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문제 정의
- 본 연구에서는 계절별로 세분하여 최근 40년간 (1973∼2012) 61개 전체 또는 각 관측지점별 1∼5일 누적 최대 강수량 자료를 산출하여 우리나라 다중일 누적 극한강수현상의 시공간적 기후학적 분포 및 장기간 변화 추세 특징을 살펴보았다.
- 본 연구에서는 최근 40년간(1973∼2012) 우리나라 61개 종관기상관측소에서 관측한 일강수량 자료를 분석하여 사계절 다중일(1∼5일) 누적 강수량 자료에서 추출한 각 계절별 극한강수현상의 시･공간적 변화 특징을 밝히고자 한다.
제안 방법
- 그 후 기후변화 분석 관점에서 각 지점별 다중일 누적 극한강수현상의 시계열에서 추출되는 일차 선형 추세선을 바탕으로 각 계절별, 관측지점별 다중일 누적 극한강수현상의 변화 규모를 mm/10년 단위로 정량화하였다. 이 때 이러한 변화 추세의 통계적 유의성은 비모수 검정 시 널리 사용되는 Kendall's tau 값을 기준으로 판단하였다.
- 또한 이와 유사한 방법으로 산출한 61개 지점 평균 계절 다중일(1일, 2일, 3일, 4일, 5일) 누적 극한강수현상의 강수량의 시계열 자료를 구축한 후 매년 우리나라 평균 계절 강수량 자료와 결합하여 산포도(x축: 계절 강수량, y축: 다중일 누적 극한강수현상일 강수량)를 그렸다. 그 후 이러한 산포도에 일차회귀선을 그려서 단위 계절 강수량 증감에 따른 다중일 누적 극한강수현상의 규모변화 정도를 정량화 하였다. 부가적으로 동일한 방법으로 우리나라 관측지점별 계절 강수량 증감에 따른 다중일 누적 극한강수현상의 민감도를 정량화하였다.
- 박병익(2010)에 의하면 우리나라 연속강수현상은 주로 5일 이내에 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 일별 누적강수량 시계열 자료에서 3개월 단위 기상학적 계절 동안에 1일 최대 강수량 및 2일, 3일, 4일, 5일 누적 최대 강수량을 나타나는 경우를 매해 산출하여 다중일 누적 극한강수현상으로 간주하여 분석하였다. 가령, 서울의 2012년 봄철 3일 누적 극한강수현상은 서울의 2012년 3월 1일에서 5월 30일 일강수량 자료를 3일씩 이동 누적한 자료 중 최대치에 해당하는 값을 가리킨다.
- 또한 관측지점별로 매년 3개월 단위 기상학적 계절별 총강수량 시계열을 산출하였고, 동일 연도의 61개 관측지점 계절 강수량의 산술 평균값을 구하여 우리나라 전체 평균적인 계절 강수량 시계열을 구축하였다. 또한 이와 유사한 방법으로 산출한 61개 지점 평균 계절 다중일(1일, 2일, 3일, 4일, 5일) 누적 극한강수현상의 강수량의 시계열 자료를 구축한 후 매년 우리나라 평균 계절 강수량 자료와 결합하여 산포도(x축: 계절 강수량, y축: 다중일 누적 극한강수현상일 강수량)를 그렸다.
- 또한 관측지점별로 매년 3개월 단위 기상학적 계절별 총강수량 시계열을 산출하였고, 동일 연도의 61개 관측지점 계절 강수량의 산술 평균값을 구하여 우리나라 전체 평균적인 계절 강수량 시계열을 구축하였다. 또한 이와 유사한 방법으로 산출한 61개 지점 평균 계절 다중일(1일, 2일, 3일, 4일, 5일) 누적 극한강수현상의 강수량의 시계열 자료를 구축한 후 매년 우리나라 평균 계절 강수량 자료와 결합하여 산포도(x축: 계절 강수량, y축: 다중일 누적 극한강수현상일 강수량)를 그렸다. 그 후 이러한 산포도에 일차회귀선을 그려서 단위 계절 강수량 증감에 따른 다중일 누적 극한강수현상의 규모변화 정도를 정량화 하였다.
