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문제 정의
- 본 연구에서는 우리나라 56개 연구지역에 대해서 증발량 산정방법 중에 하나인 공기동력학적 방법의 적용성을 검토하 였다. 이를 위해 과거 제안된 공기동력학적 증발량 산정식들을 7가지 형식으로 구분하고 일반화하여 증발량 산정모델들을 유도하였다.
제안 방법
- Romanenko (1961)는 기온과 상대습도의 관계로부터 증발산량을 산정하는 다음과 같은 증발량 산정식을 제안하였으며, 본 연구에서는 증발접시 증발량 모의정도를 알아보기 위해 식의 적용성을 검토하였다.
- 과거 연구자들에 의해서 제안된 공기동력학적 방법을 이용한 증발량 산정식들을 7가지 형식으로 구분하고 일반화하여 증발량 산정모델들을 유도하고, 우리나라 56개 연구지역의 전반부 기간자료(Table 1)를 모델들에 적용하여 매개변수를 추정하였다(Table 2). 모델 1 형식은 Dalton (1802)에 의해서 제안된 바 있으며, 모델 2 형식은 Harbeck et al.
- 본 연구에서는 과거 제안된 공기동력학적 증발량 산정 식들을 몇 가지 형식으로 구분하고 일반화하여 증발량 산정모 델을 유도하고, 우리나라에 적용이 가능한지를 분석하였다. 또한, 공기동력학적 방법에 기초한 증발량 산정을 위해 증발 량과 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온, 대기압)와의 상관성에 기초한 다변량 선형회귀모델을 유도하고 그 적용성을 검토 하였으며, 각 기상요소들의 상대적 중요도를 분석하였다.
- 또한, 공기동력학적 방법에 적용된 기상요소자료들을 독립변수로 이용하여 다변량 선형회귀모델을 유도하고 그 적용성을 검토하였으며, 각 기상요소들의 상대적 중요도를 분석 하였다. 기상자료들의 자기상관의 영향을 고려하기 위해 변수들을 차분시켜 회귀분석을 실시하였고 자기상관을 고려하지 않은 경우와 비교한 결과 결정계수 값에 큰 차이가 없음을 확인하였다.
- 따라서 과거 연구자들은 연구 대상지역에 이들 기상요소자료 들을 이용하여 증발식들의 매개변수를 경험적으로 추정함으로서 공기동력학적 방법을 이용한 지역별 증발량 산정식들을 제안하였으며, 이런 제안식들은 몇 가지 형식으로 구분할 수있다. 본 연구에서는 과거 제안된 공기동력학적 증발량 산정 식들을 몇 가지 형식으로 구분하고 일반화하여 증발량 산정모 델을 유도하고, 우리나라에 적용이 가능한지를 분석하였다. 또한, 공기동력학적 방법에 기초한 증발량 산정을 위해 증발 량과 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온, 대기압)와의 상관성에 기초한 다변량 선형회귀모델을 유도하고 그 적용성을 검토 하였으며, 각 기상요소들의 상대적 중요도를 분석하였다.
- 본 연구에서는 증발량 산정방법 중에 하나인 공기동력학적 방법에 기초한 경험식들을 7개의 모델 형식으로 일반화하고 모델 보정과 검정을 실시하여 그 적용성을 분석하였다. 모델 보정과 검정은 전국 56개 연구지역을 대상으로 실시하였으며, 분석결과에 의하면 모델 보정과정에서는 Fitzgerld, Meyer, Kuzmin 그리고 Penman 등에 의해서 제안된 바 있는 모델 형식이 가장 양호한 증발량 산정결과를 보였고, 반면에 모델 검정과정에서는 Romanenko에 의해서 제안된 모델 형식이 가장 양호한 증발량 산정결과를 보였다.
- 위에서 언급된 공기동력학적 방법을 적용한 증발량 산정 모델들의 경우 수표면에서의 포화증기압과 대기온도에서의 실제증기압의 차를 포화미흡량으로 적용하고 있으나 본 연구 에서는 수표면에서의 포화증기압자료가 존재하지 않아 대신에 대기온도에서의 포화증기압과 실제증기압의 차를 포화미흡량으로 적용하였으며, 수표면 온도 대신에 이슬점온도를 적용하였다. 또한 증발량과 공기동력학적 방법에 필요한 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온, 대기압)들 사이에 상관성을 바탕으로 한 다변량 선형회귀모델(모델 8~11)을 이용하여 증발량 산정식을 유도하였다.
- 본 연구에서는 우리나라 56개 연구지역에 대해서 증발량 산정방법 중에 하나인 공기동력학적 방법의 적용성을 검토하 였다. 이를 위해 과거 제안된 공기동력학적 증발량 산정식들을 7가지 형식으로 구분하고 일반화하여 증발량 산정모델들을 유도하였다. 또한, 증발량과 기상요소들과의 상관성을 바탕으로 4가지의 다변량 선형회귀모델들을 유도하였다.
