR) in a month. This algorithm was developed by multiple linear regression model (MLRM) which included the past 3 months RSRs data and the future climate change scenarios. In order to improve use of predicted RSR, this study need the severe criteria in terms of drought. So, the predicted RSR was indexed as the 3 months reservoir drought index (RDI3) and then it was disaggregated into drought duration, severity, and intensity. For the future RSR estimation by climate change scenarios, the 6 RCP 8.5 scenarios of HadGEM2-ES, CESM1-BGC, MPI-ESM-MR, INM-CM4, FGOALS-s2, and HadGEM3-RA were used in three future evaluation periods (S1: 2011~2040, S2: 2041~2070, S3: 2071~2099). The future S3 period of HadGEM2-ES scenario which has the biggest increase in precipitation and temperature showed the largest decrease to 60.2% among the 6 scenarios compared to the historical RSR (1976~2005) 77.3%. In contrast, INM-CM4 scenario which has smallest changes in precipitation and temperature in S3 period showed the smallest decrease to 72.8%. For the CESM1-BGC and MPI-ESM-MR, FGOALS-s2, and HadGEM3-RA, the S3 period RSR showed 72.6%, 72.6%, 67.4%, and 64.5% decrease respectively. The future severe drought condition of RDI3 below -0.25 showed the increase trend for the number and severity up to -2.0 during S3 period.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.6
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• pp.427-436
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• 2020

It is uncertain how global climate change will influence future drought characteristics over the Korean peninsula. This study aims to project the future droughts using climate change and land use change scenarios over the Korean peninsula with the land surface modeling system, i.e., Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling system (WRF-Hydro). The Representative Concentration Pathways (RCPs) 2.6 and 8.5 are used as future climate scenarios and the Shared Socio-economic Pathways (SSPs), specifically SSP2, is adopted for the land use scenario. The using Threshold Level Method (TLM), we identify future hydrological and ecological drought events with runoff and Net Primary Productivity (NPP), respectively, and assess drought characteristics of durations and intensities in different scenarios. Results show that the duration of drought is longer over RCP2.6-SSP2 for near future (2031-2050) and RCP8.5-SSP2 (2080-2099) for the far future for hydrological drought. On the other hand, RCP2.6-SSP2 for the far future and RCP8.5-SSP2 for the near future show longer duration for ecological drought. In addition, the drought intensities in both hydrological and ecological drought show different characteristics with the drought duration. The intensity of the hydrological droughts was greatly affected by threshold level methods and RCP2.6-SSP2 for far future shows the severest intensity. However, for ecological drought, the difference of the intensity among the threshold level is not significant and RCP2.6-SSP2 for near future and RCP2.6-SSP2 for near future show the severest intensity. This study suggests a possible future drought characteristics is in the Korea peninsula using combined climate and land use changes, which will help the community to understand and manage the future drought risks.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.219-219
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• 2016

기후변화에 따른 청미천 유역의 가뭄 특성을 평가한 연구로 가뭄의 발생은 여러 요소가 연속적인 상관관계를 이루고 있으며, 가뭄지수 산정에 내재되어 있는 복잡성 및 불확실성으로 인해 다양한 가뭄지수를 적용하였다. 그 중 기상학적 가뭄지수는 강수량을 이용하여 산정하는 SPI(Standardiz d Precipitation Index)와 강수량과 증발산량을 바탕으로 산정하는 SPEI(Standardiz d Precipitation Evaportranspiration Index), 유효토양수분량을 바탕으로 산정하는 농업학적 가뭄지수인 PDSI(Palmer Drought Severity Index), 유출량을 이용하여 산정하는 수문학적 가뭄지수인 SDI(Streamflow Drought Index)의 지속기간 3개월, 6개월, 9개월에 따른 과거(1985년부터 2015년) 및 미래(2016년부터 2099년)의 가뭄특성을 파악하였다. 미래의 경우 기후변화 시나리오인 RCP(Representative Concentration Pathway) 4.5와 8.5를 이용하였으며, 농업학적 및 수문학적 가뭄지수는 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모형 모의를 통해 산출된 결과를 토대로 산정하였다. 과거 기간의 가뭄지수 산정 결과, 2015년과 2014년이 극한 및 평균 가뭄의 평균에서 가장 극심한 가뭄을 나타냈으며, PDSI를 제외한 각 가뭄지수 간에는 높은 상관정도를 보였다. 과거를 포함한 미래 가뭄의 경우 현재(2011년부터 2020년까지), 가까운 미래(2021년부터 2040년까지), 중간 미래(2041년부터 2070년까지), 먼 미래(2071년부터 2099년까지)로 나누어 가뭄을 평가하였다. 평가 결과 현재의 경우 과거 기간의 가뭄과는 달리 2018년이 가뭄에 취약했으며, 극한 및 평균 가뭄의 평균에서 두 기후변화 시나리오는 가까운 미래와 중간미래가 취약함을 나타냈다. 상관계수의 경우 과거 결과와 마찬가지로 PDSI를 제외한 각 가뭄지수 간에 높은 상관정도를 나타냈다. 또한 빈도해석 결과 RCP 4.5에서 더 큰 변동성을 보였다. 현저히 적은 강수 및 기온 상승으로 인한 증발산량의 증가 등으로 인해 최근 들어 가뭄의 정도가 심해졌으며, 미래에는 더욱 더 심해질 전망으로 보여진다. 이를 평가하기 위해서는 본 결과에서 보듯이 각 각의 가뭄지수는 극한 가뭄의 발생 시기 및 강도에서 각기 다른 차이를 확인할 수 있기 때문에 가뭄 평가 시 다양한 형태의 가뭄지수 활용이 이루어져야 할 것이다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.43 no.2
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• pp.175-185
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• 2023

