• Title/Summary/Keyword: PDSI

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Utilization assessment of meteorological drought outlook information based on long-term weather forecast data (장기예보자료 기반 기상학적 가뭄전망정보의 활용성 평가)

  • So, Jae-Min;Bae, Deg-Hyo
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2017.05a
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    • pp.40-40
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    • 2017
  • 최근 2014년 마른장마의 영향으로 중부 지방에 가뭄이 발생하였으며, 장마철 강수부족은 2015년까지 영향을 미친바 있다. 이로 인해 소양강 댐은 역대 최저수위를 기록하였으며, 일부 지역에서는 제한급수, 농업용수 부족 등의 피해가 발생하였다. 일반적으로 가뭄은 발생순서에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적 가뭄 등으로 분류하고 있다 (Wilhite and Grantz, 1985). 기상학적 가뭄은 농업 및 수문학적 가뭄에 영향을 미치는 가뭄의 시작 단계를 의미하며, 가뭄을 판단하는데 있어 중요한 요소라 할 수 있다. 기상학적 가뭄을 정량적으로 판단하기 위해 SPI, PDSI, PN 등이 활용되고 있으며, 특히 강수량 기반의 SPI는 계산과정이 쉽고, 다양한 지속시간(3, 6, 9, 12개월 등)에 따라 가뭄을 객관적으로 판단할 수 있어 가장 활발하게 이용되고 있다(Mckee et al., 1993). 최근 기상청은 대기와 해양-해빙 모델을 접합한 GloSea5의 장기예보자료를 활용하여 월 내지 계절 가뭄전망을 위한 기상학적 가뭄지수를 현업에 활용하고 있다. 다만 국내에서는 주로 단기가뭄(1~3개월)이 빈번하게 발생함에 따라 짧은 예보선행시간을 갖는 가뭄전망에 대한 평가에 집중되어 왔다. 2014, 15년에는 이례적으로 2년 연속 가뭄이 지속된바 있으며, 장기가뭄(3개월 이상)에 대한 전망정보의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 장기예보자료 기반의 기상학적 가뭄전망정보를 산정하고, 2015년 가뭄을 대상으로 활용성을 평가하였다. 이를 위해 ASOS 59개 지점의 관측강수량, GloSea5의 미래예측(Foreacst) 및 과거재현(Hindcast) 자료를 활용하였으며, 다양한 지속시간(3, 6, 9, 12개월)에 대한 SPI를 산정하였다. 또한 예보선행시간(1~6개월)에 따른 SPI와 관측자료 기반의 SPI 간의 통계적 분석(상관계수, 평균제곱근오차)을 수행하여 전망정보의 정확도를 평가하였다.

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Multivariate Drought Assessment Using Composite Drought Index (CDI(Composite Drought Index)를 이용한 다변수 가뭄 평가)

