• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.39 no.8 s.169
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• pp.691-702
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• 2006

This study introduced a method to evaluate the probability of a specific area to be affected by a drought of a given severity and shows Its potential for investigating agricultural drought characteristics. The method was applied to South Korea as a case study. The proposed procedure included Standardized Precipitation Index(SPI) time series, which were linearly transformed by the Empirical Orthogonal Functions(EOF) method. These EOFs were extended temporally with AutoRegressive Moving Average(ARMA) method and spatially with Kriging method. By performing these simulations, long time series of SPI can be simulated for each designed grid cell in whole area. The probability distribution functions of the area covered by a drought and the drought severity are then derived and combined to produce drought severity-area-frequency(SAF) curves.

• Journal of Korean Society on Water Environment
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• v.37 no.5
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• pp.369-380
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• 2021

In this work, we analyzed the effects of drought on the water temperature (WT) of Nakdong river basin major river sections using Standardized Precipitation Index (SPI) and WT data. The analysis was carried out on a seasonal basis. After calculating the optimal time scale of the SPI through the correlation between the SPI and WT data, we used the copula theory to model the joint probability distribution between the WT and SPI on the optimal time scale. During spring and fall, the possibility of environmental drought caused by high WT increased in most of the river sections. Notably, in summer, the possibility of environmental drought caused by high WT increased in all river sections. On the other hand, in winter, the possibility of environmental drought caused by low WT increased in most river sections. From the risk map, which quantified the sensitivity of WT to the risk of environmental drought, the river sections Nakbon C, Namgang E, and Nakbon K showed increased stress in the water ecosystem due to high WT when drought occurred in summer. When drought occurred in winter, an increased water ecosystem stress caused by falling WT was observed in the river sections Gilan A, Yongjeon A, Nakbon F, Hwanggang B, Nakbon I, Nakbon J, Nakbon K, Nakbon L, and Nakbon M. The methodology developed in this study will be used in the future to quantify the effects of drought on water quality as well as WT.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.42-42
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• 2023

최근 IPCC 6차 보고서에서는 전 지구의 온도가 0.5℃가 증가할 때마다 기상학적 가뭄 지역이 증가하며, 인위적 강제력은 가뭄 현상의 강도와 빈도를 증가하는 것으로 밝혔다. 봄철(3월-5월) 동남아시아(남중국, 필리핀 등)에 비해 상대적으로 건조한 동북아시아(동중국, 한반도, 일본) 지역은 가뭄에 취약하며 기후 변화에 따라 가뭄으로 인한 피해가 커질 것으로 전망된다. 그러므로 이 지역은 봄철 가뭄으로 인한 피해를 완화하기 위해 봄철 강수량에 대한 신뢰할 만한 계절적 예보 기술이 꼭 필요하다. 본 연구에서는 1992-2022년 봄철의 Standardized Precipitation Index(SPI) 값을 기준으로 2001년과 2011년 동북아시아 가뭄이 발생한 것을 확인하였으며, 각 해의 3월에 관측된 기상학적 초기 조건으로부터 다중 기후 예보 모델들의 봄철 강수량의 계절적 예측성을 정량적으로 평가하였다. 관측자료로부터 2001년 가뭄은 동북아시아 대기 상층의 저기압성 순환의 강화로 인한 제트류(Jet stream)의 강화와 연관되어 있었으며, 2011년 가뭄은 제트류 강화와 함께 태평양 열대 지역 기류 강화가 동반되어 발생하였음을 알 수 있었다. North American Multi-Model Ensemble 기후 예보 모델들은 2011년 가뭄에 비해 2001년 가뭄에 대한 예측성이 높았으며, 그 이유로는 대기 상층 순환의 예측성과 연관이 있음을 밝혔다. 또한, 봄철 대기-해양 상호 패턴을 관측과 유사하게 재현한 GFDL-SPEARS 모델이 가뭄 해의 대기 상층 저기압성 순환과 강수 예측성이 가장 높은 것을 보였다. 본 연구의 결과들을 통해 동북아시아 봄철 가뭄과 같은 극한 기상의 강수량 예측성 향상에 있어서 기후 예보 모델들의 현실적인 대기-해양 결합 과정 모사 능력의 중요성을 밝혔다. 본 연구에서 제안된 방안들은 기후 예측 모델 개선을 위한 전략적인 정보를 제공할 것으로 보인다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.328-328
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• 2023

