[논문]기후 및 토지이용 변화 시나리오 기반 한반도 미래 수문학적 및 생태학적 가뭄 전망

이재형; 김연주; 채여라

doi:10.3741/jkwra.2020.53.6.427

기후 및 토지이용 변화 시나리오 기반 한반도 미래 수문학적 및 생태학적 가뭄 전망
Projecting future hydrological and ecological droughts with the climate and land use scenarios over the Korean peninsula 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.53 no.6, 2020년, pp.427 - 436

이재형 (연세대학교 건설환경공학과) , 김연주 (연세대학교 건설환경공학과) , 채여라 (한국환경정책연구원)

초록
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기후 변화는 한반도 가뭄 특성에 영향을 미칠 것으로 예측되지만 불확실성이 존재한다. 이에, 본 연구는 지면 모델링 시스템 중 하나인 WRF-Hydro 모형에 기후변화와 토지이용 시나리오를 이용하여 한반도 미래 가뭄을 예측하는 것을 목표로 하였다. 기후 변화 자료는 RCP2.6과 RCP8.5 시나리오, 지표면 변화 자료는 공통사회경제경로(Shared Socio-economic Pathway, SSP) 시나리오를 사용하였다. 임계수준 방법을 적용하여 유출량과 순일차 생산량(Net Primary Productivity, NPP)값을 이용한 미래 수문학적 가뭄과 생태학적 가뭄을 정의하였고, 각 시나리오 별 가뭄의 기간과 강도의 특성을 평가하였다. 수문학적 가뭄 기간은 RCP2.6-SSP2 가까운 미래(2031-2050)와 RCP8.5-SSP2 먼 미래(2080-2099) 시나리오에서, 생태학적 가뭄 기간은 RCP2.6-SSP2 먼 미래와 RCP8.5-SSP2 가까운 미래에서 긴 가뭄 기간을 보였다. 가뭄 강도는 가뭄 기간과 다르게, 두 가뭄 모두 RCP2.6-SSP2 먼 미래와 RCP8.5-SSP2 가까운 미래에서 큰 강도를 보였다. 수문학적 가뭄의 경우 RCP2.6-SSP2 먼 미래가 가장 심도가 크고 임계수준의 크기의 영향을 많이 받았다. 그러나 생태학적 가뭄 심도는 RCP2.6-SSP2 가까운 미래와 RCP2.6-SSP2 먼 미래에서 큰 심도를 보이고, 임계수준에 따른 심도 크기의 시나리오 별 차이는 작았다. 이 연구는 기후변화와 토지이용변화에 따른 한반도 미래 수문학적 및 생태학적 가뭄 특성을 이해하고 관리하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is uncertain how global climate change will influence future drought characteristics over the Korean peninsula. This study aims to project the future droughts using climate change and land use change scenarios over the Korean peninsula with the land surface modeling system, i.e., Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling system (WRF-Hydro). The Representative Concentration Pathways (RCPs) 2.6 and 8.5 are used as future climate scenarios and the Shared Socio-economic Pathways (SSPs), specifically SSP2, is adopted for the land use scenario. The using Threshold Level Method (TLM), we identify future hydrological and ecological drought events with runoff and Net Primary Productivity (NPP), respectively, and assess drought characteristics of durations and intensities in different scenarios. Results show that the duration of drought is longer over RCP2.6-SSP2 for near future (2031-2050) and RCP8.5-SSP2 (2080-2099) for the far future for hydrological drought. On the other hand, RCP2.6-SSP2 for the far future and RCP8.5-SSP2 for the near future show longer duration for ecological drought. In addition, the drought intensities in both hydrological and ecological drought show different characteristics with the drought duration. The intensity of the hydrological droughts was greatly affected by threshold level methods and RCP2.6-SSP2 for far future shows the severest intensity. However, for ecological drought, the difference of the intensity among the threshold level is not significant and RCP2.6-SSP2 for near future and RCP2.6-SSP2 for near future show the severest intensity. This study suggests a possible future drought characteristics is in the Korea peninsula using combined climate and land use changes, which will help the community to understand and manage the future drought risks.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Land use change for historical period from Ministry of Environment and the SSP2 scenario
표 Table 1. Summary of future predicted temperature and precipitation in Korea
그림 Fig. 2. Runoff result from WRF-Hydro compared with observed data in four dams with r²
그림 Fig. 3. Monthly runoff and Net Primary Productivity (NPP) results from WRF-Hydro
표 Table 2. Default and Calibrated parameter R2 and NSE for the four dams
그림 Fig. 4. Annual runoff and NPP responds to temperature and precipitation
그림 Fig. 5. Ratio of drought duration to whole period for spatial distribution
그림 Fig. 6. Averaged durations and intensities for each scenarios of hydrological and ecological drought

