가뭄에 대한 대책을 수립하기 위해서는 가뭄의 심도 및 지속기간 등 가뭄특성을 산정하여 가뭄을 정량화하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 표준강수지수(SPI)를 도입하여 가뭄특성을 정량적으로 산정하였다. 가뭄은 일정기간 지속되는 특성을 지니고 있기 때문에 일정 관측기간동안 제한된 가뭄사상을 가지게 된다. 본 연구에서는 조선시대에 기록된 측우기 자료(1770년 ${\sim}$ 1907년)를 이용하여 관측자료를 확장하였고, 이를 이용하여 보다 많은 가뭄특성자료를 획득하여 가뭄빈도해석을 실시하였다. 측우기 자료와 관측자료를 이용하여 산정된 SPI로부터 절단수준법 개념을 이용하여 SPI의 -1이하를 가뭄으로 정의하고, 가뭄 심도 및 가뭄 지속기간을 구하였다. 가뭄의 심도와 지속기간은 가뭄을 특성화하는데 있어서 중요한 인자로서 최근 이 두 특성을 함께 고려하는 빈도해석법들이 제안되고 있다. 기존의 단일변수 빈도해석을 가뭄에 적용하였을 경우, 가뭄의 심도와 지속기간을 이용하여 구한 각각의 재현특성이 상이하게 나타나는 경우가 있는데, 이는 하나의 가뭄사상의 재현특성을 표현하는데 적절하지가 않다. 본 연구에서는 이변수 감마분포를 이용하여 가뭄심도와 지속기간의 결합확률밀도함수를 추정하고, 이를 통하여 가뭄의 이변수 재현 기간을 산정하여 분석하였다.
가뭄에 대한 대책을 수립하기 위해서는 가뭄의 심도 및 지속기간 등 가뭄특성을 산정하여 가뭄을 정량화하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 표준강수지수(SPI)를 도입하여 가뭄특성을 정량적으로 산정하였다. 가뭄은 일정기간 지속되는 특성을 지니고 있기 때문에 일정 관측기간동안 제한된 가뭄사상을 가지게 된다. 본 연구에서는 조선시대에 기록된 측우기 자료(1770년 ${\sim}$ 1907년)를 이용하여 관측자료를 확장하였고, 이를 이용하여 보다 많은 가뭄특성자료를 획득하여 가뭄빈도해석을 실시하였다. 측우기 자료와 관측자료를 이용하여 산정된 SPI로부터 절단수준법 개념을 이용하여 SPI의 -1이하를 가뭄으로 정의하고, 가뭄 심도 및 가뭄 지속기간을 구하였다. 가뭄의 심도와 지속기간은 가뭄을 특성화하는데 있어서 중요한 인자로서 최근 이 두 특성을 함께 고려하는 빈도해석법들이 제안되고 있다. 기존의 단일변수 빈도해석을 가뭄에 적용하였을 경우, 가뭄의 심도와 지속기간을 이용하여 구한 각각의 재현특성이 상이하게 나타나는 경우가 있는데, 이는 하나의 가뭄사상의 재현특성을 표현하는데 적절하지가 않다. 본 연구에서는 이변수 감마분포를 이용하여 가뭄심도와 지속기간의 결합확률밀도함수를 추정하고, 이를 통하여 가뭄의 이변수 재현 기간을 산정하여 분석하였다.
Drought characteristics need to be preceded before establishing a drought mitigation plan. In this study, using a Standardized Precipitation Index (SPI), a hydrologic drought was defined as an event during which the SPIs are continuously below a certain truncation level. Then, a methodology of droug...
Drought characteristics need to be preceded before establishing a drought mitigation plan. In this study, using a Standardized Precipitation Index (SPI), a hydrologic drought was defined as an event during which the SPIs are continuously below a certain truncation level. Then, a methodology of drought frequency analysis was performed to quantitatively characterize droughts considering drought duration and severity simultaneously. The theory of runs was used to model drought recurrence and to determine drought properties like duration and severity. Short historical records usually do not allow reliable bivariate analyses. However, more than hundred years of precipitation data (1770 ${\sim}$ 1907) collected in Chosun Kingdom Age using an old Korean rain gage called Chukwooki can provide valuable information about past events. It is shown that a bivariate gamma distribution well represented the joint probabilistic properties of Korean drought duration and severity. The overall results of this study show that the proposed bivariate drought frequency analysis overcomes the drawbacks of the conventional univariate frequency analysis by providing a consistent representation of the drought recurrent property.