- 본 연구에서 사용된 1일, 5일 누적 최대강수량값은 CCl/CLIVAR/JCOMM Expert Team on Climate Change Detection and Indices(ETCCDI) 에서 개발되어 정리된 11개의 극한강수지수의 하나이다. 본 연구에서는 이들 외에 2일, 3일, 4일 누적 최대 강수량도 추가적으로 자료를 구축하여 분석하였다. 이 지수들은 유용성 때문에 국내뿐만 아니라 해외의 극한기후 연구 분야에서 널리 활용되어 오고 있다(예.
- 우선, 우리나라의 평균적인 다중일 누적 극한강수현상의 변화 양상을 파악하기 위하여 40년 간 61개 관측지점 평균 일강수량 자료를 구축하여 3개월 단위 기상학적 계절의 다중일 누적 극한강수량 기술통계값들을 산출하였다. 유사하게 각 관측지점마다 매년 산출하여 40년간 각 계절별 최대 5일까지 다중일 누적 극한강수현상을 나타내는 최대 강수값의 시계열을 구축하고 연구기간 동안의 기술통계값을 산출하였다.
- 우선, 우리나라의 평균적인 다중일 누적 극한강수현상의 변화 양상을 파악하기 위하여 40년 간 61개 관측지점 평균 일강수량 자료를 구축하여 3개월 단위 기상학적 계절의 다중일 누적 극한강수량 기술통계값들을 산출하였다. 유사하게 각 관측지점마다 매년 산출하여 40년간 각 계절별 최대 5일까지 다중일 누적 극한강수현상을 나타내는 최대 강수값의 시계열을 구축하고 연구기간 동안의 기술통계값을 산출하였다. 특히, 이러한 기술통계자료에서 최근 40년 동안 1일, 2일, 3일, 4일, 5일 누적 최대강수량이 가장 높게 나타난 극값을 산출한 후 이를 지도화 하였다.
- 부가적으로 동일한 방법으로 우리나라 관측지점별 계절 강수량 증감에 따른 다중일 누적 극한강수현상의 민감도를 정량화하였다. 이를 바탕으로 기후변화적 측면에서 연구기간 동안 계절별 총강수량에서 각 다중일 누적 극한강수현상일의 강수량이 차지하는 비율(%)의 변화 여부를 판단하기 위해 이 민감도 시계열에 그려지는 일차선형 회귀선을 %/10년 단위로 환산하여 이를 각 계절별로 지도화하였다. 이러한 극한강수가 차지하는 비율의 변화 추세의 통계적 유의성 분석에도 Kendall's tau 검정법을 적용하였다.
- 05이하 일 때 해당 변화 추세가 통계적으로 유의미한 것으로 간주하였다. 지리정보시스템(ESRI사 ArcGIS 10.2.2)을 사용하여 이러한 변화 추세 규모 값과 그 추세의 통계적 유의성 값을 동시에 나타내는 분포도를 작성하였다.
- 유사하게 각 관측지점마다 매년 산출하여 40년간 각 계절별 최대 5일까지 다중일 누적 극한강수현상을 나타내는 최대 강수값의 시계열을 구축하고 연구기간 동안의 기술통계값을 산출하였다. 특히, 이러한 기술통계자료에서 최근 40년 동안 1일, 2일, 3일, 4일, 5일 누적 최대강수량이 가장 높게 나타난 극값을 산출한 후 이를 지도화 하였다. 이 분포도는 다중일 극한강수현상 규모의 극값의 시･공간적 패턴을 분석하는데 사용되었다.
대상 데이터
- 가령, 서울의 2012년 봄철 3일 누적 극한강수현상은 서울의 2012년 3월 1일에서 5월 30일 일강수량 자료를 3일씩 이동 누적한 자료 중 최대치에 해당하는 값을 가리킨다. 본 연구에서 사용된 1일, 5일 누적 최대강수량값은 CCl/CLIVAR/JCOMM Expert Team on Climate Change Detection and Indices(ETCCDI) 에서 개발되어 정리된 11개의 극한강수지수의 하나이다. 본 연구에서는 이들 외에 2일, 3일, 4일 누적 최대 강수량도 추가적으로 자료를 구축하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 최근 40년간(1973∼2012)의 우리나라 기상청 산하 종관기상관측망에 속한 61개 지점별 일강수량 자료에서 다중일(1∼5일) 누적 강수량 자료를 산출하여 분석하였다(그림 1).
