미래 기후조건에서 농업부문 가뭄양상을 전망하기 위해 우리나라 농업의 중심지인 전주지역을 대상으로 1951-2100 기간의 기후변화시나리오(RCP8.5) 일자료를 이용하여 토양의 물수지에 근거한 농업가뭄지수를 계산하였다. 계산결과는 과거(1951-1980), 현재(1981-2010), 그리고 3개의 미래 기후학적 평년기간(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)으로 분류하여 분석하였다. 그 결과 과거부터 현재까지 계절적으로 가장 부족한 이른봄의 토양수분은 점차 개선되어 금세기말이면 수분부족현상이 해소될 것으로 전망되며, 봄철 가뭄발생빈도 역시 지금보다 줄어들어 이른봄에는 가뭄이 거의 나타나지 않을 것이다. 반면 여름작물 생육기간에는 토양수분상태가 악화되며 가뭄발생빈도가 대체로 증가할 것으로 전망되었다.
미래 기후조건에서 농업부문 가뭄양상을 전망하기 위해 우리나라 농업의 중심지인 전주지역을 대상으로 1951-2100 기간의 기후변화시나리오(RCP8.5) 일자료를 이용하여 토양의 물수지에 근거한 농업가뭄지수를 계산하였다. 계산결과는 과거(1951-1980), 현재(1981-2010), 그리고 3개의 미래 기후학적 평년기간(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)으로 분류하여 분석하였다. 그 결과 과거부터 현재까지 계절적으로 가장 부족한 이른봄의 토양수분은 점차 개선되어 금세기말이면 수분부족현상이 해소될 것으로 전망되며, 봄철 가뭄발생빈도 역시 지금보다 줄어들어 이른봄에는 가뭄이 거의 나타나지 않을 것이다. 반면 여름작물 생육기간에는 토양수분상태가 악화되며 가뭄발생빈도가 대체로 증가할 것으로 전망되었다.
In order to figure out the future drought characteristics of the Jeonju plains, the major crop production area in Korea, daily agricultural drought indexes based on soil water balance were calculated for the relevant 12.5 km by 12.5 km grid cell using the weather data generated by the RCP8.5 climate...
In order to figure out the future drought characteristics of the Jeonju plains, the major crop production area in Korea, daily agricultural drought indexes based on soil water balance were calculated for the relevant 12.5 km by 12.5 km grid cell using the weather data generated by the RCP8.5 climate scenario during 1951-2100. The calculations were grouped into five climatological normal years, the past (1951-1980), the present (1981-2010), and the three futures (2011-2040, 2041-2070, and 2071-2100). Results showed that the soil moisture conditions in early spring, worst for both the past and present normal years, will ameliorate gradually in the future and the crop water stress in spring season was projected to become negligible by the end of this century. Furthermore, the drought frequency in early spring was projected to diminish, resulting in rare occurrence of spring drought by that time. However, the result also showed that the soil moisture conditions during the summer season (when most crops grow in Jeonju plain) will deteriorate and the drought incidence will be more frequent than in the past or present period.
In order to figure out the future drought characteristics of the Jeonju plains, the major crop production area in Korea, daily agricultural drought indexes based on soil water balance were calculated for the relevant 12.5 km by 12.5 km grid cell using the weather data generated by the RCP8.5 climate scenario during 1951-2100. The calculations were grouped into five climatological normal years, the past (1951-1980), the present (1981-2010), and the three futures (2011-2040, 2041-2070, and 2071-2100). Results showed that the soil moisture conditions in early spring, worst for both the past and present normal years, will ameliorate gradually in the future and the crop water stress in spring season was projected to become negligible by the end of this century. Furthermore, the drought frequency in early spring was projected to diminish, resulting in rare occurrence of spring drought by that time. However, the result also showed that the soil moisture conditions during the summer season (when most crops grow in Jeonju plain) will deteriorate and the drought incidence will be more frequent than in the past or present period.
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문제 정의
본 연구에서는 우리나라 농업의 중심지에 해당하는 전주지역을 대상으로 미래 기후변화 시나리오로부터 수집된 기상자료를 이용하여, 기후변화 조건 하에서 예상되는 가뭄의 발생 정도를 농업가뭄지수를 이용하여 평가하고자 하였다. 전주와 그 인근 지역은 곡창지대인 호남평야가 위치하고 있으며, 최근 농촌진흥청등 주요 농업 유관기관이 이전해 온 우리나라 농업연구의 핵심지역이다.
