• 한국수자원학회논문집
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• 제56권8호
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• pp.509-520
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• 2023

가뭄은 강수량, 토양수분 그리고 유출량 등 여러 가지 요인으로부터 영향을 받으며, 가뭄의 상황 판단을 위하여 다양한 가뭄지수가 널리 활용되고 있다. 가뭄지수의 산정에 활용되는 수문기상학적 자료와 가뭄지수 산정공식에 따라서 지수값은 달라지며, 가뭄 상황에 대한 판단에도 차이가 발생 할 수 있다. 본 연구에서는 국내외에서 널리 활용되는 표준강수지수(SPI)의 산정과정에서 결정해야 하는 강수량의 자료길이, 누적기간, 확률분포 모형, 매개변수 추정기법 등을 불확실성 영향 요인으로 가정하고, 각각의 조합에 대한 불확실성을 평균제곱근오차와 선형혼합모형(LMM)을 활용하여 평가하였다. 평균제곱오차는 SPI 산정과정에 발생되는 전반적인 오차를 추정하며, LMM은 영향 요인들의 상대적인 불확설성을 평가하는데 활용되었다. 그 결과, SPI 산정에 활용된 자료의 기간과 누적기간이 길어질수록 평균제곱오차가 감소하였다. LMM을 통하여 불확실성 영향요인들의 기여도를 비교한 결과, SPI의 불확실성에는 자료기간의 영향이 가장 크게 나타났다. 또한, 자료기간이 증가하면, 자료기간에 의한 불확실성은 감소하고 누적기간과 매개변수 추정기법에 의한 불확실성이 상대적으로 증가하였다. 본 연구 결과, SPI 산정과정에서 발생되는 불확실성을 줄이기 위해서는 장기간의 자료 확보가 우선이며, 자료의 특성을 적절히 반영하는 확률분포모형과 매개변수 추정기법이 적용되어야 한다.

• 한국농공학회논문집
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• 제59권4호
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• pp.65-74
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• 2017

North Korea is one of the high vulnerable countries facing the threat of natural disaster and has experienced more frequent disasters in recent years. These disasters have significantly led to food shortages and large reductions in crop yields. In 2015, both North Korean officials and international agencies had identified the extreme drought event, the worst in one hundred years according to the North Korean government. The objective of this study was an assessment of the extreme drought events in 2014~2015, and to apply climatic drought indices for drought monitoring in North Korea. Characteristics of the extreme drought in North Korea are examined by using the weekly-based Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI). The drought characteristics illustrated by the SPEI results are compared with a Standardized Precipitation Index (SPI) results and drought impact information to understand how these indices can explain the drought conditions within the country. These results demonstrated that the SPEI could be an effective tool to provide improved spatial and temporal drought conditions to inform management decisions for drought policy.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.409-418
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• 2012

본 연구에서는 가뭄의 심도에 직접적으로 영향을 주는 무강수일수를 고려하고, 강수에서 기인하는 지표면유출 효과를 반영한 가뭄해갈에 유효한 강수를 산정하여 기존의 SPI3을 개선한 Modified SPI를 제시하였다. 1973년부터 2009년까지 각종 보고서 및 문헌자료를 통해 실제 발생한 가뭄사례를 수집하여 행정구역별 가뭄공간정보를 생산하고, 동일기간 전국 69개지점에서산정된 가뭄지수를 우리나라 전체 공간으로표현하여각종 지수의 적합성을 평가하기 위하여ROC 분석을 수행하였다. 개선된 가뭄지수 제시를 위하여 총 강우량 중단기적인 유출에 기여할 것으로 판단되는 부분을 절삭하여 유효강우를 산정하였으며, 월단위의 무강수일수를 십분위, 누적분포함수로 변형하여 기존의 지수에 가중치를 부여하였다. 분석결과 유출량을 고려한 강우의 절삭은 기존의 SPI3에 비하여 상대적으로 높은 가뭄감지능력을 보여주었으며, 무강수일수를 고려한 가뭄지수의 개선은 누적분포함수의 수치를 고려함으로서 상당히 개선된 가뭄감지 능력을 보여주었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제37권7호
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• pp.553-567
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• 2004