데이터처리
- 이 때 이러한 변화 추세의 통계적 유의성은 비모수 검정 시 널리 사용되는 Kendall's tau 값을 기준으로 판단하였다.
- 이러한 극한강수가 차지하는 비율의 변화 추세의 통계적 유의성 분석에도 Kendall's tau 검정법을 적용하였다.
이론/모형
- , 2012). 이러한 극한강수현상 추출에는 Zhang and Yang(2004)이 개발한 RClimdex 1.1(2013년 11월 최종 업데이트)를 사용하였다.
성능/효과
- 1∼5일 누적 극한강수현상에 대해 Mann-Whitney 비모수 검정법을 사용하여 특정 연도를 기준으로 전반기와 후반기로 나누어 두 시기의 다중일 누적 극한강수현상 변화를 비교하여 살펴보면, 1995년을 기점으로 여름철 극한강수현상은 가장 뚜렷하게 증가하였음을 알 수 있다.
- 61개 각 관측지점별로 매년 3개월 단위 계절 총강수량에서 각 계절에 발생한 1일 최대 누적 강수량이 차지하는 비율의 최근 40년 동안 시계열 자료를 구축한 후, 이 시계열에 나타난 일차추세선의 기울기에서 그 변화량을 산출해 보면 사계절 중 겨울철에 통계적 유의성이 있는 증가 경향이 나타난다(그림 7). 앞에서 살펴본 바와 같이 최근 40년 동안 다중일(1∼5일) 누적 극한강수현상의 규모는 여름철을 중심으로 증가하였으나(그림 3, 5), 여름철 총강수량에서 다중일 최대 누적 극한강수현상 발생 시의 강수량이 차지하는 비율에는 뚜렷한 변화가 없다.
- 최근 40년 기간 동안 다중일 누적 극한강수현상의 최대 극값은 계절마다 상이한 공간패턴을 보인다(그림 2). 61개 각 관측지점에서 발생한 1일 누적 극한강수량 최대 극값의 분포를 계절별로 비교해 보면, 겨울철에는 우리나라 대부분 지역에서 100mm 이하를 나타내지만, 여름철에는 대부분 지역에서 100mm 이상으로 계절 간 차이가 크다. 겨울철에는 제주도를 제외하면 대체로 한반도 지역에서는 관측지점별로 큰 차이를 보이지 않는다.
- 61개 각 관측지점의 계절별 2일 누적 최대 강수량의 시계열에 나타난 다중일 누적 극한강수현상의 장기간 변화 추세를 살펴보면, 특정 관측지점의 경우에는 여름철뿐만 아니라 다른 계절에도 최근 40년간 통계적으로 유의미하게 증가하였음을 알 수 있다(그림 5). 봄철 2일 누적 최대 강수량은 공간적으로 증가 또는 감소 경향이 불규칙하게 발생하였다.
- 즉, 겨울철에는 강수 평균에는 변화가 뚜렷하지 않으나, 일부 관측지점에서는 극한강수현상의 강도가 높아졌음을 알 수 있다. 61개 관측지점 중 우리나라 중부지역의 원주, 양평, 이천, 제천, 충주, 서산 등의 지점과 남부지역의 남원, 광주, 순천, 해남, 합천, 산청 등의 지점에서 95% 이상의 통계적 유의성을 갖는 증가추세를 보였다. 연구기간 동안 이들 관측지점에서 겨울철 극한강수현상이 계절 강수량에서 차지하는 비율의 증가 규모는 대체로 +2.