Drought characteristics need to be preceded before establishing a drought mitigation plan. In this study, using a Standardized Precipitation Index (SPI), a hydrologic drought was defined as an event during which the SPIs are continuously below a certain truncation level. Then, a methodology of drought frequency analysis was performed to quantitatively characterize droughts considering drought duration and severity simultaneously. The theory of runs was used to model drought recurrence and to determine drought properties like duration and severity. Short historical records usually do not allow reliable bivariate analyses. However, more than hundred years of precipitation data (1770 ${\sim}$ 1907) collected in Chosun Kingdom Age using an old Korean rain gage called Chukwooki can provide valuable information about past events. It is shown that a bivariate gamma distribution well represented the joint probabilistic properties of Korean drought duration and severity. The overall results of this study show that the proposed bivariate drought frequency analysis overcomes the drawbacks of the conventional univariate frequency analysis by providing a consistent representation of the drought recurrent property.
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문제 정의
본 연구의 목적은 여러가지 가뭄 특성의 상호 관계를 고려하여 가뭄의 특성을 정량화하는데 있다. 가뭄 관리에 중요한 인자인 가뭄 심도와 지속기간과의 관계를 이변수 감마확률분포를 이용하여 그 재현 특성을 살펴보았다.
가뭄 관리에 중요한 인자인 가뭄 심도와 지속기간과의 관계를 이변수 감마확률분포를 이용하여 그 재현 특성을 살펴보았다. 이러한 이변수 분포의 목적은 서로 다른 가뭄 사상의 빈도해석에 있어서 일관적인 가뭄의 정보를 제공하는 것이다. 가뭄의 심도와 지속기간은 가뭄의 정책을 결정하는데 중요한 인자이다.
제안 방법
Mckee et al.(1993)이 제안한 SPI 의 T이하를 가뭄으로 정의하고 가뭄 발생 사상을 관찰하였다. 가뭄 사상으로부터 지속기간과 심도의 상관계수를 구해본 결과 #이었다.
가뭄 관리에 중요한 인자인 가뭄 심도와 지속기간과의 관계를 이변수 감마확률분포를 이용하여 그 재현 특성을 살펴보았다. 이러한 이변수 분포의 목적은 서로 다른 가뭄 사상의 빈도해석에 있어서 일관적인 가뭄의 정보를 제공하는 것이다.
이다. 각 매개변수는 모멘트법, 확률 가중 모멘트 법과 최우도법 등을 이용하여 추정할 수 있으며, 본연구에서는 최우도법을 이용하여 매개변수를 추정하였다. K-S검정을 통하여 적합도 검정을 실시한 결과 감마분포를 사용하는데 문제가 없음을 확인하였다.
계획되고 설계되는 것이 보통이다. 따라서, 수문 학적 분석을 통해 수문량이 어떤 특정값을 초과할 확률 (exceedance probability) 을 추정하여 발생양상을 분석한다. 빈도해석은 홍수 혹은 가뭄의 발생빈도를 확률론적으로 예측하는 방법으로 어떤 수문 사상이 발생하는 원인과 과정 등에 관해서는 전혀 상관하지 않고 오직 어떤 크기를 가진 사상이 발생할 확률을 결정한다(윤용남, 2004).
이는 하나의 가뭄 특성이 가뭄의 재현특성을 표현하는데 적절하지 않음을 보여준다. 또한, 가뭄의 지속기간만을 고려한 재현 기간과 본 연구에서 산정된 2변수 가뭄 재현기간을 서로 비교하였다. 이러한 방법을 통하여 가뭄사상의 대표 재현 특성을 추정할 수 있고, 이는 가뭄과 관련된 정책 결정에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
SPI 의 구축 절차는 다음과 같다. 먼저 서울 지점 월 강수량 자료를 이용하여 이동평균 i개월(i=3, 6, 12, 24, 48개월)의 강수 시계열을 작성한다. 다음으로 이렇게 작성된 자료에 대하여 적정 확률분포형을 선정한다.