제안 방법
1951년부터 2100년까지 매년의 잔여수분지수를 기후변화시나리오를 이용하여 계산하고, 이것을 5개 기후학적 평년기간에 따라 분류하고 그 평균값을 1일부터 360일까지 그림으로 표현한 것이 Fig. 2이다. 과거, 현재, 그리고 미래 3개 평년기간 단위로 추정된 잔여수분지수의 연중변동양상은 대체로 비슷하며, 전주지방에서 토양수분이 가장 풍부한 시기는 장마기간인 7월이며, 가장 건조한 시기는 3월과 10월로 나타났다.
5) 일자료를 이용하여 토양의 물수지에 근거한 농업가뭄지수를 계산하였다. 계산결과는 과거(1951-1980), 현재(1981-2010), 그리고 3개의 미래 기후학적 평년기간(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)으로 분류하여 분석하였다. 그 결과 과거부터 현재까지 계절적으로 가장 부족한 이른봄의 토양수분은 점차 개선되어 금세기말이면 수분부족현상이 해소될 것으로 전망되며, 봄철 가뭄발생빈도 역시 지금보다 줄어들어 이른봄에는 가뭄이 거의 나타나지 않을 것이다.
미래 기후조건에서 농업부문 가뭄양상을 전망하기 위해 우리나라 농업의 중심지인 전주지역을 대상으로 1951-2100 기간의 기후변화시나리오(RCP8.5) 일자료를 이용하여 토양의 물수지에 근거한 농업가뭄지수를 계산하였다. 계산결과는 과거(1951-1980), 현재(1981-2010), 그리고 3개의 미래 기후학적 평년기간(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)으로 분류하여 분석하였다.
본 연구에서는 12.5km 격자해상도의 RCP8.5 시나리오 일별 Raster 자료를 기상청으로부터 수집하고, 전주기상대 위치에 해당하는 격자점의 값을 추출하여 전부지역 일별 기상자료로 간주하였다. 수집한 기상요소는 최고기온, 최저기온, 강수량, 일사량, 상대습도, 평균풍속, 수증기압 등이다.
즉 매년 가뭄지수 값을 가뭄의 정도(약한 가뭄, 심한 가뭄)에 따라 분류하고 평년기간 및 계절별로 가뭄의 발생빈도를 조사하였다. 여름작물의 생육기간에 대해서도 별도로 가뭄 발생빈도를 조사하였으며, 미래 각 평년의 기후조건에서 식물이용가능 토양수분의 변동양상을 추정하였다.
잔여수분지수는 토양 내 잔류하고 있는 수분의 양을 간접적으로 추정할 수 있는 지수 이므로, 이것을 평년 단위로 비교하면, 과거-현재-미래로 이어지는 토양내 수분 조건을 전망할 수 있다. 연도별로 계산된 잔여 수분지수와, 임의연도의 잔여수분지수와 평년 평균 간 편차에 의해 산정된 농업가뭄지수를 5개의 기후학적 평년기간(1951-1980, 1981-2010, 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)에 대하여 요약하였다. 즉 매년 가뭄지수 값을 가뭄의 정도(약한 가뭄, 심한 가뭄)에 따라 분류하고 평년기간 및 계절별로 가뭄의 발생빈도를 조사하였다.
연도별로 계산된 잔여 수분지수와, 임의연도의 잔여수분지수와 평년 평균 간 편차에 의해 산정된 농업가뭄지수를 5개의 기후학적 평년기간(1951-1980, 1981-2010, 2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)에 대하여 요약하였다. 즉 매년 가뭄지수 값을 가뭄의 정도(약한 가뭄, 심한 가뭄)에 따라 분류하고 평년기간 및 계절별로 가뭄의 발생빈도를 조사하였다. 여름작물의 생육기간에 대해서도 별도로 가뭄 발생빈도를 조사하였으며, 미래 각 평년의 기후조건에서 식물이용가능 토양수분의 변동양상을 추정하였다.
대상 데이터
(2006)의 파종 후 기간단위로 산출한 벼 작물의 계수를 적용하였고, 유출곡선지수는 국토교통부 국가수자원관리종합정보시스템(www.wamis.go.kr)에서 제공하는 표준유역 단위 유출곡선지수 값 중 ‘전주천하류’ 유역 값을 이용하였다.
5 시나리오 일별 Raster 자료를 기상청으로부터 수집하고, 전주기상대 위치에 해당하는 격자점의 값을 추출하여 전부지역 일별 기상자료로 간주하였다. 수집한 기상요소는 최고기온, 최저기온, 강수량, 일사량, 상대습도, 평균풍속, 수증기압 등이다. 이 자료에서 1년은 365일이 아닌 360일로 구성되며, 1951년에서 2100년 까지 총 150년 × 360일 = 54,000일 분이 확보되었다.
이 자료에서 1년은 365일이 아닌 360일로 구성되며, 1951년에서 2100년 까지 총 150년 × 360일 = 54,000일 분이 확보되었다.