본 연구에서는 SPI의 문제점을 보완하는 측면에서 수정 SPI(MSPI)를 제안하고, 이를 서울지점의 가물분석에 적용하여 비교하였다. MSPI는 강수량을 이동평균하기 전에 정규화 하는 과정을 추가하는 경우로 SPI가 강수의 절대량을 이월하는 반면 MSPI는 강수의 상대량을 이월하는 형태를 가지게 된다. 서울지점 월강수량자료는 1777년-1996년까지의 것으로 각각 전체자료 및 1900년을 전후로 한 장기건조기의 전반부 및 후반부를 따로 분석하여 비교될 수 있도록 하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) MSPI가 SPI에 비해 보다 현실적인 결과를 준다. 이는 1900년도 전후로의 장기건조기가 포함된 기록과 포함되지 않은 기록을 분석한 결과의 비교에서 확인되었다. (2) MSPI는 SPI에 비해 극단적인 강수사상에 덜 민감한 결과를 준다. 장기건조기의 전반부 및 후반부에 대해 MSPI를 적용한 결과를 비교하면 가뭄의 발생가능성은 보통 가뭄의 경우는 대체로 비슷하나 아주 심한 가뭄의 경우는 약간 줄어들었음을 파악할 수 있다(재현기간 약 18년에서 16년으로). 그러나 가뭄 발생 시 그 지속기간은 전반부에 비해 후반부가 길게 나타나고 있다(아주 심한 가뭄의 경우 약 2개월에서 2.5개월로). 이러한 결과는 상대적으로 극단적인 결과로 나타내는 SPI(아주 심한 가뭄의 경우 재현기간은 약 25년에서 10년으로, 지속기간은 1.5개월에서 3.5개월로)에 비해 보다 현실적이라고 판단할 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권2호
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• pp.175-185
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• 2023

기후변화로 인해 가뭄의 위험도가 증가함에 따라, 전 세계적으로 가뭄의 피해 최소화를 위한 가뭄 대응 연구가 진행 중이다. 특히, 최근에는 가뭄의 지역적 패턴을 복합적으로 분석하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 여전히 대하천 유역에서 가뭄 위험지역을 정량적으로 파악하는 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 표준강수지수(SPI)와 수정표준강수지수(M_SPI)를 산정하고, RCP4.5 및 RCP8.5 기후변화 시나리오에 대한 공간자기상관분석을 수행하여 가뭄 핫스팟 지역을 분석했다. SPI는 연구 지역 내의 분석단위별로 매개변수를 추정하여 지수를 산정하지만, M_SPI는 연구 지역 전체에 대한 매개변수를 추정하여 지수를 산정하기 때문에, 대상 지역 내의 전체적인 관점에서 기상학적 가뭄 판단에 더 합리적이다. 연구 결과, M_SPI를 사용했을 경우, 장기가뭄이 단기가뭄보다 명확히 큰 가뭄 핫스팟 지역을 나타냈다. 또한 가뭄 핫스팟 지역은 시간이 지남에 따라 낙동강 유역의 중심에서 섬진강 유역의 방향으로 이동하는데, RCP 4.5 시나리오는 단기/장기 가뭄의 이동패턴이, RCP 8.5 시나리오에서는 장기가뭄의 이동패턴이 뚜렷하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.23-23
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• 2015

