[논문]Scale-Invariance 기법을 이용한 IDF 곡선의 기후변화 영향 분석: RCP 8.5를 중심으로

최정현; 이옥정; 김상단

doi:10.3741/jkwra.2016.49.12.995

Scale-Invariance 기법을 이용한 IDF 곡선의 기후변화 영향 분석: RCP 8.5를 중심으로
Analysis of the effect of climate change on IDF curves using scale-invariance technique: focus on RCP 8.5 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.49 no.12, 2016년, pp.995 - 1006

최정현 (부경대학교 지구환경시스템과학부) , 이옥정 (부경대학교 지구환경시스템과학부) , 김상단 (부경대학교 환경공학과)

초록
AI-Helper

IPCC 제5차 평가보고서에 따르면 극한강우의 빈도 및 강도가 증가할 가능성이 매우 높을 것으로 예측되고 있다. 실제로 극한강우에 따른 침수피해가 증가하고 있으며, 이에 따라 기후변화의 영향을 반영한 미래 확률강우량 추정이 필요하다. 본 연구에서는 기후변화 RCP 8.5 시나리오로부터 도출된 미래 연 최대 일강수량 자료의 추세분석과 scale-invariance 기법을 이용하여 미래 확률강우량을 추정하였다. 먼저, 기상청 관할 60개 기상관측소의 관측 강우자료를 이용하여 관측소별로 스케일 특성을 검토한 후, 현재기후 모의자료를 이용하여 scale-invariance 기법의 적용가능성을 검증하였다. 그 후, 미래 일 강수량 시계열을 scale-invariance 특성에 따라 유도된 IDF 곡선식에 적용하여 기후변화의 영향을 반영한 지속시간별 확률강우량을 추정하였다. 대부분의 지점에서 확률강우량이 증가할 것으로 예측되었으나, 일부 지역의 경우에는 감소할 가능성도 있음을 살펴볼 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

According to 5th IPCC Climate Change Report, there is a very high likelihood that the frequency and intensity of extreme rainfall events will increase. In reality, flood damage has increased, and it is necessary to estimate the future probabilistic design rainfall amount that climate change is reflected. In this study, the future probabilistic design precipitation amount is estimated by analyzing trends of future annual maximum daily rainfall derived by RCP 8.5 scenarios and using the scale-invariance technique. In the first step, after reviewing the time-scale characteristics of annual maximum rainfall amounts for each duration observed from 60 sites operating in Korea Meterological Administration, the feasibility of the scale-invariance technique are examined using annual daily maximum rainfall time series simulated under the present climate condition. Then future probabilistic design rainfall amounts for several durations reflecting the effects of climate change are estimated by applying future annual maximum daily rainfall time series in the IDF curve equation derived by scale-invariance properties. It is shown that the increasing trend on the probabilistic design rainfall amount has resulted on most sites, but the decreasing trend in some regions has been projected.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 앞서 산출된 연 최대 강우시계열 자료에 Gumbel 분포를 적용하여 지속시간별 재현기간별 확률강우량을 추정하였다. Gumbel분포는 극치 중에서도 최대치에 해당하는 연 최대 강우량 및 홍수량자료의의 분석에 많이 이용되며, 국내 확률강우량 산정 시 대부분 Gumbel 분포를 이용하여 실무적인 자료로 이용하고 있다(Kwon et al.

제안 방법

미래로 갈수록 변화하는 기후변화의 영향을 지역적으로 반영하기 위하여, 본 연구에서는 IDF 곡선식의 매개변수 (E[h₂₄], V)를 미래 특정 년도별로 각각 다르게 적용하였다. 우선, 각 지점 별 미래기간 모의자료의 지속시간 1-일 연 최대 강우시계열에 추세분석을 실시하여 기울기(m)를 산출하였다.
본 연구에서는 기후변화의 영향으로 인한 극한강우의 변동을 지역적으로 살펴보기 위해, scale-invariance 기법을 이용하여 미래 IDF 곡선을 작성하였다. 각 지점별 스케일 특성을 검토하였으며, 검토 결과에 따라 매개변수로 구성된 IDF 곡선식을 사용하였다.

대상 데이터

본 연구에서 기후변화 시나리오로 사용한 12.5-km 공간해상도의 400년 제어적분 RCP 8.5 자료는 1979년부터 2100년까지 제공되며, 1979년부터 2005까지는 현재기간 모의자료이며 2006년부터 2100년 미래기간 모의자료로 제공된다. 현재기간 모의자료의 경우는 앞의 2년의 자료를 제외한 1981년부터 2005년까지의 자료를 현재기간 모의자료로 사용하였으며 미래기간 모의자료는 2006년부터 2100년까지의 자료를 사용하였다.
본 연구에서는 기상청 관할 60개 기상 관측소의 시간단위 관측 강우량자료를 1981년부터 2005년까지 수집하였다(http://data.kma.go.kr). 또한 수집된 관측 강우량자료를 이용하여 지속시간별 연 최대 강우시계열)을 구축하였다.