대상 데이터
- Table 2는 증발량 산정을 위해 우리나라 56개 연구지역에서 공기동력학적 방법을 이용해 유도한 7가지 형태의 모델들 (모델 1~7)과 다변량 선형회귀모델(모델 8~11)을 보여준다. 모델 2를 제외하고 모든 모델들이 양의 NSE지수 값을 보였다.
- 다변량 회귀분석과정에서 발생되는 자기상관의 영향을 고려하면서 공기동력학적 방법에 기초한 증발량 산정에 필요한 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온)의 상대적 중요도를 파악하기 위해 증발량과 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온) 자료를 차분하여 다변량 선형회귀(Multiple Linear Regression, MLR)분석을 실시하였다(Tables 3 and 4). Table 3은 56개 지역의 전체 연구기간 중 전반부 자료를 이용하였으며, Table 4는 56개 연구지역의 전체 연구기간 자료를 이용하였다. Tables 3 and 4는 증발량과 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온) 자료를 차분하여 유도된 다변량 선형회귀모델(MLR 모델 8~11)로부터 증발량을 산정하는 경우 독립변수인 기상요소들의 상대적 중요도와 다변량 선형회귀모델의 적절성을 보여준다.
- 1, Table 1). 본 연구에 사용된 기상자료는 월 자료로서, 소형증 발접시 증발량, 풍속, 상대습도, 기온 등이다. 증발량 산정모델들의 보정 및 검정을 위해서 56개 연구지역의 자료기간을 전반부와 후반부로 구분하여 분석에 활용하였다(Table 1).
- 본 연구에서는 기상청에서 관리하는 기상자료의 가용성을 검토한 후, 우리나라 전국에 위치한 56개 기상관측지점을 선정하였으며, 56개 기상관측지점은 전국에 고루 분포되어 있어 우리나라 지역별 지리적 특성을 반영하고 있다(Fig. 1, Table 1).
- 본 연구에 사용된 기상자료는 월 자료로서, 소형증 발접시 증발량, 풍속, 상대습도, 기온 등이다. 증발량 산정모델들의 보정 및 검정을 위해서 56개 연구지역의 자료기간을 전반부와 후반부로 구분하여 분석에 활용하였다(Table 1). 따라서 전반부 자료를 증발량 산정모델들의 보정에 활용하였고, 후반부자료를 증발량 산정모델들의 검정에 활용하였다.
데이터처리
- 또한, 공기동력학적 방법에 적용된 기상요소자료들을 독립변수로 이용하여 다변량 선형회귀모델을 유도하고 그 적용성을 검토하였으며, 각 기상요소들의 상대적 중요도를 분석 하였다. 기상자료들의 자기상관의 영향을 고려하기 위해 변수들을 차분시켜 회귀분석을 실시하였고 자기상관을 고려하지 않은 경우와 비교한 결과 결정계수 값에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 다변량 선형회귀모델의 경우 공기동력학적 방법에 기초한 경험식들과 비교하여 상대적으로 양호한 모의결과를 보였고, 다변량 선형회귀식에 이용된 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온)들은 대기압을 제외하고 모두 증발량 산정에 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며, 적용된 기상요소들 중에서 포화미흡량이 가장 중요한 기상요소이고, 다음으로 기온, 풍속 그리고 대기압의 순이었다.
- 다변량 회귀분석과정에서 발생되는 자기상관의 영향을 고려하면서 공기동력학적 방법에 기초한 증발량 산정에 필요한 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온)의 상대적 중요도를 파악하기 위해 증발량과 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온) 자료를 차분하여 다변량 선형회귀(Multiple Linear Regression, MLR)분석을 실시하였다(Tables 3 and 4). Table 3은 56개 지역의 전체 연구기간 중 전반부 자료를 이용하였으며, Table 4는 56개 연구지역의 전체 연구기간 자료를 이용하였다.
- 또한 적용된 기후요소들은 시계열자료로서 회귀 모형을 적용하고자 하는 경우 자기상관(autocorrelation)의 영향이 있는 것으로 알려졌다. 따라서 본 연구에서는 자기상관의 영향을 고려하기 위해 변수들을 차분시켜 회귀분석을 실시하고 자기상관을 고려하지 않은 경우와 비교하였으며, 비교한 결과 결정계수 값에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 독립변수 사이에 공선성(collinearity)을 분석한 결과 독립변수 사이에 공선성의 문제는 없는 것으로 나타났다.
