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문제 정의
- 보다 정밀한 북한지방의 강수기후정보를 얻기 위하여 상대적으로 자료가 풍부한 남한의 지형-강수관계를 도출한 후 이를 북한 지방에 적용하는 방법이 제시된바 있으나(Yun, 2000), 본 연구에서는 남한과 북한간 강수추정 방식의 통일을 위하여 남한에서 이용되고 있는 방식인 PRISM모형을 이용하되 우선 낮은 해상도로 강수분포도를 제작하고, 지형-강수관계로 도출된 보정 값을 이에 적용하는 하이브리드 기법을 통해 낮은 관측밀도를 보완하고자 하였다.
제안 방법
- PRISM모형을 구동하여 2,430m 격자해상도의 강수기후도를 남한 북부지방에 대해 제작하고, 여기에 남부지방 관측자료만으로 도출한 회귀모형 기반의 보정 값을 적용하여 270m 해상도의 상세 강수기후도(A)를 최종적으로 얻었다. 기존의 방법대로 AWS+KMA 자료를 모두 이용하여 270m 해상도에서 PRISM방식으로 제작한 남한 북부지방 상세 강수기후도를 참값(O)으로 간주하였다.
- 남한 지역 270m 해상도의 DEM에서 자동기상관측소와 표준기상관측소 위치의 격자값을 추출하고 이들을 이용하여 AWS+KMA 및 KMA에 해당하는 가상지형을 만든 다음, 둘 간의 편차를 얻었다. 강수량에 대해서도 동일한 작업을 하여 둘 간의 편차를 얻어 경사향별로 고도편차-강수편차 간 회귀식을 도출하였다. 북한 지역의 270m 해상도의 DEM과 27개 기상대 고도 값으로 IDW한 가상지형 간의 편차를 구한 다음, 남한에서 얻은 회귀식을 적용하여 보정값을 계산하였다.
- PRISM모형을 구동하여 2,430m 격자해상도의 강수기후도를 남한 북부지방에 대해 제작하고, 여기에 남부지방 관측자료만으로 도출한 회귀모형 기반의 보정 값을 적용하여 270m 해상도의 상세 강수기후도(A)를 최종적으로 얻었다. 기존의 방법대로 AWS+KMA 자료를 모두 이용하여 270m 해상도에서 PRISM방식으로 제작한 남한 북부지방 상세 강수기후도를 참값(O)으로 간주하였다. O를 A와 중첩시켜 얻은 추정강수량과 참값 사이 편차(A-O)는 월별로 -16 ~ +13mm의 분포를 보였다.
- , 2008). 나아가 관측밀도가 동일한 조건에서 단위격자점의 크기만 줄일 경우에도 PRISM 방식에 의해 추정된 강수량 분포가 개선되는 것이 확인되면서 각 격자당 회귀모형 도출에 이용되는 관측지점수가 최소 5개가 되도록 적당한 유역을 설정하고 남한 전역을 270m 격자점으로 나누어 고해상도 강수분포도를 제작하였다(Chung et al., 2009).
- 자료가 불충분한 북한 지방의 강수추정을 위해 우선 낮은 해상도의 강수기후도를 PRISM을 이용하여 제작하고 격자 내 지형특성을 반영하기 위해 여기에 상대적으로 자료가 풍부한 남한의 ‘지형-강수 관계’에 근거한 보정값을 더하는 방법을 모색하였다. 남한 지역 270m 해상도의 DEM에서 자동기상관측소와 표준기상관측소 위치의 격자값을 추출하고 이들을 이용하여 AWS+KMA 및 KMA에 해당하는 가상지형을 만든 다음, 둘 간의 편차를 얻었다. 강수량에 대해서도 동일한 작업을 하여 둘 간의 편차를 얻어 경사향별로 고도편차-강수편차 간 회귀식을 도출하였다.
- 남한에서 제작되는 강수기후도 해상도인 270m 격자의 수치고도모형에서 AWS와 KMA의 위치를 추출하고, 이 지점들(546개)에 해당하는 고도값을 IDW하여 가상지형을 제작하였다. 다음에는 78개 표준관측소의 고도만을 IDW하여 만든 가상지형과 비교하여 편차를 얻었다. 이것은 상세지형에 비해 강수추정에 이용되는 표준관측지점만으로 이루어진 가상지형의 고도편차이다.