데이터처리
kr)에서 제공하는 표준유역 단위 유출곡선지수 값 중 ‘전주천하류’ 유역 값을 이용하였다. 잔여수분지수의 기후학적 평년 평균과 표준편차는 1981-2010년 값을 사용하였다.
이론/모형
기후변화 시나리오의 전주 격자점에서 추출한 54,000일의 최고기온, 최저기온, 강수량, 일사량, 상대 습도, 평균풍속 및 수증기압 자료를 이용하여 Kim et al.(2015)이 제시한 방법에 따라 매일 토양잔류수분량을 계산하고 이를 토대로 잔여수분지수를 1951년부터 2100년 까지 150년간 매년 일 단위로 계산하였다. 작물계수는 Yoo et al.
성능/효과
반면 이른 봄과 겨울의 토양수분상태는 지금보다 개선되며 가뭄빈도 역시 줄어들 것으로 전망되었다. RCP시나리오에 근거한 미래기후전망에서 한반도의 연강수량은 증가하며 집중호우에 따른 피해 역시 늘어날 것이란 분석이 지배적이지만(NIMR, 2012), 여름작물의 생육기간에는 도리어 가뭄피해가 심해질 것이라는 것이 본 연구의 결론이다. 2015년 현재 진행 중인 가뭄이 만약 일각의 주장대로 주기성을 가지고 있다면 앞으로 수년간 더 지속되다가 점차 정상으로 회복될 것이다.
2이다. 과거, 현재, 그리고 미래 3개 평년기간 단위로 추정된 잔여수분지수의 연중변동양상은 대체로 비슷하며, 전주지방에서 토양수분이 가장 풍부한 시기는 장마기간인 7월이며, 가장 건조한 시기는 3월과 10월로 나타났다. 여름작물의 초기생육기인 6월이 비교적 건조하지만 3월과 10월에 비해서는 그래도 토양수분이 풍부한 편이다.
현재평년과 비교한 미래의 토양수분상태는 이른봄의 ‘개선’과 한여름의 ‘악화’로 요약된다. 과거로부터 현재에 이르기까지 가장 건조했던 시기인 3월을 중심으로 미래로 갈수록 토양수분이 풍부해지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 개선추세는 과거로부터 이어져 온 것으로 보이며 ‘먼 미래’(2071-2000)에는 봄가뭄이 거의 사라지는 것으로 전망할 수 있다.
계산결과는 과거(1951-1980), 현재(1981-2010), 그리고 3개의 미래 기후학적 평년기간(2011-2040, 2041-2070, 2071-2100)으로 분류하여 분석하였다. 그 결과 과거부터 현재까지 계절적으로 가장 부족한 이른봄의 토양수분은 점차 개선되어 금세기말이면 수분부족현상이 해소될 것으로 전망되며, 봄철 가뭄발생빈도 역시 지금보다 줄어들어 이른봄에는 가뭄이 거의 나타나지 않을 것이다. 반면 여름작물 생육기간에는 토양수분상태가 악화되며 가뭄발생빈도가 대체로 증가할 것으로 전망되었다.
후속연구
RCP시나리오에 근거한 미래기후전망에서 한반도의 연강수량은 증가하며 집중호우에 따른 피해 역시 늘어날 것이란 분석이 지배적이지만(NIMR, 2012), 여름작물의 생육기간에는 도리어 가뭄피해가 심해질 것이라는 것이 본 연구의 결론이다. 2015년 현재 진행 중인 가뭄이 만약 일각의 주장대로 주기성을 가지고 있다면 앞으로 수년간 더 지속되다가 점차 정상으로 회복될 것이다. 하지만 우리의 연구결과에 따르면 농업부문의 가뭄발생확률은 점차 증가하며 21세기 말까지 좀처럼 회복이 어렵다는 것이다.
대신 겨울이 따뜻해지고 토양수분조건이 개선되므로 맥류를 비롯한 월동작물을 작부체계에 도입하는 방안을 적극 검토할 수 있을 것이다.
이들 연구는 대부분 가뭄의 기상학적 혹은 수문학적 측면에서 수행된 것으로서 기상의존적 산업이라 가뭄의 피해가 직접적이며 치명적인 농업부문에서 미래 기후전망에 근거한 연구가 이루어진 적이 거의 없다. 미래 기후조건에서 식물가용 토양수분의 경시변화가 어떠할 것인지 장기적인 양상을 예측할 수 있다면 미래 농업부문 가뭄대책 마련에 능동적인 대처가 가능할 것이다. Kim et al.