가뭄은 홍수와 더불어 매우 심각한 자연재해이며, 그 특성상 광역적이고 장기간 발생함에 따라 구체적인 발생시점, 규모, 범위 등을 규명하기가 어렵다. 그동안 가뭄관리 기관에서는 가뭄의 특성을 규명하고자 가뭄 지수를 활용하여 발생시점, 발생빈도, 피해규모, 범위 등을 정량적으로 분석해 왔다. 그러나 가뭄특성은 가뭄 지수의 해석방법 및 판단기준에 따라 다르게 나타나는 문제가 있다. 또한, 대부분 가뭄지수가 단일 기상(강수, 기온 등) 및 수문(유출량, 토양수분량, 증발산량 등)정보 기반으로 산정됨에 따라 대상지역의 가뭄특성을 적절히 고려하지 못하고 있다. 따라서 지역적 가뭄특성을 명확히 나타내기 위해서는 단일변수 기반의 가뭄지수의 활용보다는 두 개 이상의 변수가 고려된 가뭄지수를 활용하는 방안이 필요하다. 본 연구에서는 강수량 및 토양수분량 기반의 이변량 결합가뭄지수(Bivariate Joint Drought Index, BJDI)를 산정하고 기존 단일변수(강수량, 토양수분량)에 의한 가뭄지수와 함께 지역별 가뭄특성을 분석하였다. 이를 위해 강수량은 1977~2012년 동안의 기상청 관할 59개 기상관측소 자료, 토양수분량은 지표수문해석모형으로 부터 산정한 결과를 이용하였다. 59개 지점에 대한 SPI (Standardized Precipitation Index), SSI(Standardized Precipitation Index) 및 BJDI를 산정하였다. 또한, 지점별, 가뭄지수별 빈도해석을 통해 재현기간을 산정하고 과거 가뭄피해사례를 바탕으로 가뭄특성을 정량적으로 비교 및 분석하였다. 그 결과, 재현기간은 동일한 심도일지라도 SPI, SSI, BJDI 순으로 BJDI가 가장 낮게 나타났으며, 지역별로는 중부지역이 높고, 남부지역에서는 낮게 산정되었다.

• Journal of Ecology and Environment
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• 제35권4호
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• pp.323-329
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• 2012

The Standardized Precipitation Index (SPI) is a widely used drought index to provide good estimations of the intensity, magnitude and spatial extent of droughts. The objective of this study was to analyze the spatial pattern of drought by SPI index. In this paper, the patterns of drought hazard in Iran are evaluated according to the data of 40 weather stations during 1967-2009. The influenced zone of each station was specified by the Thiessen method. It was attempted to make a new model of drought hazard using GIS. Three criteria for drought were studied and considered to define areas of vulnerability. Drought hazard criteria used in the present model included: maximum severity of drought in the period, trend of drought, and the maximum number of sequential arid years. Each of the vulnerability indicators were mapped and these as well as a final hazard map were classified into 5 hazard classes of drought: one, slight, moderate, severe and very severe. The final drought vulnerability map was prepared by overlaying three criteria maps in a GIS, and the final hazard classes were defined on the basis of hazard scores, which were determined according to the means of the main indicators. The final vulnerability map shows that severe hazard areas (43% of the country) which are observed in the west and eastern parts of country are much more widespread than areas under other hazard classes. Overall, approximately half of the country was determined to be under severe and very severe hazard classes for drought.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권6호
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• pp.735-742
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• 2019

