[국내논문]공간분석을 이용한 강원도 지역의 강수분포 분석 (I): 강수지역 구분과 계절별 및 연평균 강수량 분석 Analysis of Precipitation Distribution in the region of Gangwon with Spatial Analysis (I): Classification of Precipitation Zones and Analysis for Seasonal and Annual Precipitation원문보기
본 연구에서는 관측소의 지리적 위치 및 강수특성(월별, 계절별, 연평균)을 이용하여 강원도의 강수지역을 구분하였다. 강수지역 구분은 기상관측소 66개소(기상관서: 11개소, 자동기상시스템(AWS): 55개소)의 자료를 이용하였으며, 통계적 방법 중 군집 기법인 K-means 방법을 적용하였다. 지역구분 결과, 강수지역은 5개 지역(영동지방 1개 지역 및 영서지방 4개 지역)으로 구분하였다. 계절별 평균강수량은 봄에는 강원도 전체에 유사하게 발생하였으며, 여름에는 영서지방이 높게 나타났으며, 가을과 겨울에는 영동지방이 높게 발생하였다. 연평균 강수량 및 여름철 강수량의 공간분석 결과 강원도 중 일부 지역(미시령 및 대관령일원)은 산악형 강수 특성을 나타냈으나 전반적인 현상은 아닌 것으로 판단되었다. 그러나 보다 정확한 분석을 위해서는 관측소의 고도별 분포가 미흡한 것으로 나타난 관측소의 보완 및 AWS의 자료 확충이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 관측소의 지리적 위치 및 강수특성(월별, 계절별, 연평균)을 이용하여 강원도의 강수지역을 구분하였다. 강수지역 구분은 기상관측소 66개소(기상관서: 11개소, 자동기상시스템(AWS): 55개소)의 자료를 이용하였으며, 통계적 방법 중 군집 기법인 K-means 방법을 적용하였다. 지역구분 결과, 강수지역은 5개 지역(영동지방 1개 지역 및 영서지방 4개 지역)으로 구분하였다. 계절별 평균강수량은 봄에는 강원도 전체에 유사하게 발생하였으며, 여름에는 영서지방이 높게 나타났으며, 가을과 겨울에는 영동지방이 높게 발생하였다. 연평균 강수량 및 여름철 강수량의 공간분석 결과 강원도 중 일부 지역(미시령 및 대관령일원)은 산악형 강수 특성을 나타냈으나 전반적인 현상은 아닌 것으로 판단되었다. 그러나 보다 정확한 분석을 위해서는 관측소의 고도별 분포가 미흡한 것으로 나타난 관측소의 보완 및 AWS의 자료 확충이 필요할 것으로 판단된다.
In this study, we separated the precipitation zones using the geographic location of stations and precipitation characteristics (monthly, seasonal, annual) in Gangwon province. Precipitation data of 66 weather stations (meterological office: 11 locations, auto weather system (AWS): 55 places) were u...
In this study, we separated the precipitation zones using the geographic location of stations and precipitation characteristics (monthly, seasonal, annual) in Gangwon province. Precipitation data of 66 weather stations (meterological office: 11 locations, auto weather system (AWS): 55 places) were used, and statistical method, K-means cluster method, was conducted for division of the precipitation regions. As the results of regional classification, the five zones of precipitation (Yongdong: 1 region, Youngseo: 4 regions) were separated. Seasonal average precipitation in spring is similar throughout Gangwon Province, seasonal average precipitation in summer has high values at Youngseo, and seasonal average precipitation in autumn and winter have high values at Youngdong. The some areas, the vicinity of Misiryeong and Daegwallyeong, happens the orographic precipitation in spatial analysis, but the orographic effects didn't occur for the whole Gangwon areas. However, to achieve more accurate results, the expansion of observatories per elevation and AWS data are demanded.
In this study, we separated the precipitation zones using the geographic location of stations and precipitation characteristics (monthly, seasonal, annual) in Gangwon province. Precipitation data of 66 weather stations (meterological office: 11 locations, auto weather system (AWS): 55 places) were used, and statistical method, K-means cluster method, was conducted for division of the precipitation regions. As the results of regional classification, the five zones of precipitation (Yongdong: 1 region, Youngseo: 4 regions) were separated. Seasonal average precipitation in spring is similar throughout Gangwon Province, seasonal average precipitation in summer has high values at Youngseo, and seasonal average precipitation in autumn and winter have high values at Youngdong. The some areas, the vicinity of Misiryeong and Daegwallyeong, happens the orographic precipitation in spatial analysis, but the orographic effects didn't occur for the whole Gangwon areas. However, to achieve more accurate results, the expansion of observatories per elevation and AWS data are demanded.