표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)는 강수량 변동의 정도를 표준화하여 나타낸 지수로, 가뭄 평가에 적용되고 있다. 일반적으로 SPI를 산정할 때는 월 단위의 시간 척도를 적용하며, 장기간의 가뭄에 대해 평가한다. 그러나 시간 척도가 길어질수록 가뭄 발생 후 가뭄을 감지하는 데 걸리는 시간이 더 길어지기 때문에 대처가 더욱 어려워진다. 또한, 기후변화로 인해 가뭄 빈도가 증가하고, 그 정도가 더욱 심화되면서 일 단위의 적용이 필요해지고 있다. 본 연구는 한반도 남부지역을 대상으로 일 단위의 SPI 적용을 위한 최소 시간 척도를 조사하였다. 대상 지역을 강원권, 수도권, 부울경, 대경권, 호남권, 충청권의 총 6개 지역으로 분리하여, 각 지역별, 계절별 최소 시간 척도를 조사하였다. SPI 산정을 위해 후보 분포형으로 Gumbel, Gamma, GEV, Loglogistic, Lognormal, Weibull을 적용하였으며, 시간 척도는 5일부터 365일까지 총 10개로 설정하였다. 본 연구에선 크게 적합도 검정과 정규성 검정으로 진행하였다. 적합도 검정에서는 Chi-square test를 적용하였으며, 이때 일 단위의 짧은 시간 척도를 적용할 경우 누가 강수 시계열의 값이 0으로, 0값이 시계열에 포함되면 SPI의 정확도가 떨어지는 문제가 발생하는데, 이를 보완하기 위해 누가 강수 시계열의 0값을 고려하였다. 마지막으로 각 후보 분포형을 적용하여 산정된 SPI가 표준정규분포에 합당한지를 검증하기 위해 Anderson-Darling test를 수행하였다. 결과적으로 대부분의 지역에서는 봄과 여름의 경우 최소 15일 정도의 시간 척도까지는 적용할 수 있을 것으로 판단되며, 겨울의 경우는 최소 30일 정도의 시간 척도를 적용해야 함을 확인하였다. 지역별로 차이가 크진 않지만, 이러한 연구 결과를 참고하여 각 지역별로 더 나은 가뭄 대책을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

• 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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• 2011.05a
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• pp.28-28
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• 2011

치수는 고대국가로부터 현재의 국가에 이르기까지 중차대한 국가사업이다. 근대를 지나면서 산업화가 가속화되었고 수자원의 사용과 관리는 더욱 세분화 되었다. 또한 수자원의 사용과 관리에 앞서 기후와 밀접한 관계가 있는 수자원의 물리적 특성을 분석하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 우리나라도 급격한 산업화로 인한 환경파괴와 지구온난화로 인한 강수의 편중이 더욱 심해지고 있다. 즉, 한반도도 전 세계가 직면한 기후변화로 인한 자연재해로 부터 안전하지 않다는 것을 의미한다. 특히 수자원을 관리함에 있어 가뭄의 경우에는 장기적으로 진행되는 경우가 많고 피해 규모와 복구 등도 가뭄의 진행 기간과 밀접한 관계를 가지므로 적극적인 대비가 필요하다. 따라서 가뭄을 연구함에 앞서 과거 한반도의 가뭄의 경향성 및 주기성 같은 특성을 분석할 수 있는 연구가 수반되어야 할 것으로 사료된다. 이에 따라 본 논문에서는 과거 한반도 가뭄 사상의 특성분석을 위해 대표 가뭄지수로 SPI(Standardized Precipitation Index)와 PDSI(Palmer Drought Severity Index)를 선정하여 우리나라 전역에 위치한 총 59개 기상관측소의 1980년~2009년까지의 기상자료를 수집하여 유역별 월평균 가뭄지수를 산정하였다. 또한 이를 이용하여 가뭄발생의 경향성 및 주기성을 중심으로 과거한반도 가뭄의 통계학적 특성분석을 실시하였다. 각 지수의 경향성을 분석한 결과, SPI3와 SPI6는 봄과 겨울에는 가뭄이 심화되는 경향을 보였고 여름철에는 가뭄이 완화되는 경향을 보였다. 반면 SPI12의 경우는 섬진강과 영산강은 유의하지는 않으나 전 기간에 걸쳐 가뭄이 심화되는 경향을 보였고 한강, 낙동강, 금강유역은 가뭄이 완화되는 것으로 나타났다. PDSI의 경우에는 SPI와는 반대로 섬진강과 영산강은 전 기간에 걸쳐 가뭄이 완화되는 경향을 보였고 한강, 낙동강, 금강유역은 유의한 수준에서 가뭄이 심화되는 경향을 보임으로써, SPI와 PDSI에 의한 가뭄평가 경향성이 유역별로 다소 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 각 유역의 주기성을 분석한 결과로는 모든 유역에서 1년~3년 또는 6년 이하의 주기성을 나타냈으며, SPI의 경우 지속기간이 길어질수록 6년 이상의 저빈도 주기성을 나타냈고, SPI3는 짧게는 1년 미만의 고빈도 주기를 보이는 경우도 있었으며, SPI6와 SPI12는 4년~6년 주기를 나타냈다. 또한 PDSI도 마찬가지로 6년 내외의 장주기를 보였다. 특히 유역별로 분석할 경우 남부지역의 가뭄발생 주기가 중부지역보다 길게 나타나는 성향을 보였다. 그리고 SPI와 PDSI, 두 가뭄지수의 공통주기를 분석한 결과에서는 상관관계가 적은 것으로 확인 되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.12
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• pp.1011-1021
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• 2015

