수문기상 정보를 이용한 가뭄 전이 분석: 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄 Analysis of drought propagation using hydrometeorological data: from meteorological drought to agricultural drought원문보기
가뭄은 여러 가지 요인에 의해 복합적으로 발생하는 현상으로 자연적 원인과 인위적 원인으로 구분할 수 있다. 우리나라는 기후학적 특성상 여름철에 태평양 고기압의 발달 시기가 빠르거나 평년보다 강하면 장마 기간이 짧아져 자연적인 원인에 의해 가뭄이 발생한다. 가뭄은 발생과정과 피해 영향에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적, 사회경제적 가뭄으로 구분할 수 있으며 직 간접적으로 다른 가뭄에 영향을 미친다. 가뭄의 종류가 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄 혹은 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 변화되는 현상을 가뭄 전이라 한다. 본 연구에서는 국내의 가뭄 전이 발생 여부와 발생 패턴을 검토하기 위해 수문기상 정보를 이용하여 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로의 전이 관계를 분석하였다. 가뭄 전이 발생 현황 및 특성 분석을 위해 가뭄 발생의 유형을 5가지로 구분하였으며, 유형에 따라 가뭄 전이가 발생하지 않거나 최대 3개월까지 지체되는 것을 확인하였다. 향후 더 많은 가뭄 지표들과의 분석을 통해 가뭄 전이 관계를 일반화한다면 기상학적 가뭄 발생 시 농업적 가뭄 예측을 위한 인자로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
가뭄은 여러 가지 요인에 의해 복합적으로 발생하는 현상으로 자연적 원인과 인위적 원인으로 구분할 수 있다. 우리나라는 기후학적 특성상 여름철에 태평양 고기압의 발달 시기가 빠르거나 평년보다 강하면 장마 기간이 짧아져 자연적인 원인에 의해 가뭄이 발생한다. 가뭄은 발생과정과 피해 영향에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적, 사회경제적 가뭄으로 구분할 수 있으며 직 간접적으로 다른 가뭄에 영향을 미친다. 가뭄의 종류가 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄 혹은 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로 변화되는 현상을 가뭄 전이라 한다. 본 연구에서는 국내의 가뭄 전이 발생 여부와 발생 패턴을 검토하기 위해 수문기상 정보를 이용하여 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로의 전이 관계를 분석하였다. 가뭄 전이 발생 현황 및 특성 분석을 위해 가뭄 발생의 유형을 5가지로 구분하였으며, 유형에 따라 가뭄 전이가 발생하지 않거나 최대 3개월까지 지체되는 것을 확인하였다. 향후 더 많은 가뭄 지표들과의 분석을 통해 가뭄 전이 관계를 일반화한다면 기상학적 가뭄 발생 시 농업적 가뭄 예측을 위한 인자로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
Drought is a complex phenomenon caused by various factors which can be classified into natural and anthropogenic causes. In Korea, the natural drought typically occurs when the high pressure of the Pacific Ocean develops rapidly or becomes stronger than usual in summer, resulting in a short-lived mo...
Drought is a complex phenomenon caused by various factors which can be classified into natural and anthropogenic causes. In Korea, the natural drought typically occurs when the high pressure of the Pacific Ocean develops rapidly or becomes stronger than usual in summer, resulting in a short-lived monsoon season. Drought also can be classified into meteorological, agricultural, hydrological, and socioeconomic drought depending on the development process and consequences. Each type of droughts can influence the other drought types directly or indirectly. Drought propagation refers a phenomenon that changes from meteorological drought to agricultural or hydrological drought. In this study, the occurrence and patterns of drought propagation are evaluated. The relationship between meteorological and agricultural droughts was assessed using hydrometeorological data. We classified the types of drought into five categories to evaluate the occurrence and characteristics of drought propagation. As results, we found drought propagation did not occur or delayed until three months, depending on the type of drought. The further generalized relationship of drought propagation is expected to be used for predicting agricultural drought from the preceding meteorological drought.
Drought is a complex phenomenon caused by various factors which can be classified into natural and anthropogenic causes. In Korea, the natural drought typically occurs when the high pressure of the Pacific Ocean develops rapidly or becomes stronger than usual in summer, resulting in a short-lived monsoon season. Drought also can be classified into meteorological, agricultural, hydrological, and socioeconomic drought depending on the development process and consequences. Each type of droughts can influence the other drought types directly or indirectly. Drought propagation refers a phenomenon that changes from meteorological drought to agricultural or hydrological drought. In this study, the occurrence and patterns of drought propagation are evaluated. The relationship between meteorological and agricultural droughts was assessed using hydrometeorological data. We classified the types of drought into five categories to evaluate the occurrence and characteristics of drought propagation. As results, we found drought propagation did not occur or delayed until three months, depending on the type of drought. The further generalized relationship of drought propagation is expected to be used for predicting agricultural drought from the preceding meteorological drought.