- 본 연구에서는 계절별로 세분하여 최근 40년간 (1973∼2012) 61개 전체 또는 각 관측지점별 1∼5일 누적 최대 강수량 자료를 산출하여 우리나라 다중일 누적 극한강수현상의 시공간적 기후학적 분포 및 장기간 변화 추세 특징을 살펴보았다. 그 결과 주로 여름철 중심의 1일 최대 강수량 분석을 한 기존 여름철 이외의 계절 다중일 누적 극한강수현상의 특징들도 밝힐 수 있었다. 주요 연구 내용을 요약해 보면 다음과 같다.
- 넷째, 다중일 누적 극한강수현상이 증가하는 패턴은 사계절 중 여름철에 뚜렷하지만, 계절 총 강수량에서 다중일 누적 극한강수현상 발생 시의 강수량이 차지하는 비율은 연구기간 동안 오히려 겨울철에 가장 뚜렷하게 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 여름철의 경우에는 단일 극한강수사례의 강도 증가이외에도 전반적인 강수현상의 강도가 증가하고 있다는 것을 의미하지만, 겨울철의 경우에는 주로 총강수량은 변화 없이 극한강수현상일에 집중하는 경향이 나타나고 있음을 가리킨다.
- 다섯째, 최근 40년 동안 계절별 우리나라 강수량과 1일 최대 누적 극한강수현상일 규모 두 변수 산포도에 나타난 회귀선의 기울기는 가을(+25.1mm /100mm), 겨울(+18.0mm/100mm), 봄(+17.7mm/100mm), 여름(+11.4mm/100mm)의 순서로 높게 나타난다. 이는 기후변화에 의해 계절 평균 강수량이 증가하거나 감소하는 변화가 계절별로 동일하게 나타난다고 가정할 때에 다중일 누적 극한강수현상의 변화는 강수량이 많은 여름철 보다는 가을철에 더 뚜렷하게 나타날 것임을 가리킨다.
- 둘째, 사계절 중 가장 뚜렷한 극한강수현상의 증가현상은 여름철에 나타나지만 일부 관측지점의 경우에는 겨울철에도 나타나고 있다. 61개 관측지점별 다중일(1~5일) 누적 극한강수현상의 증가 규모를 살펴보면, 겨울철은 관측지점별로 그 변화 규모가 유사하나 여름철에는 지역별로 편차가 큰 편이다.
- 셋째, 여름철에 다중일(1∼5일) 누적 극한강수현상이 통계적 유의성을 나타내면서 증가하는 패턴은 주로 경기도, 충청도, 강원 영서지역을 중심으로 뚜렷하게 나타나지만, 겨울철에는 공간적 군집성 없이 전국 특정 관측지점(예. 2일 누적 극한강수현상의 경우 양평, 광주, 영주, 충주, 군산, 광주 등)에서 불규칙하게 나타나고 있다.
- 연구기간 동안 우리나라 61개 지점 평균 일강수량 자료에서 추출한 계절별 다중일(1∼5일) 누적 강수량 최대값의 시계열에 나타난 일차 추세선을 분석해 보면 사계절 중 여름철에만 다중일 누적 극한강수현상의 규모가 통계적으로 유의미한 증가 패턴이 나타난다(표 2).
- 가을철에는 61개 관측지점 중 통계적 유의성이 있는 증가 또는 감소 추세를 나타내는 관측지점이 전혀 없다. 일부 속초, 서귀포, 완도, 영주 등을 제외하면 통계적 유의성은 모두 90%이하이지만 전국 대부분 관측지점에서 가을철 2일 누적 최대 강수량은 증가경향을 보인다. 특히 제주도, 경상도 내륙지역, 강원 영동해안 지역에서는 증가 규모가 다소 크게 나타났다.
- 한편, 가을철에는 여름철과 달리 남해안 지역과 영동 해안지역을 따라 1일 누적 극한강수현상의 최대 극값은 400mm이상으로 내륙지역에 비하여 2배 이상 더 크게 나타난다. 제주도에서도 남부해안보다 북부 해안지역에서 가을철 극한강수현상 최대 극값이 더 크게 나타났다. 이는 태풍이나 호우를 동반하는 이동성 저기압이 가을철에 한반도로 관통할 때 반시계 방향의 기류 흐름이 형성되어 우리나라 남해안, 동해안 및 제주도 북부해안에 수증기 유입이 활발하게 이루어진다는 기존 연구 결과(예.