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문제 정의
따라서 본 연구는 Fig. 1의 연구절차와 같이 지형의 영향을 받는 강수형태를 지닌 강원도의 지상관측소 및 AWS의 강수 관측자료를 이용하여 통계적 기후구분 방법인 군집분석을 수행하여 강수지역을 구분하고 구분된 지역의 계절성 및 연평균 강수량을 분석하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 공간분석을 수행하여 강원도 지역의 강수 분포를 보다 명확히 밝히고자 한다.
1의 연구절차와 같이 지형의 영향을 받는 강수형태를 지닌 강원도의 지상관측소 및 AWS의 강수 관측자료를 이용하여 통계적 기후구분 방법인 군집분석을 수행하여 강수지역을 구분하고 구분된 지역의 계절성 및 연평균 강수량을 분석하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 공간분석을 수행하여 강원도 지역의 강수 분포를 보다 명확히 밝히고자 한다. 이러한 본 연구의 분석 결과는 강원도내 수자원 이용계획, 수공구조물의 설계 및 방재기준 설정시 계절 및 지역에 따른 효율적인 관리에 도움이 될 것으로 판단된다.
본 연구에서는 강원도 강수특성의 공간분석을 수행하기 위하여 크리깅 기법을 이용하여 강원도내 관측소의 강수량 값을 분석하기로 하였다.
본 연구에서는 강원도의 지형적 특성 등을 고려할 수 있는 다중회귀모형을 제시하였다. 다중회귀모형은 윤혜선 등 (2009)에서 사용된 위도(TM_x), 경도(TM_y) 및 고도(Z) 이 외에 태백산맥 정상으로 부터의 최소 거리(D1) 및 동해안으로 부터의 최소 거리(D2)를 추가적으로 고려하였다.
본 연구에서는 관측소의 위치, 계절강수량 및 연강수량 등을 고려하여 강수특성이 비슷한 지역으로 세분하기로 하였다. 지역구분을 위하여 군집분석 방법인 K-means 방법을 적용하였다.
본 연구에서는 복잡한 지형과 다양한 기후에 영향을 받는 강원도 지역의 강수지역을 구분하였다. 강수지역구분은 통계적 방법인 비계층적 군집 기법인 K-means 방법을 이용하여 강원도를 5개 지역(영동지방 1개 지역 및 영서지방 4개 지역)으로 구분하였다.
제안 방법
4) 이론적 베리오그램 모델링을 수행한다.
강원도 지역의 DEM 자료를 이용하여 고도 및 경사도를 분석하였다. DEM 자료는 강원도 북부 지역은 휴전선과 밀접한 관련이 있어 수치지도를 취득할 수 없어 CGIAR-CSI(http://srtm.
또한 군집분석 이전에 강수양상이 판이하게 다르다고 알려진 영동지방과 영서지방은 태백산맥을 기준으로 구분하였다. 군집분석 자료는 각 관측소의 지리적 위치(경도, 위도, 고도), 월별, 계절별 및 연평균 강수량을 적용하였다. 이러한 군집결과는 Fig.
지역 I는 영동지방을 나타내며, 지역 II-V는 영서지방을 나타낸다. 군집분석은 영서지방(지역 II-V)에 대하여 실시하였다. 군집분석 결과 북한강 지역은 지역 II 및 지역 V, 남한강 지역은 지역 IV으로 구분되었고 지역III은 북한강 지역 일부 및 남한강 지역 일부로 군집되어졌다.
다중회귀모형은 윤혜선 등 (2009)에서 사용된 위도(TM_x), 경도(TM_y) 및 고도(Z) 이 외에 태백산맥 정상으로 부터의 최소 거리(D1) 및 동해안으로 부터의 최소 거리(D2)를 추가적으로 고려하였다. 또한 강원도 전체 지역에 대한 분석시에는 영동지방에 가중치를 줄 수 있는 인자(Zone)를 추가적으로 고려하였다. 다중회귀분석 결과를 Table 7 및 Fig.
지역구분을 위하여 군집분석 방법인 K-means 방법을 적용하였다. 또한 군집분석 이전에 강수양상이 판이하게 다르다고 알려진 영동지방과 영서지방은 태백산맥을 기준으로 구분하였다. 군집분석 자료는 각 관측소의 지리적 위치(경도, 위도, 고도), 월별, 계절별 및 연평균 강수량을 적용하였다.