(1993)은 SPI가 0의 아래 위로 자주 변하는 3 혹은 6개월을 가뭄의 단기 특성을 표현하고, 그 변화가 작은 12, 24, 48개월은 가뭄의 장기 특성을 나타낸다고 분류하였다. 본 연구에서는 3개월의 표준 강수지수(3month SPI)를 구축하여 가뭄 재현기간 및 특성을 분석하였다. 지속기간 3개월 SPI를 선택한 이유는 우리나라 가뭄 현상이 3개월 정도의 단기 강수 부족에 의하여 주로 발생하고 있다고 판단하였기 때문이다.
본 연구에서는 가뭄의 크기를 SPI를 이용하여 정량화하였다. Mckee et al.
본 연구에서는 근대 기상자료와 측우기 자료를 합한 약 234년의 강수 자료를 이용하여 SPI를 작성하였다. Mckee et al.
본 연구에서는 먼저 서울지점의 월강수량 자료(1770 년~2003년)에 대하여 3개월-SPI(3month SPI)를 구축하고 이를 이용하여 가뭄의 지속기간과 심도를 산정하였다. 산정된 가뭄의 특성을 이용하여 결합확률 밀도함수를 추정하여 재현기간을 산정하였다.
본 연구에서는 서울지역의 2차원적 가뭄평가를 위하여 측우기 자료(1770년~1907년)를 이용하여 월 강수량의 관측기간을 조선말까지 확장하였다. 측우기 자료는 Wada(1917)에 의해 조선고대관측기록조사보고(朝鮮古 代觀測記錄調査報告)에서 근대 도량체계로 환산되어 수록되었으며, 정현숙(1993)이 서울 지방 강수 특성에 근거한 측우기 자료의 신뢰성을 분석하였고, Yoo (2006) 은 측우기 자료를 이용하여 서울 지점의 장기 가뭄 특성을 살펴본 바 있다.
이러한 적은 수의 가뭄 사상으로부터 추출된 가뭄특성자료만으로는 신뢰성 있는 가뭄해석에 한계가 있다. 본 연구에서는 약 1770년 ~1907년까지 기록된 측우기 자료를 이용하여 관측자료를 확장하였고, 이를 이용하여 보다 많은 가뭄 특성 자료를 확보하였다. 1770년부터 1907년까지의 고대 측우기관측 자료는 '조선고대관측기록조사보고(朝鮮古代觀測 記錄調査報告)' (Wada, 1917)에 수록되어 있는 第 1表 (雨量)에있는 자료를 그대로 인용하였다.
산정된 가뭄의 특성을 이용하여 결합확률 밀도함수를 추정하여 재현기간을 산정하였다. 가뭄의 재현 특성이 기존의 단일 변수 해석을 이용하여 가뭄에 적용하였을 경우와 가뭄의 특성 중 2가지^, 심도와 지속기간)를 동시에 고려하여 산정한 경우가 상이하게 나타나는 경우가 있다.
대상 데이터
본 연구에서는 약 1770년 ~1907년까지 기록된 측우기 자료를 이용하여 관측자료를 확장하였고, 이를 이용하여 보다 많은 가뭄 특성 자료를 확보하였다. 1770년부터 1907년까지의 고대 측우기관측 자료는 '조선고대관측기록조사보고(朝鮮古代觀測 記錄調査報告)' (Wada, 1917)에 수록되어 있는 第 1表 (雨量)에있는 자료를 그대로 인용하였다. 第 1表(雨量) 는 조선시대 측우기 관측에 의한 강수자료를 근대 단위 체계로 환산을 실시한 후 정리해 둔 월강수량 자료이다.
이론/모형
(1997)은 SPI를 산정하기 위하여 기후적 강수의 시계열 분포에 잘 맞는 감마분포형을 이용하였으며, 유원희 (2002)는 3변수 감마분포(Pearson Typem) 외에 2변수 감마, 3변수 대수정규분포, Generalized Extreme Value, Generalized Logstic 등 4개의 분포형을 강수, 유줄량 자료에 적용시켜 SPI를 산정한 결과가뭄의 경향은 거의 비슷한 결과를 얻었다. 본 연구에서는 적정 확률분포형을 감마분포형으로 선정하였다.
성능/효과
각 매개변수는 모멘트법, 확률 가중 모멘트 법과 최우도법 등을 이용하여 추정할 수 있으며, 본연구에서는 최우도법을 이용하여 매개변수를 추정하였다. K-S검정을 통하여 적합도 검정을 실시한 결과 감마분포를 사용하는데 문제가 없음을 확인하였다.