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문제 정의
국내의 가뭄은 자연적인 영향뿐만 아니라 기타 저수지, 양수장, 보 및 관정 등의 운영으로 인한 인위적인 영향을 많이 받으므로 국외의 가뭄 전이 연구보다 복잡성을 가지고 있다. 그러나 이번 연구를 통해 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로의 전이 현상을 확인할 수 있었으며, 가뭄의 정량적 판단의 어려움을 해결하고자 가뭄을 유형별로 구분하여 결과를 도출하였다. 아울러, 본 연구는 지수의 개발보다는 각 가뭄 특성의 비교를 통한 전이 관계 분석에 국한되어 있으며, 향후 더 많은 가뭄 지표들과의 분석을 통해 가뭄 전이 관계를 체계적으로 일반화하면 기상학적 가뭄 발생 시 농업적 가뭄 예측을 위한 인자로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로 전이되는 현상을 검토하기 위해 기상학적 가뭄지수인 SPI3과 농업적 가뭄 지표인 ARDI를 이용하여 가뭄을 판단하였다. 이후 가뭄 전이 분석을 위해 1970년 이후의 가뭄사상(1994~1995, 2001, 2008~2009, 2014~2015년)에 대한 특성을 유형별로 구분하여 정리한 결과를 아래와 같이 요약하였다.
본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로의 전이 현상 일반화를 위해 가뭄 발생의 유형을 설정하여 가뭄 전이 발생 현황을 분석하였다. 이를 위해, 기상학적 가뭄지수는 강수량 자료만으로 산정이 가능한 SPI를 선정하여 판단하였고 농업적 가뭄지수는 한국농어촌공사의 저수지 저수율 자료를 이용하여 판단하였다.
이렇게 가뭄지수(자료)를 이용하여 가뭄 발생을 판단하고 가뭄별 유형을 5가지로 정리하여 가뭄 전이 발생 현황을 검토하였다. 아울러, 본 연구는 가뭄 상황을 표현하기 위한 가뭄지수의 개발 및 가뭄 크기의 비교 등과 같은 기존 가뭄 연구와 달리 각각의 가뭄 판단이 갖는 특성을 비교하여 가뭄지수 간 상관성을 표현하는 데 초점을 두었다.
농업용수의 공급은 생활 및 공업 용수와 다르게 단위면적 대비 관개량을 기준으로 이루어지기 때문에 전체 용수량이 충분하더라도 관개 시기에 용수공급이 제대로 이뤄지지 못하면 가뭄이 발생할 수 있다. 이에 따라본 연구에서는 농업용수의 안정적 확보 등을 고려하기 위하여 기상학적 가뭄 상황으로부터 농업적 가뭄을 판단할 수 있는 전이 관계를 분석하였다.
제안 방법
가뭄 전이 분석에 앞서 기상학적, 농업적 가뭄 판단을 위한 지수산정을 위해 앞에서 설명한 22개 지점의 강수량 및 저수율 자료를 이용하여 1991~2016년 동안의 SPI3와 ARDI를 산정하였다. 산정된 가뭄지수로부터 기상학적 가뭄(MDrought)은 SPI3≤-1, 농업적 가뭄(ADrought)은 ARDI < 0 기준으로 지점별 가뭄을 Fig.
가뭄 피해 지역에 대하여 가뭄 전이의 발생 여부를 검토하였으며, Fig. 5에 일부 지점의 SPI3과 ARDI을 이용하여 가뭄 기간 동안의 기상학적 가뭄과 농업적 가뭄을 나타내었다. 대부분 1994년 봄부터 기상학적 가뭄이 발생하였으며, 여름과가을에 농업적 가뭄이 발생하였다.
가뭄의 판단 및 전이 기준이 명확하지는 않지만, 기상학적 가뭄의 판단으로 사용되는 SPI와 농업적 가뭄 판단을 위해 한국농어촌공사에서 이용 중인 저수율을 이용하여 가뭄 판단과 전이 관계를 분석하였다. 분석은 주로 연구자의 판단으로 수행되기 때문에 자료 및 지점을 최대한 이용하여 가뭄 전이 발생 현황을 분석하였다.