- 위에서 언급된 공기동력학적 방법을 적용한 증발량 산정 모델들의 경우 수표면에서의 포화증기압과 대기온도에서의 실제증기압의 차를 포화미흡량으로 적용하고 있으나 본 연구 에서는 수표면에서의 포화증기압자료가 존재하지 않아 대신에 대기온도에서의 포화증기압과 실제증기압의 차를 포화미흡량으로 적용하였으며, 수표면 온도 대신에 이슬점온도를 적용하였다. 또한 증발량과 공기동력학적 방법에 필요한 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온, 대기압)들 사이에 상관성을 바탕으로 한 다변량 선형회귀모델(모델 8~11)을 이용하여 증발량 산정식을 유도하였다.
- 본 연구에서는 공기동력학적 방법을 이용한 증발량 산정에 필요한 기상요소자료의 상대적 중요도를 파악하기 위해 증발과 기상요소 간에 다변량회귀(Multiple Linear Regression, MLR)분석을 실시하였다. 다변량회귀분석에 적용된 독립 변수는 풍속, 포화미흡량, 기온, 그리고 대기압 등이다(Eqs.
이론/모형
- 공기동력학적 방법(mass-transfer approaches)은 저수지 증발량 산정을 위해서 폭 넓게 적용되어왔으며, 여러 연구자들에 의해서 다양한 형태의 경험공식이 제안된 바 있다. 공기 동력학적 방법은 자유수표면에서 발생되는 증발량에 대한 Dalton (1802)의 이론에 기초한다. Dalton의 이론은 다음 Eq.
- 공기동력학적 방법에 기초한 증발량 산정모델들을 유도하기 위해 식의 매개변수를 추정하고 유도된 식의 신뢰도검증을 위해 Nash-Sutcliffe efficiency (NSE)지수를 적용하였다. NSE 지수(Eq.
성능/효과
- 470을 보였다. 11개의 모델 중에서 모델 5가 증발 접시 증발량과 가장 유사한 월 증발량 산정치를 보였다. 반면에 모델 6의 경우 전체 평균 월 증발량이 84.
- 개별 연구지역에 대해서 11개의 증발모델들을 검정한 결과로 판단할 때, 공기동력학적 방법을 이용한 증발모델들은 연구지역별로 각기 다른 정도의 모의수준을 보이는 것으로 나타났다. 모델 1의 경우 56개 연구지역 중에서 8개 연구지역이 Dark italic 숫자로 표시되었으며, 모델 2의 경우 1개 연구지역, 모델 3의 경우 7개 연구지역, 모델 4의 경우 8개 연구지역, 모델 5의 경우 2개 연구지역, 모델 6의 경우 1개 연구지역 그리고 모델 7의 경우 5개 연구지역이 포함되었다.
- 모델 2를 제외하고 모든 모델들이 양의 NSE지수 값을 보였다. 공기동력학적 방법을 이용한 모델들의 경우 모델 3 (NSE = 0.652)이 가장 양호한 증발량 산정결과를 보였다. 반면에 모델 2 (NSE = -0.
- 기상자료들의 자기상관의 영향을 고려하기 위해 변수들을 차분시켜 회귀분석을 실시하였고 자기상관을 고려하지 않은 경우와 비교한 결과 결정계수 값에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 다변량 선형회귀모델의 경우 공기동력학적 방법에 기초한 경험식들과 비교하여 상대적으로 양호한 모의결과를 보였고, 다변량 선형회귀식에 이용된 기상요소(풍속, 포화미흡량, 기온)들은 대기압을 제외하고 모두 증발량 산정에 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며, 적용된 기상요소들 중에서 포화미흡량이 가장 중요한 기상요소이고, 다음으로 기온, 풍속 그리고 대기압의 순이었다.
- 본 연구에서는 증발량 산정방법 중에 하나인 공기동력학적 방법에 기초한 경험식들을 7개의 모델 형식으로 일반화하고 모델 보정과 검정을 실시하여 그 적용성을 분석하였다. 모델 보정과 검정은 전국 56개 연구지역을 대상으로 실시하였으며, 분석결과에 의하면 모델 보정과정에서는 Fitzgerld, Meyer, Kuzmin 그리고 Penman 등에 의해서 제안된 바 있는 모델 형식이 가장 양호한 증발량 산정결과를 보였고, 반면에 모델 검정과정에서는 Romanenko에 의해서 제안된 모델 형식이 가장 양호한 증발량 산정결과를 보였다. 모델들의 보정과 검정과정에서 산정된 월 증발량과 관측된 월 증발량 사이에 매우 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다.
- 모델 보정과 검정은 전국 56개 연구지역을 대상으로 실시하였으며, 분석결과에 의하면 모델 보정과정에서는 Fitzgerld, Meyer, Kuzmin 그리고 Penman 등에 의해서 제안된 바 있는 모델 형식이 가장 양호한 증발량 산정결과를 보였고, 반면에 모델 검정과정에서는 Romanenko에 의해서 제안된 모델 형식이 가장 양호한 증발량 산정결과를 보였다. 모델들의 보정과 검정과정에서 산정된 월 증발량과 관측된 월 증발량 사이에 매우 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다.
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