가뭄은 영향을 받는 인자에 따라 체감정도가 달라지는 사회적 현상으로 기후학적 가뭄, 기상학적 가뭄, 농업적 가뭄, 수문학적 가뭄 등 다양한 상대적 개념으로 정의되고 있다. 본 연구에서는 다양하게 정의되는 가뭄 중에서 기상학적 가뭄을 나타내는 지수에 대한 비교 분석을 실시하고자 하였으며, 실제 과거 가뭄사례와 기상학적 가뭄지수 분석결과의 비교를 통하여 가뭄지수의 적용성을 검토하고자 하였다. 가뭄지수의 비교를 위하여 기상학적 가뭄을 판단하기 위해 일반적으로 가장 많이 사용되는 SPI (Standardized Precipitation Index)와 일반적으로 사용되지는 않지만 강수량만을 이용하여 가뭄분석이 가능한 CZI (China-Z Index), MCZI (Modified CZI), ZSI (Z-Score Index) 지수를 이용하였다. 대상지역으로는 최근까지도 가뭄이 발생하였던 태백과 속초지역을 대상으로 선정하였으며 1986년부터 2015년 기상 자료를 이용하여 지속시간 3개월로 가뭄지수 분석을 실시하였다. 분석 결과 SPI 가뭄지수가 과거 제한급수발생 가뭄사례에 대하여 높은 재현성을 나타내는 것으로 분석되었으며 CZI와 MCZI 가뭄지수의 경우 Extreme Dry 발생 횟수는 과거사례와 유사하나 실제 가뭄이 발생했던 년도에 대해서는 낮은 재현성이 나타났다. ZSI 가뭄지수의 경우 발생횟수, 과거사례와의 비교 모두 재현성이 떨어지는 것으로 분석되었다. 가뭄지수의 비교결과 강수량을 이용한 기상학적 가뭄지수의 경우 과거 가뭄사례와 가장 높은 재현성을 보이는 SPI 가뭄지수를 이용하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제60권4호
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• pp.73-82
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• 2018

In this study, we assessed meteorological and agricultural drought based on the SPI(Standardized Precipitation Index), SMP(Soil Moisture Percentile), and SMDI(Soil Moisture Deficit Index) indices using satellite-based TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)/GPM(Global Precipitation Measurement) images at the province of Chungcheongbuk-do. The long-term(2000-2015) TRMM/GPM precipitation data were used to estimate the SPI values. Then, we estimated the spatially-/temporally-distributed soil moisture values based on the near-surface soil moisture data assimilation scheme using the TRMM/GPM and MODIS(MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) images. Overall, the SPI value was significantly affected by the precipitation at the study region, while both the precipitation and land surface condition have influences on the SMP and SMDI values. But the SMP index showed the relatively extreme wet/dry conditions compared to SPI and SMDI, because SMP only calculates the percentage of current wetness condition without considering the impacts of past wetness condition. Considering that different drought indices have their own advantages and disadvantages, the SMDI index could be useful for evaluating agricultural drought and establishing efficient water management plans.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.349-349
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• 2017

표준강수지수(Standardized precipitation index, SPI)는 가장 널리 사용되고 있는 가뭄지수로, 우리나라 뿐만 아니라 세계기상기구(World Meteorological Organization)에서도 추천하고 있는 대표적인 기상학적 가뭄 지수라고 할 수 있다. 현재 표준강수지수는 2변수 gamma 분포를 적용하여 강수 부족 상황을 지수화하여 나타내고 있는데, 일부 연구에서는 다른 확률분포형의 적용하기도 하였다(Guttman, 1999; Lloyd-Hughes and Saunders, 2002; Stagge et al., 2015). 우리나라에서는 유원희(2000)에 의해 Pearson type 3, 2변수 gamma, generalized logistic, GEV, 3변수 log-normal 분포에 따른 SPI 산정 결과를 비교한 연구가 수행되었는데, SPI 산정에는 분포형별 차이가 뚜렷하지 않다는 결론을 얻었다. 그러나 이때 금강유역 내 지점에 국한하여 적용하였고, 분포형별 적합도 검정을 수행하지 않고 SPI 산정결과만을 비교하여 우리나라에 일반적으로 적용하기에는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 우리나라의 강우특성을 반영할 수 있도록 다양한 확률분포형을 고려하여 표준강수지수를 분석하고자 한다. 이를 위해 관측기간이 30년 이상인 기상관측소의 월단위 강우자료를 구축하고, 월단위 강우자료에 다양한 확률분포형을 적용하고자 한다. 이때 적용하는 확률분포형은 2변수 gamma, Gumbel, normal 분포이다. 적정 확률분포형 선정을 위해 적합도 검정을 수행하고자 한다. 또한 각 분포형별로 산정된 표준강수지수를 기존 표준강수지수와 비교검토하고자 한다.