As drought risk increases due to climate change, various research works are underway around the world to respond to drought so as to minimize drought damage. In particular, in recent years, many studies are focused on analyzing regional patterns of drought in a comprehensive manner, however there is still insufficient to quantitatively identify drought-risk areas in a large river basin considering climate change in Korea. In this study, we calculated the Standardized Precipitation Index (SPI) and the Modified Standardized Precipitation Index (M_SPI) as representative meteorological drought index, and performed spatial autocorrelation analysis to identify the drought hotspot region under climate change scenarios of Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5 and RCP 8.5. The SPI was calculated by estimating parameters for each observation station within the study area, whereas the M_SPI was calculated by estimating parameters for the entire study area. It is more reasonable to use the M_SPI for assessing meteorological drought from an overall perspective within the study area. When the M_SPI was used, long-term droughts showed drought hotspot areas clearly larger than short-term droughts. In addition, the drought hotspot area moved from the center of the Nakdong River basin to the Seomjin River basin over time. Especially, the moving patterns of the short-term/long-term drought were apparent under the RCP 4.5, whereas the moving patterns of the long-term drought were distinct under the RCP 8.5 scenarios.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.89-89
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• 2016

전 세계적으로 발생하는 기후변화로 인해 홍수, 가뭄 등과 같은 자연재해의 빈도가 높아지고 있다. 이러한 자연재해는 사회 경제적으로도 많은 피해를 유발하고 있으며, 특히 물과 관련한 자연재해는 인류의 생존과 직결되는 문제가 된다. 이중에서도 가뭄과 관련한 연구는 진행 속도가 느리고, 가뭄의 진원지나 그 경로를 파악하기 어려운 문제로 인하여 다른 연구와 비교하였을 때 상대적으로 미흡하게 진행되어 왔다. 이러한 문제점 때문에 여타의 다른 자연재해에 비해 가뭄에 대한 예측 및 대책 마련 또한 쉽지 않은 실정이다. 이에 몬테카를로 모의를 통해 미래에 발생할 수 있는 다양한 시나리오를 도출하는 확률론적 접근을 통해 좀 더 효율적이고 현실적인 대책 안을 마련할 수 있다. 본 연구의 목표는 기존 강우생성기와 증발산생성기를 결합한 일기생성기를 개발하고 이를 기후변화 시나리오에 적용하여 미래의 가뭄위험지수를 산출하는 것이다. 산출된 결과를 토대로 우리나라 전역에 대하여 준 실시간으로 갱신되는 미래가뭄위험도의 지도를 제작할 수 있다. 본 연구의 차별성은 첫 번째로 추계론적 접근을 통해 현재의 가뭄상태에 근거한 미래 가뭄에 대한 위험도를 예측할 수 있음을 들 수 있으며, 두 번째로는 지표해석모형을 활용하여 가뭄을 해석하기 때문에 유역 전반에 걸친 토양수분 뿐 만 아니라 국내 주요 댐 상류의 저수지 유입량의 불확실성을 정량화 할 수 있으며, 이는 기후변화에 따른 수자원 장기계획의 수립 및 의사결정에 있어 실용적인 정보를 제공할 수 있다.

• Journal of Climate Change Research
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• v.4 no.4
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• pp.397-407
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• 2013

Seasons in Korea have very distinguishable features. Due to continental high pressure, spring in Korea is dry and has low precipitation. Due to climate change derived from the increase of greenhouse gases, climate variability had increased and it became harder to predict. This caused the spring drought harsher than usual. Since 1990s, numbers of chronic drought from winter to spring increased in southern regions of Korea. Such drought in the spring damages the growth and development of the crops sown in the spring and decreases its quantity. For stable agricultural production in the future, it is necessary to assess vulnerability of the relationship between spring drought and agricultural production as well as to establish appropriate measures accordingly. This research used CCGIS program to perform vulnerability assessment on spring drought based on climate change scenario SRES A1B, A1FI, A1T, A2, B1, B2 and RCP 8.5 in 232 regions in Korea. As a result, Every scenario showed that vulnerability of spring drought decreased from 2000s to 2050s. Ratio of decrease was 37% under SRES scenario but, 3% under RCP 8.5 scenario. Also, for 2050 prediction, every scenario predicted the highest vulnerability in Chungcheongnam-do. However, RCP-8.5 predicted higher vulnerability in Gyeonggi-do than SRES scenario. The reason for overall decrease in vulnerability of agriculture for future spring drought is because the increase of precipitation was predicted. The assessment of vulnerability by different regions showed that choosing suitable scenario is very important factor.