강수지역구분은 통계적 방법인 비계층적 군집 기법인 K-means 방법을 이용하여 강원도를 5개 지역(영동지방 1개 지역 및 영서지방 4개 지역)으로 구분하였다. 또한, 구분된 강수지역에 대하여 공간분석 등을 통하여 계절별 및 연평균 강수량의 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 군집분석으로 나누어진 지역 I-V, 영동 및 영서 지방, 강원도 전체 지방에 대하여 계절별(봄, 여름, 가을, 겨울) 및 연평균 강수량을 분석하였다.
대상 데이터
강원도 지역의 DEM 자료를 이용하여 고도 및 경사도를 분석하였다. DEM 자료는 강원도 북부 지역은 휴전선과 밀접한 관련이 있어 수치지도를 취득할 수 없어 CGIAR-CSI(http://srtm.csi.cgiar.org) 자료를 이용하였다. 한편, 이승호 등 (2005)의 연구에서 해발고도 300 m이상의 지역을 산지라고 정의 하였다.
기상청은 강원도내 관측소로 지상기상관측이 이루어지는 12개소와 악기상 연속감시를 위한 방재용 AWS 67개소를 설치하여 운영하고 있다. 그러나 본 연구에서는 강원도 기상현상의 효과적인 감시를 목적으로 설치되었지만 자료기간이 7년 미만인 곳을 제외한 지상관측소 11개소 및 AWS 55 개소 (총 66개소)의 시우량 자료를 사용하였다. 자료기간은 Table 1의 각 관측소의 자료시점부터 2008년 12월까지의 자료를 적용하였다.
본 연구에서는 대상지역으로 지형특색이 강하고 사계절 서로 다른 강수 기단에 의하여 영향을 받고 있는 강원도를 선정하였다. 강원도는 태백산맥으로 내륙지방의 영서 지방, 해안성 기후를 나타내는 영동지방으로 나뉠 수 있으며 산악 지형으로 인하여 푄 현상 등의 기상현상 등도 빈번히 발생하고 있는 상황이다.
이를 위하여 강원도의 기상관측소 66개소(기상관서: 11개소, AWS: 55개소)의 자료를 이용하였으며 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다.
그러나 본 연구에서는 강원도 기상현상의 효과적인 감시를 목적으로 설치되었지만 자료기간이 7년 미만인 곳을 제외한 지상관측소 11개소 및 AWS 55 개소 (총 66개소)의 시우량 자료를 사용하였다. 자료기간은 Table 1의 각 관측소의 자료시점부터 2008년 12월까지의 자료를 적용하였다. Table 1의 No.
이론/모형
본 연구에서는 복잡한 지형과 다양한 기후에 영향을 받는 강원도 지역의 강수지역을 구분하였다. 강수지역구분은 통계적 방법인 비계층적 군집 기법인 K-means 방법을 이용하여 강원도를 5개 지역(영동지방 1개 지역 및 영서지방 4개 지역)으로 구분하였다. 또한, 구분된 강수지역에 대하여 공간분석 등을 통하여 계절별 및 연평균 강수량의 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 강원도의 지형적 특성 등을 고려할 수 있는 다중회귀모형을 제시하였다. 다중회귀모형은 윤혜선 등 (2009)에서 사용된 위도(TM_x), 경도(TM_y) 및 고도(Z) 이 외에 태백산맥 정상으로 부터의 최소 거리(D1) 및 동해안으로 부터의 최소 거리(D2)를 추가적으로 고려하였다. 또한 강원도 전체 지역에 대한 분석시에는 영동지방에 가중치를 줄 수 있는 인자(Zone)를 추가적으로 고려하였다.
따라서 본 연구에서는 강원도 지역의 기후를 구분하기 위하여 초기의 부적절한 병합시 이를 수정할 수 있는 비계층적 방법인 K-means 기법을 적용하였다.
71%가 경사 10도 이상의 경사를 가지고 있는 것으로 홍수유출시 짧은 도달시간에 의하여 홍수유출량의 첨두량이 크게 나타나는 원인이 된다. 이러한 강원도의 고도 및 경사 분석 결과를 ArcGIS를 이용하여 Fig. 2에 도시하였다.