- 첫째, 1일에서 5일로 누적기간이 더 긴 극한강수현상일수록 최근 40년 동안(1973∼2012) 겨울철 극한강수현상이 통계적 유의성을 가지면서 증가하는 추세를 보이는 관측지점 수는 줄어든다.
- 일부 속초, 서귀포, 완도, 영주 등을 제외하면 통계적 유의성은 모두 90%이하이지만 전국 대부분 관측지점에서 가을철 2일 누적 최대 강수량은 증가경향을 보인다. 특히 제주도, 경상도 내륙지역, 강원 영동해안 지역에서는 증가 규모가 다소 크게 나타났다. 반면, 겨울철 2일 누적 최대 강수량은 우리나라 대부분의 관측 지점에서 통계적 유의성은 낮지만 전반적으로 증가하는 패턴을 보인다.
- 이들 지역에 위치한 관측지점의 시계열 추세도 95% 이상의 통계적 유의수준을 보인다. 특히, 서울의 경우에는 여름철 2일 누적 최대 극한강수현상이 연구기간 동안 +34.7mm/10년으로 61개 관측지점 중 다중일 누적 극한강수현상의 규모 증가 양상이 가장 뚜렷하게 나타났다. 이외에도 울릉도에서도 여름철 2일 누적 강수량은 95% 이상의 통계적 유의 수준에서 +16.
- 한편, 연구기간 동안 61개 지점 평균 매년 계절별 총강수량과 1일 누적 극한현상 발생시 최대 극값을 살펴보면, 최대 극값이 나타난 연도는 봄철을 제외하면 대부분 상이함을 알 수 있다. 봄철 총강수량(85.
후속연구
- 본 연구에서 밝힌 사계절 다중일 누적 극한강수현상의 변화 양상은 기존의 여름철 중심의 변화와 1일 누적 극한강수현상에 초점을 둔 우리나라 주요 극한강수현상에 의한 피해 저감 정책에 다른 계절의 장기간 지속되는 극한강수현상의 변화 양상도 고려할 필요성이 있음을 제시하고 있다. 차후에는 계절별로 이와 같이 계절별로 발생되는 다중일 누적 극한강수현상의 특성 변화가 온난화에 의한 한반도 주변의 대기 순환 패턴의 변화와 어떤 관련성이 있는지에 대한 연구들이 필요하다고 판단된다.
- 본 연구에서 밝힌 사계절 다중일 누적 극한강수현상의 변화 양상은 기존의 여름철 중심의 변화와 1일 누적 극한강수현상에 초점을 둔 우리나라 주요 극한강수현상에 의한 피해 저감 정책에 다른 계절의 장기간 지속되는 극한강수현상의 변화 양상도 고려할 필요성이 있음을 제시하고 있다. 차후에는 계절별로 이와 같이 계절별로 발생되는 다중일 누적 극한강수현상의 특성 변화가 온난화에 의한 한반도 주변의 대기 순환 패턴의 변화와 어떤 관련성이 있는지에 대한 연구들이 필요하다고 판단된다. 특히, 본 연구에서 여름철의 경우 지속 기간이 길어질수록 다중일 누적 극한강수현상의 규모가 증가하는 관측지점의 공간 범위가 증가함을 밝혔는데, 이와 관련하여 그 요인으로 추정되는 여름철 장마전선과 우리나라 지형의 상호작용에 관한 후속연구가 필요하다.
- 차후에는 계절별로 이와 같이 계절별로 발생되는 다중일 누적 극한강수현상의 특성 변화가 온난화에 의한 한반도 주변의 대기 순환 패턴의 변화와 어떤 관련성이 있는지에 대한 연구들이 필요하다고 판단된다. 특히, 본 연구에서 여름철의 경우 지속 기간이 길어질수록 다중일 누적 극한강수현상의 규모가 증가하는 관측지점의 공간 범위가 증가함을 밝혔는데, 이와 관련하여 그 요인으로 추정되는 여름철 장마전선과 우리나라 지형의 상호작용에 관한 후속연구가 필요하다. 일부 연구(예.
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