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기후변동을 고려한 조건부 GEV 분포를 이용한 비정상성 빈도분석
Non-stationary Frequency Analysis with Climate Variability using Conditional Generalized Extreme Value Distribution 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.13 no.3, 2011년, pp.499 - 514  

김병식 (강원대학교 도시환경방재전공) ,  이정기 (인하대학교 사회기반시스템공학부) ,  김형수 (인하대학교 사회기반시스템공학부) ,  이진원 (한국건설기술연구원 수자원환경연구본부 하천해안항만연구실)

초록
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전통적 수문빈도분석의 기본가정은 기후와 수문사상이 정상성이라는 것으로 즉, 분포형의 매개변수들이 시간에 따라 불변이라는 것이다. 댐, 제방, 운하, 교량 등 수공 관련 기간시설물을 계획하고 설계할 때는 과거 상황을 이해하고 미래에도 그 상황이 유지될 것이라는 것을 근거로 한다. 그러나 현실은 기본가정과는 달리 수문자료들은 비정상성을 지니고 있으며 수자원관리자들에 의해 항상 기간시설물을 계획하고 설계 할 때 비정상성을 다루고자 끊임없이 노력해 왔다. 본 논문에서는 비정상성 수문빈도분석기법을 소개하고, 조건부 Generalized Extreme Value(GEV) 분포를 이용하여 비정상성 빈도분석을 실시하였다. 본 논문에서는 6개 기상관측소지점의 24시간 연최고치 강우량을 대상으로 비정상성 빈도분석을 실시하였으며 최우도법(Maximum Likelihood)을 사용하여 GEV 분포형의 매개변수를 추정하였다. 그 결과 비정상성 GEV 분포가 확률 강우량을 산정하는데 있어 적합함을 확인 할 수 있었다. 또한 ENSO(El Nino Southern Oscillation)를 나타내는 지수인 SOI(Southern Oscillation Index)를 이용하여 기후변동 고려한 비정상성 빈도분석을 실시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An underlying assumption of traditional hydrologic frequency analysis is that climate, and hence the frequency of hydrologic events, is stationary, or unchanging over time. Under stationary conditions, the distribution of the variable of interest is invariant to temporal translation. Water resources...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 극치수문자료의 분포특성을 고려할 수 있는 경향성 분석 방법과 이를 빈도분석과 연계시켜 해석할 수 있는 비정상성 빈도분석 모형을 개발하였다. 식 (3)의 조건부 GEV 분포형과 식 (4)~(6)의 시간을 고려한 매개변수 모형을 구성하였으며 이를 해석하기 위한 매개변수 추정 방법으로 최우도법을 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
통계학적 의미에서 정상 성이란 무엇인가? 그러나 전통적 극한치 이론은 정상성(Stationarity)이라는 기본 가정을 전제로 하고 있기 때문에 기후변화 및 변동에 의한 외부변화 요인을 반영하기에는 한계가 있음이 지적되어져 왔다. 통계학적 의미에서 정상 성이란 평균과 분산과 같은 매개변수가 시간 불변이라는 것이며 극한사상을 표현하는 확률분포 형의 매개변수들이 시간의 변화에 상관없는 상수로서 표현된다는 것을 의미한다. 그러나 앞에서 언급한 바와 같이 실제 강우사상은 기후변화로 인해 점차적으로 확률분포형의 매개변수나 그 분포 자체가 시간에 따라 변화하기 때문에 기존의 정상성 가정에 근거한 빈도분석과는 다른 비정상 성(Non-Stationarity)을 고려할 수 있는 새로운 빈도분석 방법이 요구된다.
일반적으로 극한사상을 분석하기 위해서는 두종류의 시계열자료를 이용하는데, 두 기법은 무엇인가? 일반적으로 극한사상을 분석하기 위해서는 두종류의 시계열자료를 이용하는데 첫 번째 기법은 지속시간별 연최고치(Series of Annual Maximum, SAM)를 이용하는 것이며 두 번째 기법은 특정 임계치 이상의 값을 이용하는 POT(Peak Over Threshold)방법이다. POT 방법은 많은 관심을 가지고 있으나 임계치 설정의 어려움과 자료들 간의 자기상관성 때문에 널리 이용되고 있지 않다.
기후변동은 기후변화 보다 단기적으로 일종의 주기를 가지며 반복적으로 발생하는 특성이 있는데, 그 대표적인 사례로 무엇을 들 수 있는가? 기후변화가 장기간에 걸쳐 지속적으로 서서히 변화하는 특성을 가지는 반면에 기후변동은 그 보다는 단기적으로 일종의 주기를 가지며 반복적으로 발생하는 특성이 있다. 그 대표적인 사례는 바로 El Nino와 La Nina로 대표되는 ENSO(El Nino Southern Oscillation)를 들 수가 있으며 El Nino와 La Nina 현상의 발생 증가는 우리나라를 포함하여전 세계적으로 가뭄과 홍수를 유발하고 있음을 많은 연구사례에서 확인할 수 있다(Halpert와 Ropelewski, 1992; Piechota와 Dracup, 1996; Ropelewski와 Halpert, 1996; Ropelewski 등, 1987).
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