본 연구는 전주지역에 국한된 연구 결과를 제시하였으나, 추후 지역을 확장한다면 기후변화 시나리오에 근거한 우리나라 전역의 공간분포를 상세하게 제작할 수 있어 농업부문 기후변화 적응의 일환으로 가뭄대책수립에 기여할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농업가뭄지수는 어떤 특징이 있는가?
Kim et al.(2015)은 농작물이 생육에 이용할 수 있는 토양 중 가용수분상태를 매일의 기상자료로부터 추정하여 보여주는 ‘농업가뭄지수’(ADI, Agricultural Drought Index)를 제시하였는데, 이 가뭄지수는 강수에 의한 장기간의 물 공급과 증발산 및 지면유출에 의한 물 소비 등 토양의 물수지를 기반으로 토양수분 상태의 경시변화를 원하는 시공간 해상도로 모의할 수 있다. 미래 기후시나리오에서 제시되는 일별 기상자료는 특정시점의 농업가뭄을 전망하는데 사용할 수는 없지만, 장기간의 기후추세를 반영한 것이므로 2100년까지 자료를 몇 개의 구간으로 나누어 농업가뭄지수를 산출하면 구간별 가뭄특성을 파악할 수 있을 것이다.
농업가뭄지수의 기초는 무엇인가?
, 2015). 즉 농업가뭄지수의 기초는 유효강수량에서 작물증발산과 지면유출량을 제한 토양잔류수분량(residual soil moisture)이다. 수십 년 동안 토양잔류수분량을 계산해서 도수분포를 그려보면 그 자연대수값이 정규분포에 근접함을 알 수 있는데 이것이 잔여수분지수(residual moisture index) 이다.
농업가뭄지수를 산출하기 위해 이용되는 잔여수분지수는 무엇인가?
즉 농업가뭄지수의 기초는 유효강수량에서 작물증발산과 지면유출량을 제한 토양잔류수분량(residual soil moisture)이다. 수십 년 동안 토양잔류수분량을 계산해서 도수분포를 그려보면 그 자연대수값이 정규분포에 근접함을 알 수 있는데 이것이 잔여수분지수(residual moisture index) 이다. 기후학적 평년의 잔여수분지수 평균과 표준편차를 기준으로 두고 임의연도의 잔여수분지수를 계산하여 평년분포와 비교하며 상대적인 가뭄의 정도를 가늠할 수 있다.
참고문헌 (14)
Allen, R. G., L. S. Peretira, D. Raes, and M. Smith, 1998: Crop Evapotranspiration: Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO irrigation and drainage paper 56, UN-FAO, Rome, Italy.
Byun, H. R., and D. A. Wilhite, 1999: Objective quantification of drought severity and duration. Journal of Climate 12, 2747-2756.
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), 2013: Climate change 2013: the physical science basis. Working group I contribution to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Kim, D. J., S.-O. Kim, J.-H. Kim, K-M. Shim, and J. I. Yun, 2015: A drought index designed for field-scale water management. Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences 51(3), 197-203.
Lee, J. H., J. W. Seo, and C. J. Kim, 2012: Analysis on trends, periodicities and frequencies of Korean drought using drought indices. Journal of Korea Water Resources Association 45(1), 75-89. (in Korean with English abstract)
Park, B.-S., J.-H. Lee, C-J. Kim, and H.-W. Jang, 2013: Projection of future drought of Korea based on probabilistic approach using multi-model and multi climate change scenarios. Journal of the Korean Society of Civil Engineers 33(5), 1871-1885. (in Korean with English abstract)
Sohn, K. W., D. H. Bae, and J. H. Ahn, 2014: Projection and analysis of drought according to future climate and hydrological information in Korea. Journal of Korea Water Resources Association 47(1), 71-82. (in Korean with English abstract)
Yoo, S. H., J. Y. Choi, and M. W. Jang 2006: Estimation of paddy rice crop coefficients for Penman-Monteith and FAO modified Penman Method. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers 48, 13-23. (in Korean with English abstract)
KMA (Korea Meteorological Administration), 2015: 최근 가뭄현황과 전망. Press Release (2015.6.3). (in Korean)
Lee, S. H., 2015: "한반도 최악의 가뭄은 아직 오지 않았다" (2015.06.23). Pub.chosun.com (http://pub.chosun.com/client/news/viw.asp?cateC02&mcateM1001&nNewsNumb20150617680&nidx17681)
MAFRA (Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs), 2015: 농산물 수급상황 점검. Press Release (2015.7.22). (in Korean)
NIMR (National Institute of Meteorological Research), 2011: IPCC 5차 평가보고서 대응을 위한 기후변화 시나리오 보고서 2011, p79-81. (in Korean)
NIMR (National Institute of Meteorological Research), 2012: IPCC 5차 평가보고서 대응을 위한 기후변화 시나리오 보고서 2012, p60-72. (in Korean)
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