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우리나라 연최대강우량의 지형학적 특성 및 이에 근거한 최적확률밀도함수의 산정
Geographical Impact on the Annual Maximum Rainfall in Korean Peninsula and Determination of the Optimal Probability Density Function 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.17 no.3, 2015년, pp.251 - 263  

남윤수 (홍익대학교 토목공학과) ,  김동균 (홍익대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 L-moment ratio diagram 기법과 지형정보시스템(GIS)을 동시에 활용하여 우리나라의 지속기간별 연 최대강우량의 최적확률밀도함수를 판별하는 새로운 기법을 제안하고, 결과 도출과정에 있어 발견된 연최대강우량의 통계값의 흥미로운 지형학적 특성을 살펴보았다. 이를 위하여 우리나라 기상청에서 운영하는 67개의 강우관측지점에서 관측된 강우자료의 연최대강우량을 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 24시간 누적시간에 대하여 산출하고, L-moment ratio diagram 기법을 활용하여 이들에 대한 최적확률밀도함수를 구한 후, 이를 관측지점에 해당하는 티센 다각형에 다른 색상으로 표현하여 그 공간적 분포를 살펴보았다. 또한, 각 후보 확률밀도함수적합도에 대한 지도를 작성하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다: (1) 강우의 극한값의 특성을 대표할 수 있는 통계값인 L-skewness와 L-kurtosis는 뚜렷한 공간적 경향을 띠고 있다. 특히 산맥을 포함한 우리나라의 지형적 특성에 큰 영향을 받았다. 이는 발생빈도가 높고 강도가 낮은 평상시의 강우사상뿐 만 아니라, 연최대강우량 또한 지형의 영향을 크게 받는다는 것을 의미한다; (2) 우리나라의 산악지역에서는 연최대강우량의 통계적 특성에 대한 고도의 영향이 비산악지역보다 더 크며, 고도가 높은 지역일수록 발생 빈도가 낮고 강도가 강한 강우사상이 더 자주 발생하며, 강우의 누적기간이 증가할수록 이러한 경향은 작아졌다; (3) 우리나라의 연최대강우량을 가장 잘 대변할 수 있는 확률밀도함수는 Generalized Extreme Value (GEV) 분포와 Generalized Logistic (GLO) 분포이다. 단, 남해안의 중앙지역에 대해서는 Generalized Pareto (GPA) 분포가 가장 적합한 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study suggested a novel approach of estimating the optimal probability density function (OPDF) of the annual maximum rainfall time series (AMRT) combining the L-moment ratio diagram and the geographical information system. This study also reported several interesting geographical characteristic...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 L-moment ratio diagram 기법과 GIS를 동시에 활용하여 우리나라의 지속 기간별 연최대강우량의 최적확률밀도함수를 판별하는 기법을 제안하였으며, 결과를 도출하는 데 있어 발견된 우리나라 연최대강우량의 통계값의 흥미로운 지형적 특성을 밝혔다. 이들을 요약하면 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 우리나라의 연최대강우량을 대표하는 최적의 확률밀도함수를 결정하는데 있어 L-moment ratio diagram 기법과 지형정보시스템(GIS)을 동시에 활용하는 지역빈도해석기법을 제안하였다. 이와 아울러 결과 도출과정에서 발견된 우리나라 연최대강우량의 통계값의 흥미로운 지형적 특성에 대하여 분석하였다.
  • 본 연구에서는 지형적 특성이 L-moment에 어떠한 영향을 미치는지를 더 자세히 조사하기 위하여 고도와 L-moment 와의 상관관계를 조사하였다. Fig.

