• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.12
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• pp.883-893
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• 2023

While South Korea's dependence on imported grains is very high, droughts impacts from exporting countries have been overlooked. Using the Evaporative Stress Index (ESI), this study globally analyzed frequency, extent, and long-term trends of agricultural droughts and their relation to natural oscillations and global crop prices. Results showed that global-scale correlations were found between ESI and soil moisture anomalies, and they were particularly strong in crop cultivation areas. The high correlations in crop cultivation areas imply a strong land-atmosphere coupling, which can lead to relatively large yield losses with a minor soil moisture deficits. ESI showed a clear decreasing trend in crop cultivation areas from 1991 to 2022, and this trend may continue due to global warming. The sharp increases in the grain prices in 2012 and 2022 were likely related to increased drought areas in major grain-exporting countries, and they seemed to elevate South Korea's producer price index. This study suggests the need for drought risk management for grain-exporting countries to reduce socioeconomic impacts in South Korea.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.90-90
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• 2016

본 연구에서는 증발산, 토양수분, 태양복사에너지, 식생 활동 등과 같은 수문기상인자들을 활용하여 새로운 가뭄 지수(Energy-based Water Deficit Index(EWDI)를 개발하였고 이는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)에서 제공되는 산출물들을 활용하였다. EWDI는 물의 순환과 탄소 순환을 동시에 고려하여 기존에 활용되는 다른 가뭄지수들보다 다양한 측면에서 가뭄을 분석할 수 있는 장점을 가지고 있으며 산정된 EWDI는 증발산 기반의 가뭄지수인 Stand-alone MODIS-based Evaporative Stress Index(stMOD_ESI)와 함께 시공간적인 변동성을 비교하여 전 세계적으로 가뭄 피해가 심각한 지역인 몽골, 호주, 한반도 지역에 대해 2000년에서 2010년까지 적용성을 파악하였다. 또한, 본 연구에서는 각 지수들 간의 상관관계를 파악하고 수문기상 인자들과 가뭄 현상 사이에 관계성을 파악하기 위해 Receiver Operating Characteristics(ROC) 분석을 수행하였다. 위에서 언급한 여러 분석 결과를 토대로, EWDI와 stMOD_ESI는 기존에 많이 쓰였던 가뭄 지수인 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)에 비해 가뭄 상태를 더욱 잘 파악할 수 있는 것으로 나타났으며 EWDI와 stMOD_ESI가 광역적인 범위에서의 적용성이 높음을 파악하였다. 본 연구를 통해 수문기상학 및 수자원 분야에서의 인공위성을 활용한 가뭄 분석 연구의 기틀이 마련되길 기대해 볼 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.202-202
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• 2023

전 세계적으로 지구 온난화로 인해 발생한 가뭄은 사회적, 경제적, 환경적으로 막대한 피해를 야기하고 있다. 국내의 경우, 2022년부터 현재까지 지속되고 있는 가뭄 상황은 강수의 지역적 편차로 인해 남부 지역 중심으로 극심한 피해가 발생하였다. 남부 지역의 주요 용수공급원인 영산강, 섬진강권역의 용수 공급율은 예년의 57%(3.8억 톤)에 불과하며, 일부 도서·산간 지역은 용수공급이 제한되는 현상까지 발생하였다. 이러한 가뭄 피해를 대비하기 위해 초기에 모니터링을 통한 선제적 대응 방안을 구축해야 한다. 가뭄 모니터링의 경우 미계측 지역에 대한 모니터링 방법으로 주기적이고 균질한 자료를 제공 받을 수 있는 위성영상을 활용한 연구가 수행되고 있다. 가뭄을 정량적으로 분석하고 판단하기 위해 가뭄지수를 활용하고 있으며, 대표적인 가뭄지수는 지상 관측강수량자료를 활용한 확률분포 기반의 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI)와 강수 및 기온의 변동성이 포함된 표준강수증발산지수 (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)가 있으며, 위성영상 자료를 활용한 가뭄지수인 증발스트레스지수(Evaporative Stress Index, ESI) 등이 있다. 본 연구에서는 강수와 기온을 고려한 가뭄지수인SPEI와 위성영상 기반의 가뭄지수인 ESI를 활용하여 2022년 남부 지역의 가뭄 사상을 중심으로 지표별 시공간적 변화를 분석하고자 한다. SPEI의 경우 기상관측소 지점자료의 기온과 강수량을 활용하였으며, Terra 위성의 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 센서에서 제공되는 위성영상자료를 활용한 ESI는 미계측 지역에 대한 가뭄 판단을 위해 시·군별로 세분화하여 산정하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.72-72
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• 2021