이론/모형

9은 지속시간 1-시간에 대한 현재 확률강우량 대비 미래 확률강우량 증가율의 공간적인 분포를 미래년도별 재현기간별로 전국적으로 나타내었다. 확률강우량의 보간에는 Krige (1951)의 역거리가중법(Inverse Distance Weighting) 을 사용하였다. Fig.

성능/효과

신뢰구간 20~80%의 미래 IDF 곡선을 작성한 결과, 대부분의 지점에서 미래로 갈수록, 재현기간이 길수록 확률강우량이 현재보다 상대적으로 높게 나타나고 있었으며 불확실성의 범위가 급격하게 증가하였다. 또한 역거리가중법을 이용하여 지속시간 1-시간 확률강우량 증가율을 공간적으로 분석한결과, 모든 미래년도와 재현기간에 대해 증가율의 공간적인 형태는 유사하게 나타났지만, 확률강우량의 변동 범위는 미래로 갈수록, 재현기간이 길수록커지는 것으로 나타났다. 분석된 결과는 미래의 기후변화에 따른 확률강우량의 변동을 확률적으로 살펴볼 수 있을 것으로 판단되며, 향후 다양한 기후변화 시나리오로부터 확률강우량의 변동을 연구하는데 기초가 될 것으로 판단된다.
본 연구에서 RCP 8.5 시나리오 이용하여 나타낸 결과를 보면 우리나라 대부분의 지역에서 현재보다 확률강우량이 증가할 가능성이 높은 것으로 나타났다. 따라서 과거강우의 통계적 분석을 기반으로 하는 현재의 수공구조물을 고려할 때, 기후변화의 영향에 따른 확률강우량의 증가를 수공구조물의 설계에 반영하지 않는다면 극한강우의 발생 시 수공구조물 파괴로 인한 홍수 피해와 같은 사회·경제적인 피해의 증가를 야기할 수 있다.
신뢰구간 20~80%의 미래 IDF 곡선을 작성한 결과, 대부분의 지점에서 미래로 갈수록, 재현기간이 길수록 확률강우량이 현재보다 상대적으로 높게 나타나고 있었으며 불확실성의 범위가 급격하게 증가하였다. 또한 역거리가중법을 이용하여 지속시간 1-시간 확률강우량 증가율을 공간적으로 분석한결과, 모든 미래년도와 재현기간에 대해 증가율의 공간적인 형태는 유사하게 나타났지만, 확률강우량의 변동 범위는 미래로 갈수록, 재현기간이 길수록커지는 것으로 나타났다.

후속연구

이러한 미래 기후변화 시나리오의 불확실성 및 다양성은 미래 확률강우량의 과대추정 및 과소추정 가능성을 의미한다. 그러므로 다른 시나리오와의 비교를 통해 미래 극한강우 변동의 타당성을 판단하여야하며 이에 대한 추가 연구가 요구된다.
또한 역거리가중법을 이용하여 지속시간 1-시간 확률강우량 증가율을 공간적으로 분석한결과, 모든 미래년도와 재현기간에 대해 증가율의 공간적인 형태는 유사하게 나타났지만, 확률강우량의 변동 범위는 미래로 갈수록, 재현기간이 길수록커지는 것으로 나타났다. 분석된 결과는 미래의 기후변화에 따른 확률강우량의 변동을 확률적으로 살펴볼 수 있을 것으로 판단되며, 향후 다양한 기후변화 시나리오로부터 확률강우량의 변동을 연구하는데 기초가 될 것으로 판단된다. 또한 시간-단위의 강우자료가 요구 되는 수공구조물의 설계에 기후변화의 영향을 반영하기 위한 기초자료 생산에 참고할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기후변화의 영향을 정량화하는 방법은 무엇이 있는가?	기후변화의 영향의 정량화 방법론을 살펴보면 크게 세 가지로 분류 할 수 있다. 1) 지역기후모델을 이용하는 방법(Gregersen et al., 2013), 2) POT (Peak over threshold) 방법(Gregersen et al., 2013), 3) 통계학적인 분석(Willems et al., 2013). 그러나 위 방법론은 일-단위 강우자료를 생성하기에는 적합하지만, 시간-단위의 강우자료가 사용되는 수공구조물의 설계 및 건설에는 실무적인 자료로 사용하기에 적합하지 못하다.
	IDF 곡선은 어떻게 활용되는가?	도시배수 및 홍수방어를 위한 수공구조물의 설계규모를 설정하기 위해 사용되는 자료는 해당지역의 IDF 곡선이다. 하지만 앞서 언급한 국내 피해 사례들과 같이 단 시간의 극한 강우 발생으로 침수 피해가 발생한다는 것은 현재 수공구조물 설계 및 건설에 적용되고 있는 IDF 곡선이 더 이상 유효성을 가지지 않는다는 것을 의미하며, 이러한 피해를 방지하기 위해 수공구조물의 설계 및 건설 등에 기후변화의 영향이 고려되어야한다.
	IPCC 제5차 평가보고서에서는 RCP 8.5 시나리오를 가정했을 때, 지역별 강수량의 변화를 어떻게 예측하였는가?	IPCC 제5차 평가보고서(IPCC, 2014)에 따르면 온실가스가 현재의 추세로 저감 없이 배출되는 경우(RCP 8.5 시나리오) 중위도에서는 지역적으로 강수량의 변화는 일정하지 않을 것이나 대부분의 중위도 대륙 지역에서는 극한강우의 빈도 및 강도가 증가할 가능성이 매우 높다고 보고되었다.