가설 설정

  • 본 연구에서는 산악지역에서는 고도 이외의 인자들이 미치는 영향이 작을 수 있다는 가정하고 산맥지역(Fig. 5의 붉은색 동그라미로 표시된 총 52개의 격자)에 대하여 고도와 L-skewness, L-kurtosis와의 관계를 동일한 방법을 사용하여 조사하였다. 분석에 사용된 총 격자의 개수는 52개이다.
  • 본 연구에서는 우리나라 전역에 대한 연최대강우량의 L-skewness와 L-kurtosis가 이렇게 넓은 범위에 걸쳐 분포하는 이유가 2.3절과 2.4절에서 밝혔듯이 강우관측소마다 서로 다른 지형적 특성 때문이라고 가정하였다. 이를 증명하기 위하여 Fig.
  • 15 (GPA)에 제시하였다. 이 지도에서 붉은색에 가까운 색상을 가질수록 해당 확률밀도함수를 활용하는 것이 적합하다 할 수 있을 것이며, 특히 색상에 해당하는 값이 오렌지색으로 표현되는 0.03보다 작은 구간은 해당 확률밀도함수가 L-moment Ratio Diagram에서 최단거리에 해당하는 확률밀도함수가 아닌 경우라 할지라도, 이를 사용하는 경우 큰 오차가 발생하지 않을 것이라 가정할 수 있을 것이다.
  • 4절에서 밝혔듯이 강우관측소마다 서로 다른 지형적 특성 때문이라고 가정하였다. 이를 증명하기 위하여 Fig. 12에서 +표식과 가장 가까운 직선거리를 가진 곡선에 해당하는 확률밀도함수가 그 관측소에서 관측된 연최대강우량을 가장 잘 대변한다고 가정하고, 그 관측소에 해당하는 티센다각형의 색상을 서로 다른 최적확률밀도함수에 따라 다르게 표시하여 그 공간적 분포를 살폈다. Table 1과 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
L-moment Ratio Diagram 기법이란 무엇인가? , 1985)을 활용하였다. L-moment Ratio Diagram 기법은 자료의 통계분포를 가장 잘 표현하는 최적의 확률밀도함수의 수학적 모형을 판별해내는 방법으로 특히 지역빈도분석에 적합한 것으로 알려져 있다.
L-skewness가 양의 값인 경우 어떤 경향을 보이는가? L-skewness가 음의 값을 가진 경우 분포도의 왼쪽 꼬리가 더 길며(skewed left) 자료들이 오른쪽으로 편향된다. 반대로 양의 값인 경우 오른쪽 꼬리가 더 길며(skewed right) 왼쪽으로 자료들이 편향 되며 음의 값과는 정반대의 경향을 보인다. Kurtosis는 통계학적으로 자료의 분포도의 뾰족함을 나타내는 척도이다.
L-moment가 통계학에서 통상적으로 활용되는 자료의 모멘트와 차이점은 무엇인가? L-moment Ratio 기법의 첫 번째 단계는 자료의 L-moment를 구하는 것이다. L-moment는 통계학에서 통상적으로 활용되는 자료의 모멘트와 유사한 의미를 가지고 있으며, 다른 점이 있다면 자료를 구성하고 있는 개별 값들이 그 초과확률(exceedance probability)에 비례하여 가중치가 주어진다는 점이다. 따라서 특정 자료의 L-moment 값은 moment 값과 비교하였을 때 분석 자료 중 특이하게 큰 개별 값에 대한 영향을 적게 포함하고 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Greenwood, JA, Landwehr, JM, Matalas, NC and Wallis, JR (1979). Probability weighted moments: definition and relation to parameters of several distributions expressable in inverse form, Water Resources Research, 15(5), pp. 1049-1054. 

  2. Heo, JH, Kim, SY, Kim, WS and Kim, TR (2012). Trend Analysis of Parameters of the GEV and Gumbel distribution for Rainfall Data in Korea, Conference on Korean Society of Civil Engineers, Korean Society of Civil Engineers, pp. 278-281. [Korean Literature] 

  3. Heo, JH, Lee, YS, Shin, HJ and Kim, KD (2007). Application of regional rainfall frequency analysis in South Korea (I): rainfall quantile estimation, J. of The Korean Society of Civil Engineers, 27(2B), pp. 101-111. [Korean Literature] 

  4. Hosking, JRM (1986). The Theory of Probability Weighted Moments, IBM Research Division, TJ Watson Research Center. 

  5. Hosking, JRM, WALLIS, JR and WOOD, EF (1985). An appraisal of the regional flood frequency procedure in the UK Flood Studies Report, Hydrological Sciences Journal, 30(1), pp. 85-109. 

  6. Kim, KD and Heo, JH (2004). Review on the application of regional frequency analysis according to the sample Size of hydrologic data, Proceedings of the Korea Resources Association Conference, Korea Water Resources Association, pp. 190-194. [Korean Literature] 

  7. Kim, WS, Shin, JY, Um, MJ and Heo, JH (2012). Analysis of non-stationary characteristics for rainfall with the trend analysis of L-Moments, J. of Korean Society of Hazard Mitigation, 12(3), pp. 71-80. [Korean Literature] 

  8. Landwehr, JM, Matalas, NC and Wallis, JR (1979). Probability weighted moments compared with some traditional techniques in estimating Gumbel parameters and quantiles, Water Resources Research, 15(5), pp. 1055-1064. 

  9. Lee, DJ and Heo, JH (2001). Frequency analysis of daily rainfall in Han river basin based on regional L-moments algorithm, J. of Korea Water Resources Association, 34(2), pp. 119-130. [Korean Literature] 

  10. Lee, CH, Ahn, JH and Kim, TW (2010). Evaluation of probability rainfalls estimated from non-stationary rainfall frequency analysis, J. of Korea Water Resources Association, 43(2), pp. 187-199. [Korean Literature] 

  11. Oh, TS, Kim, JS, Moon, YI and Yoo, SY (2006). The study on application of regional frequency analysis using kernel density function, J. of Korea Water Resources Association, 39(10), pp. 891-904. [Korean Literature] 

  12. Song, CW, Kim, YS, Kang, NR, Lee, DR and Kim. HS (2013). Regional frequency analysis for rainfall under climate change, J. of Korea Wetlands Research, 15(1), pp. 125-137. [Korean Literature] 

  13. Yun, HS, Um, MJ, Cho, WC and Heo, JH (2009). Orographic precipitation analysis with regional frequency analysis and multiple linear regression, J. of Korea Water Resources Association, 42(6), pp. 465-480. [Korean Literature] 

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