지속기간과 심도의 단일 변수 재현기간을 살펴보면 같은 가뭄 사건에 대하여 서로 다른 재현 기간이 산정됨을 볼 수 있다. 재현기간의 결과에서 비교해 본 결과 지속기간과 심도를 결합하여 산정한 재현기간이 가뭄의 일관된 특성을 잘 설명하고 있음을 파악할 수 있다.
후속연구
가뭄의 심도와 지속기간은 가뭄의 정책을 결정하는데 중요한 인자이다. 본 연구결과는 명백한 상호관계를 가지고 있는 가뭄 지속기간과 심도를 함께 고려하여 해석함으로써 일관적이고 정량화된 가뭄 정보를 제공할 수 있고, 이러한 가뭄정보는 수자원 정책 결정자에게 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
또한, 가뭄의 지속기간만을 고려한 재현 기간과 본 연구에서 산정된 2변수 가뭄 재현기간을 서로 비교하였다. 이러한 방법을 통하여 가뭄사상의 대표 재현 특성을 추정할 수 있고, 이는 가뭄과 관련된 정책 결정에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (25)
유원희 (2002). 유출량 계열을 이용한 가뭄 지수 산정, 석사학위논문, 인하대학교
유철상, 류재희 (2003). '서울지점 가뭄의 재현 및 지속특성 분석.' 한국수자원학회논문집, 제36권 제4호, 한국수자원학회, pp. 561-573
정현숙 (1993). 서울지역 강수 특성에 근거한 측우기 자료의 신뢰성, 석사학위논문, 서울대학교
Edwards, D.C. and Mckee, T.B. (1997). Characteristics of 20th century drought in the united states at multiple time scales, Climatology Report No. 97-2
Fernandez, B., and Salas, J.D. (1999a). 'Return period and risk of hydrologic events. I: Mathematical formulation.' Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 4(4), pp. 297-307
Fernandez, B., and Salas, J.D. (1999b), 'Return period and risk of hydrologic events. II: applications.' Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 4(4), pp. 308-316
Dracup, J.A., Lee, K.S., and Paulson, E.G. (1980a), 'On the statistical characteristics of drought events.' Water Resources Research, 16(2), pp. 289-296
Gonzalez, J., and Valdes, J.B. (2003), 'Bivariate drought recurrence analysis using tree rings reconstructions.' Journal of Hydrologic Engineering, ASCE, 8(5), pp. 247-258
Guttman, N.B. (1999), 'Accepting the standardized precipitation index:a calculation algorithm.' Journal of the American Water Resources., 35(2), pp. 311-322
Kim, T., Valdes, J.B., and Yoo, C. (2003), 'A nonparametric approach for estimation return peiods of droughts in arid regions.' Journal of Hydrologic Engineering, 8(5), pp. 237-246
Kim, T., Valdes, J.B., and Yoo, C. (2006), 'Nonparametric approach for bivariate drought characterization using Palmer drought index.' Journal of hydrologic Engineering, 1(2), pp. 134-143
Mathier, L., Perreault, L., Bobe, B., and Ashkar, F. (1992), 'The use of Geometric and Gamma-related distribution for frequency analysis of water deficit.' Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 6(4), pp. 239-254
Mckee, T.B., Doesken, N.J., and Klest J. (1993), 'The relationship of drought frequency and Duration of Time scales.' 8th Conference on Applied Climatology. American Meterological Society, Jan 17-23, 1993, Anaheim, CA, 179-184
Sen, Z. (1976), 'Wet and dry periods of annual flow series.' Journal of Hydraulics Division, ASCE, 102(10), pp. 1503-1514
Sen, Z. (1980), 'Statistical analysis of hydrologic critical droughts.' Journal of Hydraulics Division, ASCE, 106(1), pp. 99-115
Shiau, J.-T., and Shen, H.W. (2001), 'Recurrence analysis of hydrologic droughts of differing severity,' Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, 127(1), pp. 30-40
Yevjevich, V.M. (1967), 'An objective approach to definitions and investigations of continental hydrologic droughts.' hydrologic paper 23, Colorado State Univ., Fort Collins, CO
Yoo, C. (2006), 'Long term analysis of wet and dry year in Seoul, Korea' Journal of Hydrology, 318, pp. 24-36
Yue, S., Quarda, T.B.M.J., and Bobee, B. (2001), 'A review of bivariate gamma distributions for hydrological application.' Journal of Hydrology, Vol. 246, pp. 1-18
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