2와 같이 기상청(KMA)과 한국농어촌공사(KRC)를 구분하여 표시하였으며 연구 지점별 관측소 정보는 Table 3과 같다. 또한, 월별 강수량(mm)과 월 평균 저수율(%) 자료를 수집하여 Fig. 3과 같이 1991~2016년의 월 강수량(Monthly Total Precipitation, MTP; 검정 실선)과 저수지별 월 평균 저수율 (Storage Rate; 파랑 점선)을 나타내었다.
본 연구에서는 국내 여러 가뭄 사상 중에서 전국적으로 가뭄이 발생한 1994~1995년 및 2001년 가뭄과 충남, 전라도 및강원 지역에 피해를 입힌 2008~2009년 가뭄, 최근 경기, 충남및 강원 지역에 큰 피해를 입힌 2014~2015년 가뭄에 대하여 SPI3과 ARDI를 이용한 기상학적, 농업적 가뭄 판단으로부터 가뭄 전이 과정을 분석하였다(K-water, 2002; KEI, 2013; Kim et al., 2016).
가뭄의 판단 및 전이 기준이 명확하지는 않지만, 기상학적 가뭄의 판단으로 사용되는 SPI와 농업적 가뭄 판단을 위해 한국농어촌공사에서 이용 중인 저수율을 이용하여 가뭄 판단과 전이 관계를 분석하였다. 분석은 주로 연구자의 판단으로 수행되기 때문에 자료 및 지점을 최대한 이용하여 가뭄 전이 발생 현황을 분석하였다. 본 연구에서는 가뭄 유형을 ‘일반적인봄 가뭄’, ‘홍수기 강우 부족으로 인한 여름 가뭄’, ‘태풍의 미발생으로 인한 가을 가뭄’, ‘단기간 강우 부족으로 발생하는 가뭄’ 및 ‘장기간 강우 부족으로 발생하는 가뭄’ 등 5가지로 구분하여 가뭄 전이 발생 현황과 특성을 정리하였으며, 구분에 따라서 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로 전이가 발생하지 않거나 최대 3개월까지 지체되는 것을 확인하였다.
이를 위해, 기상학적 가뭄지수는 강수량 자료만으로 산정이 가능한 SPI를 선정하여 판단하였고 농업적 가뭄지수는 한국농어촌공사의 저수지 저수율 자료를 이용하여 판단하였다. 이렇게 가뭄지수(자료)를 이용하여 가뭄 발생을 판단하고 가뭄별 유형을 5가지로 정리하여 가뭄 전이 발생 현황을 검토하였다. 아울러, 본 연구는 가뭄 상황을 표현하기 위한 가뭄지수의 개발 및 가뭄 크기의 비교 등과 같은 기존 가뭄 연구와 달리 각각의 가뭄 판단이 갖는 특성을 비교하여 가뭄지수 간 상관성을 표현하는 데 초점을 두었다.
본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로의 전이 현상 일반화를 위해 가뭄 발생의 유형을 설정하여 가뭄 전이 발생 현황을 분석하였다. 이를 위해, 기상학적 가뭄지수는 강수량 자료만으로 산정이 가능한 SPI를 선정하여 판단하였고 농업적 가뭄지수는 한국농어촌공사의 저수지 저수율 자료를 이용하여 판단하였다. 이렇게 가뭄지수(자료)를 이용하여 가뭄 발생을 판단하고 가뭄별 유형을 5가지로 정리하여 가뭄 전이 발생 현황을 검토하였다.
본 연구에서는 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로 전이되는 현상을 검토하기 위해 기상학적 가뭄지수인 SPI3과 농업적 가뭄 지표인 ARDI를 이용하여 가뭄을 판단하였다. 이후 가뭄 전이 분석을 위해 1970년 이후의 가뭄사상(1994~1995, 2001, 2008~2009, 2014~2015년)에 대한 특성을 유형별로 구분하여 정리한 결과를 아래와 같이 요약하였다.
대상 데이터
가뭄지수 산정을 위해 기상청 종관기상 관측장비(Automated Synoptic Observing System, ASOS)와 한국농어촌공사 저수지를 조사하여 강수 관측 지점의 반경 5 km 이내의 백만톤 이상 저수지를 선별하였다. 선별된 관측 지점은 Fig.