- 이것은 상세지형에 비해 강수추정에 이용되는 표준관측지점만으로 이루어진 가상지형의 고도편차이다. 다음에는 AWS+KMA 위치의 강수량자료를 토대로 IDW에 의한 강수표면을 제작하고, 같은 방법으로 표준관측소만의 강수표면을 추정하여 강수편차를 얻었다. 이 두 편차, 즉 ‘고도편차’와 ‘강수편차’를 각각 독립변수와 종속변수로 두고 회귀식을 도출하였는데, 격자점을 4방위의 경사향에 따라 분류하여 각 경사향별 회귀식을 얻었다.
- 이 과정을 통해 북한 전역의 270m 격자점에 대해 경사향 별 고도편차에 따른 강수량 보정 값이 계산되었다. 다음에는 북한 전역을 대상으로 2,430m 격자 해상도로 PRISM을 구동하여 산출한 배경강수기후도에 이 보정 값을 적용하여 동일 격자 내부에서 270m 해상도의 아격자(subgrid) 단위의 최종 강수량분포를 얻었다.
- 본 연구는 남한의 지형-강수 관계만 이용하여 북한의 강수분포를 추정하였던 선행연구(Yun, 2000)에 비해 PRISM기법을 추가하고 270m로 해상도를 향상시켰다. 하지만 북한 지방의 실측 강수량에 의해 검증을 하지 않았기 때문에 앞으로 북한과의 교류가 확대되어 많은 지역에 강수관측망을 확충하고 여러 지점의 충분한 자료를 수집함으로써 실용성을 제고해야 할 것이다.
- 북한 전역에 대해 270m 해상도의 DEM과 27개 기상대 고도값으로 IDW한 가상지형 간 고도편차를 구한 다음, 앞서 얻은 남한지역 고도-강수량 회귀식의 고도변수를 이것으로 대체하였다. 이 과정을 통해 북한 전역의 270m 격자점에 대해 경사향 별 고도편차에 따른 강수량 보정 값이 계산되었다.
- 강수량에 대해서도 동일한 작업을 하여 둘 간의 편차를 얻어 경사향별로 고도편차-강수편차 간 회귀식을 도출하였다. 북한 지역의 270m 해상도의 DEM과 27개 기상대 고도 값으로 IDW한 가상지형 간의 편차를 구한 다음, 남한에서 얻은 회귀식을 적용하여 보정값을 계산하였다. 북한지역에 대해 2,430m 해상도로 PRISM모형을 구동하고 보정값을 적용하여 최종강수량을 얻었다.
- 북한 지역의 270m 해상도의 DEM과 27개 기상대 고도 값으로 IDW한 가상지형 간의 편차를 구한 다음, 남한에서 얻은 회귀식을 적용하여 보정값을 계산하였다. 북한지역에 대해 2,430m 해상도로 PRISM모형을 구동하고 보정값을 적용하여 최종강수량을 얻었다. 제작된 강수기후도에 따르면 북한지방의 연간 총 강수량은 지역평균이 1,196mm이며 표준편차는 298mm인 것으로 추정된다.
- 한반도의 중부지방에 해당되는 지역에 대해 표준관측소 강수자료만을 이용하여 PRISM 모형 기반의 2,430m 해상도(기후도 제작 기본픽셀인 30m의 배수이면서 북한의 27개 지점자료와 PRISM 모형에 의해 제작 가능한 해상도) 강수기후도를 제작하였다. 앞에서 얻은 경사향별 회귀모형(고도편차-강수편차 기울기)을 270m 해상도의 고도편차 분포도에 적용하여 보정값을 계산한 다음 이 강수기후도와 격자점 단위로 가감함으로써 270m 해상도 하이브리드 강수기후도를 완성하였다. 이를 기존의 방법(Chung et al.
- 이 두 편차, 즉 ‘고도편차’와 ‘강수편차’를 각각 독립변수와 종속변수로 두고 회귀식을 도출하였는데, 격자점을 4방위의 경사향에 따라 분류하여 각 경사향별 회귀식을 얻었다.
- 이 중 31×31km 해상도 grid의 경사향 값을 크게 동서남북으로 나누어 polygon shape (ArcGIS, ESRI Inc, USA)의 벡터 포맷으로 변환하고, 남부지방의 강수량 관측소를 이 4방위에 중첩하여 방위별로 4개 그룹으로 분류 하였다(Fig. 2).
- 기상요소로는 해면기압, 평균/최고/최저기온, 강수량, 상대습도, 평균습도, 평균풍속, 운량 등이 있다. 이들 가운데 1973년부터 2009년까지 36년간의 강수량 자료를 발췌하여 월별 평년 값을 계산하였다.
- 앞에서 얻은 경사향별 회귀모형(고도편차-강수편차 기울기)을 270m 해상도의 고도편차 분포도에 적용하여 보정값을 계산한 다음 이 강수기후도와 격자점 단위로 가감함으로써 270m 해상도 하이브리드 강수기후도를 완성하였다. 이를 기존의 방법(Chung et al., 2009)으로 제작한 270m해상도의 강수기후도와 비교하였다.