본 연구에서는 관측소의 위치, 계절강수량 및 연강수량 등을 고려하여 강수특성이 비슷한 지역으로 세분하기로 하였다. 지역구분을 위하여 군집분석 방법인 K-means 방법을 적용하였다. 또한 군집분석 이전에 강수양상이 판이하게 다르다고 알려진 영동지방과 영서지방은 태백산맥을 기준으로 구분하였다.
성능/효과
1) 관측소의 지리적 특성, 월별, 계절별 및 연평균 강수 특성을 이용하여 군집분석한 결과 강원도를 5개의 강수 지역으로 구분하였다. 강수지역은 영동지방(지역 I), 북한강 유역(지역 II 및 V), 남한강 유역(지역 IV), 북한강 및 남한강 일부 지역(지역 III)으로 구분되었다.
2) 봄에는 영동지방에서 최대 강수량이 발생하였지만, 전반적으로 평균 강수량은 강원도 지역 전체에 골고루 발생하였다. 여름에는 영서지방이 영동지방보다 약 100 mm 많은 평균 강수량을 나타내었다.
3) 강원도 지역 대부분이 우리나라 연평균 강수량보다 많은 강수량이 발생되었으며 특히 산악지역인 미시령 및 대관령 일원에서 연평균 강수량이 높게 나타났다. 이는 국부적인 산악형 강수 특성이 발생하였기 때문인 것으로 판단된다.
4) 강원도 일부 지역 (미시령 및 대관령 일원)에서는 산악형 강수형태가 발생하나 전반적인 현상은 아닌 것으로 판단되었다. 또한 일반적으로 알려진 바와 같이 영동지방의 연평균 강수가 영서지방보다 많은 것으로 나타났으나 이러한 현상은 영동지방의 중부 및 북부 지역에 국한된 것임을 알 수 있었다.
4) 군집중심이 변화가 없을 때까지 과정2와 과정3을 반복한다.
여름에는 영서지방이 영동지방보다 약 100 mm 많은 평균 강수량을 나타내었다. 가을과 겨울에는 해안성 기후의 영향을 받는 영동지방이 영서지방보다 월등히 많은 평균 강수량을 나타내었다.
일반적으로 조생종 벼는 동해안을 제외하고는 산지에서 재배되는 것으로 알려져 있다 (이승호 등, 2008). 고도분석 결과 강원도는 고도 300 m 이하는 29.09%, 고도 300-500 m 는 23.91%, 고도 500-1000 m는 41.91%, 고도 1000 m 이상은 5.09% 로 나타났다. 이는 강원도 지역의 대부분인 70.
군집분석은 영서지방(지역 II-V)에 대하여 실시하였다. 군집분석 결과 북한강 지역은 지역 II 및 지역 V, 남한강 지역은 지역 IV으로 구분되었고 지역III은 북한강 지역 일부 및 남한강 지역 일부로 군집되어졌다. 영서지방을 기준으로 보면 동서방향으로는 지역 II 및 III, 지역 IV 및 V로 구분되고 남북방향으로는 지역 II, III 및 V, 지역 IV으로 구분된다.
제시된 다중회귀모형은 윤혜선 등(2009)의 결과와는 달리 지역 V를 제외한 대부분의 지역에서 결정계수가 낮게 나타났다. 또한 연평균 강수량이 커질수록 과소추정하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 한라산만이 중앙에 위치한 제주도와 달리 강원도 지역은 산맥이 복잡하게 형성되어 있고 내륙 및 해안성 기후 등이 동시에 존재하기 때문인 것으로 판단된다.
4) 강원도 일부 지역 (미시령 및 대관령 일원)에서는 산악형 강수형태가 발생하나 전반적인 현상은 아닌 것으로 판단되었다. 또한 일반적으로 알려진 바와 같이 영동지방의 연평균 강수가 영서지방보다 많은 것으로 나타났으나 이러한 현상은 영동지방의 중부 및 북부 지역에 국한된 것임을 알 수 있었다.
08 mm를 나타내어 지역별 강수량 분포가 현저히 다름을 알 수 있다. 북한강 서부 지역(지역 II)의 변동성이 작게 나탔으나 평균 강수량은 가장 큰 400.35 mm를 보였으며 영동지방 및 산악지방 (지역IV 및 V)의 변동성이 크게 나타났으며 그 지역의 강수량 차이가 162.43-193.91 mm로 매우 크게 산정되었다. 따라서 동일 강수 지역에서도 지역별 편차가 심하게 나타날 수 있음을 알 수 있다.