하지만 확률분포 모형을 활용하기 때문에 신뢰성을 확보하기 위해서는 장기간의 강수량 자료가 필요하다. 강수량 자료는 최소 30년 이상이 필요하지만, 50년 이상의 강수량 자료를 사용할 것을 권장하고 있으며(Guttman,1999), 본 연구에서는 1974년부터 2016년(43년) 자료를 이용하였다. SPI는 강수량의 누적 기간에 따라 다양한 시간 규모의 가뭄지수 산정이 가능하기 때문에 강수량 누적기간에 따라 Table 1과 같이 다양한 종류의 가뭄 판단이 가능하며(Zarger et al.
이론/모형
기상학적 가뭄지수는 전 세계적으로 널리 활용되고 있으며 강수량 자료만을 활용하여 기상학적 가뭄 상태를 표현할수 있는 SPI를 사용하였다(McKee et al., 1993). SPI는 월 강수 량을 일정 개월 수(3, 6, 12개월 등) 만큼 누적시킨 뒤, Eq.
본 연구에서는 현재 한국농어촌공사에서 이용 중인 저수지 저수율을 이용하여 농업 저수지 가뭄지수(Agricultural Reservoir Drought Index, ARDI)를 산정하였다. ARDI는 순별 가용저수량의 최소값에 대해 가뭄 발생의 위험과 크기를 빈도개념을 이용하여 표현한 RDI와는 다르게 Eq.
성능/효과
본 연구에서는 가뭄 유형을 ‘일반적인봄 가뭄’, ‘홍수기 강우 부족으로 인한 여름 가뭄’, ‘태풍의 미발생으로 인한 가을 가뭄’, ‘단기간 강우 부족으로 발생하는 가뭄’ 및 ‘장기간 강우 부족으로 발생하는 가뭄’ 등 5가지로 구분하여 가뭄 전이 발생 현황과 특성을 정리하였으며, 구분에 따라서 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로 전이가 발생하지 않거나 최대 3개월까지 지체되는 것을 확인하였다.
후속연구
그러나 이번 연구를 통해 기상학적 가뭄에서 농업적 가뭄으로의 전이 현상을 확인할 수 있었으며, 가뭄의 정량적 판단의 어려움을 해결하고자 가뭄을 유형별로 구분하여 결과를 도출하였다. 아울러, 본 연구는 지수의 개발보다는 각 가뭄 특성의 비교를 통한 전이 관계 분석에 국한되어 있으며, 향후 더 많은 가뭄 지표들과의 분석을 통해 가뭄 전이 관계를 체계적으로 일반화하면 기상학적 가뭄 발생 시 농업적 가뭄 예측을 위한 인자로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
홍수기 동안 확보한 수자원을 다음 홍수기 전까지 활용하고 있으나, 발생할 수 있는 문제점이나 취약점은?
우리나라는 여름철 장마와 가을철 태풍의 영향으로 50% 이상의 강우가 홍수기(6~9월)에 집중되어, 홍수기 동안 확보한 수자원을 다음 홍수기 전까지 활용하고 있다. 이 때문에 홍수기 직전인 봄철의 경우 전년도에 확보한 수자원을 이용하여 가뭄을 대비하고 있으나, 홍수기 이후 가을철의 경우 관개기 동안 농업용수의 사용량이 많아 홍수기 수자원 확보가 어렵다면 가뭄에 취약하게 된다. 농업용수의 공급은 생활 및 공업 용수와 다르게 단위면적 대비 관개량을 기준으로 이루어지기 때문에 전체 용수량이 충분하더라도 관개 시기에 용수공급이 제대로 이뤄지지 못하면 가뭄이 발생할 수 있다. 이에 따라본 연구에서는 농업용수의 안정적 확보 등을 고려하기 위하여 기상학적 가뭄 상황으로부터 농업적 가뭄을 판단할 수 있는 전이 관계를 분석하였다.
우리나라의 가뭄 발생 원인은?
가뭄은 여러 가지 요인에 의해 복합적으로 발생하는 현상으로 자연적 원인과 인위적 원인으로 구분할 수 있다. 우리나라는 기후학적 특성상 여름철에 태평양 고기압의 발달 시기가 빠르거나 평년보다 강하면 장마 기간이 짧아져 자연적인 원인에 의해 가뭄이 발생한다. 가뭄은 발생과정과 피해 영향에 따라 기상학적, 농업적, 수문학적, 사회경제적 가뭄으로 구분할 수 있으며 직 간접적으로 다른 가뭄에 영향을 미친다.
일반적으로 진행되는 가뭄의 순서는?
일반적으로 가뭄은 기상학적, 농업적, 수문학적 가뭄의 순서로 진행되며 피해를 유발하게 된다. Joseph et al.
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