- 남한에서의 검증결과를 바탕으로 북한 전역으로 그 적용범위를 넓힌 강수기후도가 제작되었다. 이를 위해 4개의 경사향별로 남한 전역의 AWS와 기상대자료를 모두 이용하여 고도편차-강수편차 회귀모형을 도출하였다(Table 1). 회귀모형의 기울기는 경사향 및 월별로 큰 차이가 있으며 대체로 여름철 동향경사면에서 가장 큰 기울기를 보였다.
- 자료가 불충분한 북한 지방의 강수추정을 위해 우선 낮은 해상도의 강수기후도를 PRISM을 이용하여 제작하고 격자 내 지형특성을 반영하기 위해 여기에 상대적으로 자료가 풍부한 남한의 ‘지형-강수 관계’에 근거한 보정값을 더하는 방법을 모색하였다.
- 한반도의 중부지방에 해당되는 지역에 대해 표준관측소 강수자료만을 이용하여 PRISM 모형 기반의 2,430m 해상도(기후도 제작 기본픽셀인 30m의 배수이면서 북한의 27개 지점자료와 PRISM 모형에 의해 제작 가능한 해상도) 강수기후도를 제작하였다. 앞에서 얻은 경사향별 회귀모형(고도편차-강수편차 기울기)을 270m 해상도의 고도편차 분포도에 적용하여 보정값을 계산한 다음 이 강수기후도와 격자점 단위로 가감함으로써 270m 해상도 하이브리드 강수기후도를 완성하였다.
대상 데이터
- 이에 대응하는 남한의 기상자료는 기상청에서 제공되고 있는 78개 지점의 표준기상관측소와 468개 지점의 자동기상관측기에서 제공되는 월별 평균 강수량 자료를 준비하였다. AWS자료는 2001년부터 2009년까지의 자료를, KMA자료는 1971년부터 2009년까지의 자료를 확보하고 30년 단위의 월별 평년 값을 계산하였다(Fig. 1).
- 남한에서 제작되는 강수기후도 해상도인 270m 격자의 수치고도모형에서 AWS와 KMA의 위치를 추출하고, 이 지점들(546개)에 해당하는 고도값을 IDW하여 가상지형을 제작하였다. 다음에는 78개 표준관측소의 고도만을 IDW하여 만든 가상지형과 비교하여 편차를 얻었다.
- 이에 대응하는 남한의 기상자료는 기상청에서 제공되고 있는 78개 지점의 표준기상관측소와 468개 지점의 자동기상관측기에서 제공되는 월별 평균 강수량 자료를 준비하였다. AWS자료는 2001년부터 2009년까지의 자료를, KMA자료는 1971년부터 2009년까지의 자료를 확보하고 30년 단위의 월별 평년 값을 계산하였다(Fig.
이론/모형
- 3. Map of annual precipitation in North Korea estimated by the PRISM based hybrid method. Zoomed window shows the junction of 4 counties: Yeonsa, Gyeongseong, Baekam and Eorang in Hamgyeongbuk-do.
- 경사향의 결정을 위해 Yun(2000)의 방법에 따라 셀 해상도를 3×3km, 5×5km, 7×7km, , 15×15km, 31×31km 등으로 확대하여 고도 평균값을 구한 다음, 방위 별로 인접한 셀과의 고도 차를 비교하여 가장 큰 방위 값을 부여하였다.
성능/효과
- 이를 위해 4개의 경사향별로 남한 전역의 AWS와 기상대자료를 모두 이용하여 고도편차-강수편차 회귀모형을 도출하였다(Table 1). 회귀모형의 기울기는 경사향 및 월별로 큰 차이가 있으며 대체로 여름철 동향경사면에서 가장 큰 기울기를 보였다. 이는 우리나라 지세가 백두대간을 중심으로 동향사면의 경사가 더 급하고 여름철에는 지형성 강우(orographic convective rainfall)가 흔하기 때문으로 추정된다.
후속연구
- 본 연구는 남한의 지형-강수 관계만 이용하여 북한의 강수분포를 추정하였던 선행연구(Yun, 2000)에 비해 PRISM기법을 추가하고 270m로 해상도를 향상시켰다. 하지만 북한 지방의 실측 강수량에 의해 검증을 하지 않았기 때문에 앞으로 북한과의 교류가 확대되어 많은 지역에 강수관측망을 확충하고 여러 지점의 충분한 자료를 수집함으로써 실용성을 제고해야 할 것이다.
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