49 %로 대부분의 지역은 우리나라 연평균 강수량보다 많은 강수가 발생하고 있음을 알 수 있다. 연평균 강수량 1300-1600 mm 지역이 76.66%로 강원도 지역 대부분을 차지하나 연평균 강수량이 1600 mm 를 넘는 지역도 6.84%에 달하는 것으로 나타났다. 특히 용평 및 대관령 지역 및 향로봉, 미시령, 설악동 및 오색 지역의 강수량이 크게 나타났다.
5의 봄철 강수 분포를 살펴보면 영동지방에서는 속초부터 경포대 부근까지 강수량이 크게 나타났고 옥계-원덕 지방 및 현내 및 대진의 강수량이 작게 나타났다. 영서 지방에서는 강원도 북부 중앙 지역인 지역 V중 방산, 양구, 원통, 인제, 두촌 및 기린 지방의 강수가 가장 작게 나타났으며 지역 III의 중부 지역(횡성, 치악산, 천일) 및 지역 IV의 북부 지역(봉평, 면온, 진부, 용평, 대관령)이 강수가 크게 나타났다.
84%에 달하는 것으로 나타났다. 특히 용평 및 대관령 지역 및 향로봉, 미시령, 설악동 및 오색 지역의 강수량이 크게 나타났다. 임계 및 하장 부분의 강수는 전반적으로 낮게 발생하였는데 이는 Fig.
후속연구
또한, 공간분석을 수행하여 강원도 지역의 강수 분포를 보다 명확히 밝히고자 한다. 이러한 본 연구의 분석 결과는 강원도내 수자원 이용계획, 수공구조물의 설계 및 방재기준 설정시 계절 및 지역에 따른 효율적인 관리에 도움이 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지형특성과 강수의 관계에 관한 연구의 진행예에는 무엇이 있는가?
또한 지형특성과 강수의 관계에 관한 연구도 진행되어 왔다. 국외에서는 Spreen(1947)과 Schermerhorn(1967) 등에 의해 지형인자들을 이용한 강수량산정에 관한 연구를 하였으며, Naoum 등(2004)는 GIS를 기반으로 한 AVRU(Arcview regression utility)를 개발하여 그리스 Creta섬의 산악지역에서의 강수를 분석하였다. 국내에서는 유철상 등(2004)은 한강유역에서 고도와 강수량과의 선형 및 비선형 회귀분석을 수행하였으며, 엄명진 등(2007)은 제주도의 시우량 자료와 표고별 분포를 이용하여 강수지속기간과 표고와의 관계를 다중회귀 분석으로 분석하였다. 또한 윤혜선 등(2009)은 제주도에 대하여 지역빈도해석 및 회귀분석을 적용하여 지형요소(경도, 위도, 고도) 및 강수량의 관계를 해석하였다.
기후지역 구분은 어떻게 구분되는가?
기후지역 구분은 경험적인 기법과 통계적인 기법으로 구분된다. 경험적인 기법은 기후지역 구분 초기에 주로 이용되었는데, 주로 넓은 지역을 대상으로 연구되었다.
강원도의 기후는 어떠한가?
강원도는 동절기에는 북쪽에서 발생하는 고기압(시베리아 고기압, 오호츠크해 고기압 등)의 영향을 받고 하절기에는 남쪽에서 발생하는 해양성 기후(북태평양 고기압, 온대성 저기압, 태풍 등)의 영향으로 강수의 계절적 불균형이 발생하고 있으며 면적의 대부분이 산악지형으로 태백산맥이 남북방향으로 형성되어 영동지방과 영서지방으로 분리하고 있으며 강원도 중부지역에는 차령산맥이 북동쪽에서 남서방향으로 형성되어 있어 강원도 북부와 남부의 기후에 영향을 주고 있어 강수패턴을 예측하기 매우 어려운 조건을 지니고 있다.
Coronato, F. and Bisigato, A. (1998) A temperature pattern classification in Patagonia, International Journal of Climatology, Vol 18, No. 7, pp. 765-773
Journel, A.G. and Huijbregts, Ch.. J. (1991) Mining Geostatistics. Academic Press, London, UK
Kelkar, M. (1990) Applied Geostatistics for Reservoir Characterization. the University of Tulsa Press, Tulsa, OK
Naoum, S. and Tsanis, I.K. (2004) A multiple linear regression GIS module using spatial variables to model orographic rainfall. Journal of hydroinformatics, Vol. 6, No. 1, pp. 39-56
Schermerhorn, V.P. (1967) Relations between topography and annual precipitation in western Oregon and Washington. Water Resour. Res., Vol. 3, pp. 707-711
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