This study aims to investigate droughts from the magnitude perspective based on the SPI (Standardized Precipitation Index) and the theory of runs applicable to quantitative analysis of drought in South Korea. In addition, the dry spell analysis was conducted on the drought history in the five major river basins of South Korea to obtain the magnitude, duration and severity of drought, and the quantitative evaluation has been made on historical droughts by estimating the return period using the SDF (Severity-Duration-Frequency) curve gained through drought frequency analysis. The analysis results showed that the return periods for droughts at the regional and major river basin scales were clearly identified. The return periods of severe drought that occurred around the major river basins in South Korea turn out to be mostly 30 to 50 years with the years of the worst drought in terms of severity being 1988 and 1994. In particular, South Korea experienced extremely severe droughts for two consecutive years during the period between 1994 and 1995. Drought in 2014 occurred in the Han River basin and was evaluated as the worst one in terms of severity and magnitude.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.57 no.7
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• pp.481-491
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• 2024

Recent droughts make hydroelectric power generation (HPG) decreasing. Due to climate change in the future, the frequency and intensity of drought are expected to increase, which will increase uncertainty of HPG in multi-purpose dams. Therefore, it is necessary to estimate the amount of HPG according to climate change scenarios and analyze the effect of drought on the amount of HPG. This study analyzed the future HPG of the Soyanggang Dam and Chungju Dam according to the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios. Regression equations for HPG were developed based on the observed data of power generation discharge and HPG in the past provided by My Water, and future HPGs were estimated according to the SSP scenarios. The effect of drought on the amount of HPG was investigated based on the drought severity calculated using the standardized precipitation index (SPI). In this study, the future SPIs were calculated using precipitation data based on four GCM models (CanESM5, ACCESS-ESM1-5, INM-CM4-8, IPSL-CM6A) provided through the environmental big data platform. Overall results show that climate change had significant effects on the amount of HPG. In the case of Soyanggang Dam, the amount of HPG decreased in the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios. Under the SSP2-4.5 scenario the CanESM model showed a 65% reduction in 2031, and under the SSP5-8.5 scenario the ACCESS-ESM1-5 model showed a 54% reduction in 2029. In the case of Chungju Dam, under the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios the average monthly HPG compared to the reference period showed a decreasing trend except for INM-CM4 model.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.34 no.6_1
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• pp.1041-1053
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• 2018

In this study, a real-time storage level and capacity monitoring and forecasting system for Yongdam Dam watershed was developed using high resolution satellite image. The drought indices such as Standardized Precipitation Index (SPI) from satellite data were used for storage level monitoring in case of drought. Moreover, to predict storage volume we used a statistical method based on Principle Component Analysis (PCA) of Singular Spectrum Analysis (SSA). According to this study, correlation coefficient between storage level and SPI (3) was highly calculated with CC=0.78, and the monitoring and predictability of storage level was diagnosed using the drought index calculated from satellite data. As a result of analysis of principal component analysis by SSA, correlation between SPI (3) and each Reconstructed Components (RCs) data were highly correlated with CC=0.87 to 0.99. And also, the correlations of RC data with Normalized Water Surface Level (N-W.S.L.) were confirmed that has highly correlated with CC=0.83 to 0.97. In terms of high resolution satellite image we developed a water detection algorithm by applying an exponential method to monitor the change of storage level by using Multi-Spectral Instrument (MSI) sensor of Sentinel-2 satellite. The materials of satellite image for water surface area detection in Yongdam dam watershed was considered from 2016 to 2018, respectively. Based on this, we proposed the possibility of real-time drought monitoring system using high resolution water surface area detection by Sentinel-2 satellite image. The results of this study can be applied to estimate of the reservoir volume calculated from various satellite observations, which can be used for monitoring and estimating hydrological droughts in an unmeasured area.