참고문헌 (19)

Burlando, P. and Rosso, R. (1996). "Scaling and multiscaling models of depth-duration-frequency curves for storm precipitation." Journal of Hydrology, Vol. 187, No. 1, pp. 45-64.

상세보기
Donat, M. G., Alexander, L. V., Yang, H., Durre, I., Vose, R., Dunn, R. J. H., Willett, K. M., Aguilar, E., Brunet, M., Caesar, J., Hewitson, B., Jack, C., Klein Tank, A. M. G., Kruger, A. C., Marengo, J., Peterson, T. C., Renom, M., Oria Rojas, C., Rusticucci, M., Salinger, J., Elrayah, A. S., Sekele, S. S., Srivastava, A. K., Trewin, B., Villarroel, C., Vincent, L. A., Zhai, P., Zhang, X., and Kitching, S. (2013). "Updated analyses of temperature and precipitation extreme indices since the beginning of the twentieth century: The HadEX2 dataset." Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Vol. 118, No. 5, pp. 2098-2118.

상세보기
Gregersen, I. B., Sorup, H. J. D., Madsen, H., Rosbjerg, D., Mikkelsen, P. S., and Arnbjerg-Nielsen, K. (2013). "Assessing future climatic changes of rainfall extremes at small spatio-temporal scales." Climatic Change, Vol. 118, No. 3, pp. 783-797.

상세보기
Groisman, P. Y., Knight, R. W., Easterling, D. R., Karl, T. R., Hegerl, G. C., and Razuvaev, V. N. (2005). "Trends in intense precipitation in the climate record." Journal of Climate, Vol. 18, No. 9, pp. 1326-1350.

상세보기
Hawkins, E., Osborne, T. M., Ho, C. K., and Challinor, A. J. (2012). "Calibration and bias correction of climate projections for crop modelling: An idealised case study over Europe." Agricultural and Forest Meteorology, Vol. 170, pp. 19-31.
IPCC (2014). "Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change." IPCC, Geneva, Switzerland.
Jung, Y., Kim, S., Kim, T., and Heo, J. (2008). "Rainfall quantile estimation using scaling property in Korea." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 41, No. 9, pp. 873-884.

원문보기 상세보기
Kim, E., Choi, H. I., Park, M. J., Cho, S. J., and Kim, S. (2011). "The effect of climate change on Korean drought occurrences using a stochastic soil water balance model." Scientific Research and Essays, Vol. 6, No. 13, pp. 2771-2783.
Krige, D. G. (1951). "A statistical approach to some mine valuations and allied problems at the Witwatersrand." Master's thesis, University of Witwatersrand, p. 272.
Kwon, Y., Park, J., and Kim, T. (2009). "Estimation of design rainfalls considering an increasing trend in rainfall data." Journal of The Korean Society of Civil Engineers, Vol. 29, No. 2B, pp. 131-139.
Lee, M., Shin, S., and Bae, D. (2012). "The application assessment of future design rainfall estimation method using scale properties." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 45, No. 3, pp. 253-262.

원문보기 상세보기
Lee, O., and Kim, S. (2016). "Future PMPs projection under future dew point temperature variation of RCP 8.5 climate change scenario." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 16, No. 2, pp. 505-514.

원문보기 상세보기
Liuzzo, L., and Freni, G. (2015). "Analysis of extreme rainfall trends in sicily for the evaluation of depth-duration-frequency curves in climate change scenarios." Journal of Hydrologic Engineering, Vol. 20, No. 12.

상세보기
Mailhot, A., and Duchesne, S. (2010). "Design criteria of urban drainage infrastructures under climate change." Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 136, No. 2, pp. 201-208.

상세보기
Ministry of Construction and Transport (2000). "1999 Report of research and investigation of water resources management method development. Vol 1. Probability Rainfall Map." Ministry of Construction and Transport.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (2012). "Design flood estimation tips." Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs.
Perkins, S. E., Alexander, L. V., and Nairn, J. R. (2012). "Increasing frequency, intensity and duration of observed global heatwaves and warm spells." Geophysical Research Letters, Vol. 39, No. 20.

상세보기
Rodriguez, R., Navarro, X., Casas, M. C., Ribalaygua, J., Russo, B., Pouget, L., and Redano, A. (2014). "Influence of climate change on IDF curves for the metropolitan area of Barcelona." International Journal of Climatology, Vol. 34, No. 3, pp. 643-654.

상세보기
Willems, P. (2013). "Adjustment of extreme rainfall statistics accounting for multidecadal climate oscillations." Journal of Hydrology, Vol. 490, pp. 126-133.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증