  • Yu, Ji Soo;Wassem, Muhammad;Kim, Tae Woong
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2015.05a
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    • pp.603-603
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    • 2015
  • 모든 외재적 형식의 가뭄을 모니터링하고 예측 및 평가하기 위해서는 가뭄지수가 필수적 요소로써 이용된다. 일반적으로 가뭄지수는 단일지수(single index), 다중지수(multiple index), 복합지수(composite index)로 분류되며 대부분 강수량, 유출량, 토양 수분량 등과 같은 하나의 변수만을 사용하는 단일지수이다. 가뭄지수는 가뭄평가에 있어서 각각의 장단점이 있다. 하나의 변수를 사용하는 가뭄지수는 계산이 간편하지만 가뭄의 물리적 특성을 정확하게 반영할 수 없기 때문에 신뢰할 수 있는 가뭄평가에 충분하지 않다. CDI(Composite Drought Index)는 PDSI(Palmer Drought Index), ADI(Aggregate Drought Index), SWSI(Surface Water Supply Index)와 같은 다중지수의 개념을 착안하여 고안되었으며, 모든 가뭄 형태(농업적 수문학적 기상학적)와 관련된 강우량, 유출량, 정규식생지수(NDVI)를 변수로써 사용하였다. NDVI는 MODIS(Moderate resolution imaging spectroradiometer)에서 제공하는 16일 간격의 위성자료를 이용하여 계산되었고 이와 시간 스케일을 맞추기 위해 나머지 두 변수 또한 16일 시계열을 사용하였다. CDI는 (1)각 변수들의 시계열을 행렬로 나타내고 (2)이것을 정규화하여 무차원 행렬로 변환한 후 (3)연구 지역의 최고습윤상태(most wet condition) 및 최고건조상태(most dry condition)의 차이값을 기반으로 하여 산정된다. 본 연구에서는 상대적으로 다른 유역에 비해 장기적이고 연속적인 자료를 확보할 수 있으며 농경지와 산림지역 비율이 높은 낙동강 유역을 대상유역으로 설정하였으며, 2001-2013년 기간의 자료를 이용하였다. 그 결과 연구 기간 중 실제 발생했던 가뭄을 반영하는 것을 확인하였다. 또한 CDI는 다양한 변수의 활용으로 가뭄의 물리적 특성의 반영이 가능하며 연구 지역의 기상 조건에 직접적으로 관련된 결과를 나타낸다. 자료의 가용성에 따라 적용범위가 제한적일 수 있으나 입력값으로 사용된 변수와 시계열을 편의와 효율에 따라 유연하게 적용할 수 있다. 따라서 CDI는 농업적, 수문학적, 기상학적 가뭄의 모든 관점을 통합하는 실용적 가뭄지수로써 사용될 수 있는 가능성을 포함하고 있다.

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Analysis of Agricultural Drought Characteristics using Vegetation Drought Response Index (VegDRI) in North Korea (식생가뭄반응지수 (Vegetation Drought Response Index, VegDRI)를 활용한 북한지역의 농업가뭄 특성 분석)

  • Lee, Hee-Jin;Nam, Won-Ho;Yoon, Dong-Hyun;Tadesse, Tsegaye;Wardlow, Brian D.
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2019.05a
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    • pp.364-364
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    • 2019
  • 최근 전세계적으로 기후변화로 인한 국내외 가뭄에 대한 피해 및 발생 빈도가 점차 증가하고 있으며, 우리나라의 경우 2000년대 이후 가뭄 주기가 점점 짧아져 2013년 이후 매년 가뭄이 발생하고 있다. 북한은 자연재해에 취약한 국가이며 특히 가뭄으로 인한 식량난 문제가 대두되고 있지만, 북한의 제한적인 정보로 인해 북한 지역에서의 가뭄의 발생과 피해 정보는 한정적이고, 활용할 수 있는 자료의 경우 외국 기관의 정보에 의존하는 실정이다. 향후 농업부문에 대한 대북한 지원과 통일 후를 대비한 농업정책의 수립을 위하여 북한의 가뭄에 대하여 독자적으로 신속한 정보를 취득, 분석할 수 있는 능력을 확보하는 것이 필요하다. 위성영상을 이용한 원격탐사 기술은 접근이 용이하지 못한 지역의 주기적인 관측이 가능하며, 동일한 정확도로 기상자료의 획득이 가능하다. Vegetation Drought Response Index (VegDRI)는 위성영상기반의 가뭄지수인 정규식생지수(Nomalized Difference Vegetation Index, NDVI), 기상학적 가뭄지수를 활용한 기후적 요소, 토지피복 및 생태지역 등의 생물물리학적 요소를 활용한 가뭄지표이다. 본 연구에서는 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 위성의 MOD13Q1 영상자료의 NDVI (2001~2018년)를 이용하였으며, 북한의 기상자료를 이용한 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI)와 파머가뭄심도지수 (Palmer Drought Severity Index, PDSI), 그리고 북한 지역의 토지피복 및 생태지역 등의 요소들을 활용한 VegDRI를 통하여 북한의 가뭄 시기에 따른 시도별 가뭄 특성에 대하여 분석하고자 한다.