가뭄은 수개월, 수년 이상에 걸쳐 서서히 발생 및 지속되며, 식생에 대한 피해가 발생할 때까지 확실한 인식이 어렵다. 최근에는 기후변화로 인하여 가뭄의 발생빈도가 증가하고 있으며, 기상 이상에 따른 다양한 형태의 가뭄이 발생하고 있다. 미국에서 정의한 'Flash Drought'는 비교적 짧은 기간 동안 표면온도의 상승과 비정상적으로 낮고 빠르게 감소하는 토양수분으로 인하여 식생에 대한 극심한 스트레스를 유발하면서 광범위한 작물 손실 및 용수공급 감소 등에 대한 피해를 야기하는 가뭄이다. 국내에서는 Flash Drought에 대한 모니터링이 활성화되지 않았기 때문에 본 연구에서는 '돌발가뭄'이라는 새로운 정의를 제시하면서 토양수분, 증발산량, 강수량, 기온 등의 가뭄 관련 주요인자를 활용하여 국내에서 발생한 돌발가뭄 (Flash Drought)를 감지하고 분석하고자 하였다. 돌발가뭄을 분석하기 위하여 선행연구에서 제시한 가뭄 관련 주요인자 기준 유형, 증발산량 기반 가뭄지수를 활용한 유형 등을 활용하였으며, 지상관측자료로는 국내 76개 종관기상관측 자료를 활용하였다. 또한, 토양수분 자료는 GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) 위성영상 자료를 취득한 후 5 km 공간해상도 자료로 활용하였다. 가뭄지수의 경우 증발산 기반 가뭄지수 중 표준강수증발산지수 SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration), 증발스트레스지수 ESI (Evaporative Stress Index) 등을 활용하여 국내 돌발가뭄 유형에 대한 분석에 적용하였다. 본 연구를 통하여 아직 명확하게 정의되지 않은 돌발가뭄에 대한 유형별 분석 및 국내 돌발가뭄의 수문기상학적 특성을 분석하고자 한다.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.38 no.6_1
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• pp.1141-1180
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• 2022

The application of satellite imageries has increased in the field of hydrology and water resources in recent years. However, challenges have been encountered on obtaining accurate evapotranspiration and soil moisture. Therefore, present researches have emphasized the necessity to obtain estimations of satellite-based evapotranspiration and soil moisture with related development researches. In this study, we presented the research status in Korea by investigating the current trends and methodologies for evapotranspiration and soil moisture. As a result of examining the detailed methodologies, we have ascertained that, in general, evapotranspiration is estimated using Energy balance models, such as Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) and Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration (METRIC). In addition, Penman-Monteith and Priestley-Taylor equations are also used to estimate evapotranspiration. In the case of soil moisture, in general, active (AMSR-E, AMSR2, MIRAS, and SMAP) and passive (ASCAT and SAR)sensors are used for estimation. In terms of statistics, deep learning, as well as linear regression equations and artificial neural networks, are used for estimating these parameters. There were a number of research cases in which various indices were calculated using satellite-based data and applied to the characterization of drought. In some cases, hydrological cycle factors of evapotranspiration and soil moisture were calculated based on the Land Surface Model (LSM). Through this process, by comparing, reviewing, and presenting major detailed methodologies, we intend to use these references in related research, and lay the foundation for the advancement of researches on the calculation of satellite-based hydrological cycle data in the future.