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지구기후모형 기온변화에 따른 미래 하천생태환경에서의 수온 예측
Prediction of Climate-induced Water Temperature using Nonlinear Air-water Temperature Relationship for Aquatic Environments 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.25 no.6, 2016년, pp.877 - 888  

이길하 (대구대학교 토목공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To project the effects of climate-induced change on aquatic environments, it is necessary to determine the thermal constraints affecting different fish species and to acquire time series of the current and projected water temperature (WT). Assuming that a nonlinear regression between the WT at indiv...

주제어

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문제 정의

  • 선행 연구 (An and Lee, 2013; Lee, 2014)에서 미래 기후변화에 따른 수온의 변화를 예측하기 위한 사전 작업으로 기존에 관측된 과거의 자료를 이용하여 비선형 기온-수온 상관관계를 구축하고, 이를 통해 보다 정확한 미래의 수온 값을 얻고자 하였다.
  • 대상하천에서 먼저 다운스케일 기법을 통해 GCM 기온자료로 대상 하천 지점의 기온으로 분해한 후 미래 하천수온을 예측하였다. 연구 결과는 간편하고 보다 정확한 미래 하천 수온 예측을 통하여 지구 온난화에 따른 하천환경과 유지관리 및 수생태계변화에 효과적인 대비에 이바지 하고자 한다.
  • 이 연구의 종착점은 기후변화에 의한 수온 상승이 하천생태환경에 미치는 영향을 사전에 파악하는 것이다. 연구결과는 미래의 기온 상승 변화에 반응하는 수질, 수자원 및 하천 생태 반응에 대비하여 공학기술자와 정책입안자에게 적절한 기후변화 대책 방향을 설정하는 데 지침을 제공할 것이다.

가설 설정

  • GCM 자료로부터 다운스케일 기법을 적용하여 하천지점의 기온을 유추해내기 위하여 다음의 과정을 거쳤다(Lee and Cho, 2015). 기후모형(GCM)에 대한 자세한 분석과 물리적 이론이나 과정은 다루지 않고 여기에서는 단지 GCM이 최선의 기온예측값이라고 가정한다.
  •  = 전국 29개 관측소 평균인자, a = 비례계수, b = 절편을 나타낸다. 물론 보정된 모형의 매개변수는 미래에도 변하지 않는다는 가정하에서 지형, 지형물이나 식생에 의해 가려진 하의에 응달같이 하천온도에 영향을 미치는 외적인 요인도 변하지 않는다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 수온관측 자료의 결측을 어떻게 처리하였는가? 관측간격은 5분이며, 일 자료는 관측 자료를 평균한 자료이다. 결측 자료는 선형 내삽법으로 보안하였으며, 장기간의 결측 구간은 신뢰성 확보를 위해 제외시켰다. 정규분포를 가정, 관측값이 신뢰구간 95%를 벗어나는 자료 및 두드러지게 다른 양상을 보이는 자료도 분석에 상당한 영향을 미칠 것으로 판단하여 제외시켰다(An and Lee, 2013).
우리나라 기상관측은 무엇을 이용하여 관측하는가? 우리나라 기상관측은 종관기상관측장비(ASOS)와 무인으로 운영되는 자동기상관측장비(AWS)를 이용하여 관측하고 있다. ASOS는 지방청, 기상대, 관측소에 설치되어 기상상태를 관측하고 기상관측소가 없는 곳에는 AWS가 설치되어 관측을 수행하고 있다.
CCCma는 우리나라 전역의 정보가 1개의 격자에 들어가는데, 그 이유는 무엇인가? ca/ccmac-cccma/). CCCma는 공간 해상도가 3° 정도로 하나의 격자가 수 백 km에 해당하므로 우리나라 전역의 정보가 1개의 격자에 들어간다. 대상하천에서 먼저 다운스케일 기법을 통해 GCM 기온자료로 대상 하천 지점의 기온으로 분해한 후 미래 하천수온을 예측하였다.
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참고문헌 (24)

  1. An, J. H., Lee, K., 2013, Correlation and Hysteresis Analysis of Air-Water Temperature in Four Rivers:Preliminary study for water temperature prediction, Environment Policy Research, 12(2), 17-32. 

  2. Lee, K., 2014, Building a nonlinear relationship between air and water temperature for climate-induced future water temperature prediction, Environment Policy Research, 13(2), 21-37. 

  3. Alcamo, J., Doll, P., Kaspar, F., Siebert, S., 1997, Global change and global scenarios of water use and availability: An Application of Water GAP 1.0, Report A 9701, Center for Environmental Systems Research, German: University of Kassel. 

  4. Asselman, N. E., M. Middelkoop, H., Dijk, P. M., 2003, The Impact of change in climate and land use on soil erosion, transport and deposition of suspended sediment in the River Rhine, Hydrological Processes, 17, 3225-3244. 

  5. DeGaetano, A. T., 2001, Spatial grouping of united states climate stations using a hybrid clustering approach, International Journal of Climatology, 2, 791-807. 

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  7. Karl, T. R., Wang, W., Schleesinger, M. E., Knight, R. W., Potman, D., 1990, A Method of relating general circulation model simulated climate to the observed local climate, Part I: Seasonal Statistics, Journal of Climate, 3, 1053-1079. 

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  10. Mohseni, O., Ericson, T. R., Stefan, H., 2002, Upper bounds for stream temperature in the contiguous United States, Journal of Environmental Engineering, 128(1), 4-11. 

  11. Mohseni, O., Stefan, H., 1999, Stream temperature /air temperature relationship: A Physical interpretation, Journal of Hydrology, 218, 128-141. 

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  14. Oshima, N., Kato, H., Kadokura, S., 2002, An Application of statistical downscaling to estimate surface air temperature in Japan, Journal of Geophysical Research, 107(14), 1-10. 

  15. Pilgrim, J. M., Stefan, H. G., 1995, Correlation of Minnesota stream water temperatures with air temperatures Project, Rep. 382, St Anthony Falls Lab., U of Minn., Minneapolis. 

  16. School, J. T., Pryor, S. C., 2001, Downscaling temperature and precipitation: A Comparison of regression-based methods and artificial neural networks, International Journal of Climatology, 21, 773-790. 

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  18. Stefan, H. G., Sinokrot, B. A., 1993, Projected global climate change impact on water temperatures in five north central US streams, Climate Change, 24, 353-381. 

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  22. Webb, B. W., 1987, The Relationship between air and water temperatures for a Deven river, Rep. Trans. Deveonshire Assoc. Adv. Sci., 119, 197-222. 

  23. Wilby, R. L., Charles, S. P., Zorita, E., Timbal, B., Whetton, P., Mearns, L. O., 2004, Guidelines for use of climate scenarios developed from statistical downscaling methods, Supporting material of the Intergovernmental Panel on Climate Change, available from the DDC of IPCC TGCIA. 

  24. Winkler, J. A., Palutik, J. P., Andersen, J. A., Goodess, C. M., 1997, The Simulation of daily temperature time series from GCM ourtput, Part II: Sensitivity analysis of an Empirical Transfer function Methodology, Journal of Climate, 10, 2514-2532. 

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