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Satellite-based Evaporative Stress Index (ESI) as an Indicator of Agricultural Drought in North Korea (Evaporative Stress Index (ESI)를 활용한 북한의 위성영상기반 농업가뭄 평가)

  • Lee, Hee-Jin;Nam, Won-Ho;Yoon, Dong-Hyun;Hong, Eun-Mi;Kim, Dae-Eui;Svoboda, Mark D.;Tadesse, Tsegaye;Wardlow, Brian D.
    • Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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    • v.61 no.3
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    • pp.1-14
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    • 2019
  • North Korea has frequently suffered from extreme agricultural crop droughts, which have led to food shortages, according to the Food and Agriculture Organization (FAO). The increasing frequency of extreme droughts, due to global warming and climate change, has increased the importance of enhancing the national capacity for drought management. Historically, a meteorological drought index based on data collected from weather stations has been widely used. But it has limitations in terms of the distribution of weather stations and the spatial pattern of drought impacts. Satellite-based data can be obtained with the same accuracy and at regular intervals, and is useful for long-term change analysis and environmental monitoring and wide area access in time and space. The Evaporative Stress Index (ESI), a satellite-based drought index using the ratio of potential and actual evaporation, is being used to detect drought response as a index of the droughts occurring rapidly over short periods of time. It is more accurate and provides faster analysis of drought conditions compared to the Standardized Precipitation Index (SPI), and the Palmer Drought Severity Index (PDSI). In this study, we analyze drought events during 2015-2017 in North Korea using the ESI satellite-based drought index to determine drought response by comparing with it with the SPI and SPEI drought indices.

Effective Drought Prediction Based on Machine Learning (머신러닝 기반 효과적인 가뭄예측)

  • Kim, Kyosik;Yoo, Jae Hwan;Kim, Byunghyun;Han, Kun-Yeun
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2021.06a
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    • pp.326-326
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    • 2021
  • 장기간에 걸쳐 넓은 지역에 대해 발생하는 가뭄을 예측하기위해 많은 학자들의 기술적, 학술적 시도가 있어왔다. 본 연구에서는 복잡한 시계열을 가진 가뭄을 전망하는 방법 중 시나리오에 기반을 둔 가뭄전망 방법과 실시간으로 가뭄을 예측하는 비시나리오 기반의 방법 등을 이용하여 미래 가뭄전망을 실시했다. 시나리오에 기반을 둔 가뭄전망 방법으로는, 3개월 GCM(General Circulation Model) 예측 결과를 바탕으로 2009년도 PDSI(Palmer Drought Severity Index) 가뭄지수를 산정하여 가뭄심도에 대한 단기예측을 실시하였다. 또, 통계학적 방법과 물리적 모델(Physical model)에 기반을 둔 확정론적 수치해석 방법을 이용하여 비시나리오 기반 가뭄을 예측했다. 기존 가뭄을 통계학적 방법으로 예측하기 위해서 시도된 대표적인 방법으로 ARIMA(Autoregressive Integrated Moving Average) 모델의 예측에 대한 한계를 극복하기위해 서포트 벡터 회귀(support vector regression, SVR)와 웨이블릿(wavelet neural network) 신경망을 이용해 SPI를 측정하였다. 최적모델구조는 RMSE(root mean square error), MAE(mean absolute error) 및 R(correlation Coefficient)를 통해 선정하였고, 1-6개월의 선행예보 시간을 갖고 가뭄을 전망하였다. 그리고 SPI를 이용하여, 마코프 연쇄(Markov chain) 및 대수선형모델(log-linear model)을 적용하여 SPI기반 가뭄예측의 정확도를 검증하였으며, 터키의 아나톨리아(Anatolia) 지역을 대상으로 뉴로퍼지모델(Neuro-Fuzzy)을 적용하여 1964-2006년 기간의 월평균 강수량과 SPI를 바탕으로 가뭄을 예측하였다. 가뭄 빈도와 패턴이 불규칙적으로 변하며 지역별 강수량의 양극화가 심화됨에 따라 가뭄예측의 정확도를 높여야 하는 요구가 커지고 있다. 본 연구에서는 복잡하고 비선형성으로 이루어진 가뭄 패턴을 기상학적 가뭄의 정도를 나타내는 표준강수증발지수(SPEI, Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)인 월SPEI와 일SPEI를 기계학습모델에 적용하여 예측개선 모형을 개발하고자 한다.

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Relationship Between Standardized Precipitation Index and Groundwater Levels: A Proposal for Establishment of Drought Index Wells (표준강수지수와 지하수위의 상관성 평가 및 가뭄관측정 설치 방안 고찰)

  • Kim Gyoo-Bum;Yun Han-Heum;Kim Dae-Ho
    • Journal of Soil and Groundwater Environment
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    • v.11 no.3
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    • pp.31-42
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    • 2006
  • Drought indices, such as PDSI (palmer Drought Severity Index), SWSI (Surface Water Supply Index) and SPI (Standardized Precipitation Index), have been developed to assess and forecast an intensity of drought. To find the applicability of groundwater level data to a drought assessment, a correlation analysis between SPI and groundwater levels was conducted for each time series at a drought season in 2001. The comparative results between SPI and groundwater levels of shallow wells of three national groundwater monitoring stations, Chungju Gageum, Yangpyung Gaegun, and Yeongju Munjeong, show that these two factors are highly correlated. In case of SPI with a duration of 1 month, cross-correlation coefficients between two factors are 0.843 at Chungju Gageum, 0.825 at Yangpyung Gaegun, and 0.737 at Yeongju Munjeong. The time lag between peak values of two factors is nearly zero in case of SPI with a duration of 1 month, which means that groundwater level fluctuation is similar to SPI values. Moreover, in case of SPI with a duration of 3 month, it is found that groundwater level can be a leading indicator to predict the SPI values I week later. Some of the national groundwater monitoring stations can be designated as DIW (Drought Index Well) based on the detailed survey of site characteristics and also new DIWs need to be drilled to assess and forecast the drought in this country.

Percentile Approach of Drought Severity Classification in Evaporative Stress Index for South Korea (Evaporative Stress Index (ESI)의 국내 가뭄 심도 분류 기준 제시)

  • Lee, Hee-Jin;Nam, Won-Ho;Yoon, Dong-Hyun;Hong, Eun-Mi;Kim, Taegon;Park, Jong-Hwan;Kim, Dae-Eui
    • Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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    • v.62 no.2
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    • pp.63-73
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    • 2020
  • Drought is considered as a devastating hazard that causes serious agricultural, ecological and socio-economic impacts worldwide. Fundamentally, the drought can be defined as temporarily different levels of inadequate precipitation, soil moisture, and water supply relative to the long-term average conditions. From no unified definition of droughts, droughts have been divided into different severity level, i.e., moderate drought, severe drought, extreme drought and exceptional drought. The drought severity classification defined the ranges for each indicator for each dryness level. Because the ranges of the various indicators often don't coincide, the final drought category tends to be based on what the majority of the indicators show and on local observations. Evaporative Stress Index (ESI), a satellite-based drought index using the ratio of potential and actual evaporation, is being used as a index of the droughts occurring rapidly in a short period of time from studies showing a more sensitive and fast response to drought compared to Standardized Precipitation Index (SPI), and Palmer Drought Severity Index (PDSI). However, ESI is difficult to provide an objective drought assessment because it does not have clear drought severity classification criteria. In this study, U.S. Drought Monitor (USDM), the standard for drought determination used in the United States, was applied to ESI, and the Percentile method was used to classify drought categories by severity. Regarding the actual 2017 drought event in South Korea, we compare the spatial distribution of drought area and understand the USDM-based ESI by comparing the results of Standardized Groundwater level Index (SGI) and drought impact information. These results demonstrated that the USDM-based ESI could be an effective tool to provide objective drought conditions to inform management decisions for drought policy.

A study for diagnosis and pattern identification of Hwa-Byung (화병의 진단 및 변증유형에 관한 연구)

  • Lee, Hui-Young;Park, Jong-Hoon;Whang, Wei-Wan;Kim, Jong-Woo
    • Journal of Oriental Neuropsychiatry
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    • v.16 no.1
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    • pp.1-17
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    • 2005
  • Objective : This empirical research is performed to recognize diagnostic concept, pattern identification, and clinical features of Hwa-byung. In other words, the aims of this research are to examine the differences of the diagnosis between Hwa-Byung and the other psychiatric disorders, and to find out pattern identification, and clinical characteristics of Hwa-Byung for prescriptions of this syndrome. Method : In the experiment, there were participated 30 patients who were met for our criterions according to HBDIS (Hwa-Byung Diagnostic interview Schedule). These patients were diagnosed as Axis1 according to criterions of DSM-IV with administering SCID-I. OMS-prime was utilized for finding out pattern identification of oriental medicine. Symptom Check List-90-Revision(SCL-90-R), Hemilton rating Scale for Depression(HRSD), Heart Rate Variability(HRV), and Digital Infrared Thermographic imaging(D.I.T.I.) were also utilized to discover clinical characteristics of Hwa-Byung Patients. Results : 1. Regarding Sex-ratio, male subjects were 3(10%), and female subjects are 27(90%). The age of subjects ranged from 22 year old to 75 $(51.87{\pm}11.04;\:Mean{\pm}SD)$ 2. In the results of diagnosis on the basis of DSM-IV, the 17(56.67%) patients were MOD (Major Depressive Disorder), the 5(16.67%) patients were USD (Undifferentiated Somatoform Disorder), the 4(13.33%) patients were Dysthymic Disorder, the 3(10%) patients were GAD (Generalized Anxiety Disorder), and the 1(3.33%) was Panic Disorder. Two of the patients who diagnosed as MOD were diagnosed as Panic Disorder too, and one of them was diagnosed as Pain Disorder too. 3. Regarding pattern identification, Hwa-Byung is positively correlated to deficiency of Heart(心). and then to stagnancy of Liver-Gall bladder. Hwa-Byung is correlated deficiency symptom-complex rather than excessiveness symptom-complex. That is also correlated positively to Pathological heat and fire. 4. In SCL90-R, the mean of PSDI was $(75.3{\pm}10.7;\:Mean{\pm}SD)$. The each mean of the other 11 factors was distributed between50-70. 5. The mean of HRSD was $(17.9{\pm}5.6;\:Mean{\pm}SD)$ in the entire subject's group. Then the group of MDD was $20.9{\pm}4.4$ and the group of USD was $12.0{\pm}4.8$ 6. In the results of HRV. the mean of TP is $972.4{\pm}1174(Mean{\pm}SD)$, this is lower than normal range 1000-200. The other factors were within normal range. Then, there were no significant differences between them (p<0.05). 7. The temperatures of each acupoint have significant differences between HNl(印堂) and PC6(內關), between CV17(顫中) and PC6(內關), between HN1(印堂) and CV8(神闕), between CV17(顫中) and CV8(神闕) in comparison with the average of body temperature in the use of D.I.T.I. (p<0.01) 8. In the analysis of correlation between SCL-90-R, HRSD, HRV. and D.I.T.I. there were no significant results. According to results that the correlation was analyzed with only the MDD group as subjects, there was negative correlation between RMSSD of HRV and HRSD, between LF of HRV and PDSIof SCL-90-R, and between LF/HF of HRV and ANX, PSY, and PDSI of SCL-90-R. Conclusion : In the observation of clinical features of 30 cases of Hwa-Byung patients by using diverse structured tests, there could make diverse diagnosis as depressive disorder, anxiety disorder, and Somatoform Disorder. Particularly. MDD was highly distributed. Considering oriental medicine's pattern identification of Hwa-Byung, this syndrome is related strongly to Heart, and there were demonstrated deficiency symptom-complex, and Pathological heat and fire. One of the limits of this study is lack of control subject's group, therefore, in the future study, it requires reexamination through a comparative research with these data to complete this study.

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