AI 본문요약
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문제 정의

일반적으로 가뭄은 강수 부족에 의하여 인간의 사회경제활동 동과 동식물 생육에 피해를 초래하는 비정상적인 기상 수문학적 현상으로 일정 기간 정상적인 조건보다 건조한 기간을 의미한다. 본 연구에서는 미래 가뭄 분석에 수문학적 가뭄과 생태학적 가뭄을 분석하였다. 수문학적 가뭄은 하천 유량, 저수지, 지하수 등 가용수자원의 부족 현상으로 본 연구에서는 유출량이 일정 임계 수준보다 낮을 때로 정의하였다.
본 연구에서는 한반도 4개 유역 Soyang (SA), Chungju (CJ), Nam gang (NG), Yong dam (YD) 에서 관측된 시간당 일 유출량을 재현하는 목적으로 보정을 하였다. 세 종류 매개변수를 최소, 최댓값 범위 내에서 32개 조합을 구성하고 최적 조합을 도출하여 활용하였다.
본 연구에서는 한반도에 WRF-Hydro 모형을 구축하기 위하여 파라미터 보정을 시행하기 위하여 민감한 값의 변화를 보인 매개변수를 선정하였다. Mann을 포함한 하천 차수에 따른 매개변수 하천 하부 너비(BW), 하천의 초기수심(HLINK), 하천의 측면 경사(ChSSlp) 값을 국가 수자원 관리 종합 정보 시스템(water Management Information System, WAMIS), 유역별 홍수 통제소의 자료를 이용하여 모형에 구축하였다.
또한, 가뭄 종류에 따른 분석을 통해 미래 가뭄에 대한 이해가 필요하다. 이에, 본 연구의 목적은 한반도 미래 기후 및 지면 변화 시나리오를 Weather Research and Forecasting Model Hydrological model ling system (WRF-Hydro) 모형에 적용하여 유출량과 순 일차 생산량을 시공간적으로 분석하며, 임계 수준 방법을 통한 미래 수문학적 가뭄과 생태학적 가뭄을 분석하는 데 있다.

제안 방법

본 연구에서는 한반도에 WRF-Hydro 모형을 구축하기 위하여 파라미터 보정을 시행하기 위하여 민감한 값의 변화를 보인 매개변수를 선정하였다. Mann을 포함한 하천 차수에 따른 매개변수 하천 하부 너비(BW), 하천의 초기수심(HLINK), 하천의 측면 경사(ChSSlp) 값을 국가 수자원 관리 종합 정보 시스템(water Management Information System, WAMIS), 유역별 홍수 통제소의 자료를 이용하여 모형에 구축하였다. 이후, 유출과 밀접한 연관이 있는 3가지 매개변수를 선정하여 manual fitting을 수행하였다.
과거 20년(1996-2005)의 임계 수준(Q99 적용하여 시나리오별로 적용하여 기간을 계산하였다. 각 시나리오의 변화폭은 비슷하며, 모든 시나리오는 RCP 2.6-SSP2 가까운 미래에서 가장 긴 가뭄 기간을 모의하였다. Q99에서 가뭄 발생 기간은 시나리오 별 2.
6(c)은 임계수준 방법을 이용하여 WRF-Hydro 모형의 생태학적 가뭄 기간 분석 결과이다. 과거 20년(1996-2005)의 임계 수준(Q99 적용하여 시나리오별로 적용하여 기간을 계산하였다. 각 시나리오의 변화폭은 비슷하며, 모든 시나리오는 RCP 2.
(2015)는 기후변화 및 토지 이용변화를 고려한 미래 홍수 유출을 분석하기 위해 안양천을 대상으로 Spatial Runoff Assessment Tool (S-RAT) 모형을 구동하였다. 기후변화 시나리오는 연구지역을 대상으로 관측 강우 자료와 비교하여 검증하였으며, 토지 이용변화는 Dynamic land cover simulation model (Dyna-CLUE) 모형의 서브 알고리즘을 이용하여 자료를 산출하였다. 분석 결과 최대홍수량의 변화는 토지 이용변화의 영향보다는 기후변화의 영향을 많이 받으며, 토지 시가화율이 높을수록 최대홍수량의 증가함을 보였다.
또한 방법으로 가뭄 심도(Intensity)를 계산하였다(Fig. 6(b)).
세 종류 매개변수를 최소, 최댓값 범위 내에서 32개 조합을 구성하고 최적 조합을 도출하여 활용하였다. 매개변수 조합은 보정 전 REFKT:1.0, RETDPRTFAC:1.0, OVROUGHRTFAC:1.0에서 REFKT: 2.5, RETDPRTFAC: 1.0, OVROUGHRTFAC: 1.5로 R² 값과 NSE 비교를 통하여 바로잡았다. 모형 검증 기간은 2007년 1월부터 12월까지 총 1년이며, 이는 가뭄 분석에 참조 기간에 해당하는 기간으로 가뭄 분석에 이용되는 모형 유출량을 관측 유출량 이용하여 모형 검증을 하였다.
6(a)은 임계수준 방법을 이용하여 WRF-Hydro 모형의 유출량을 가뭄의 기간을 분석한 결과가 결과이다. 먼저 과거 20년(1996-2005)의 임계 수준(Q99 적용하여 시나리오별로 가뭄 기간을 계산하여 주었다. 대부분의 시나리오의 변화폭은 비슷한 수준을 모의하였으며, Q99에서 가뭄 발생 기간은 시나리오별 9.
5로 R² 값과 NSE 비교를 통하여 바로잡았다. 모형 검증 기간은 2007년 1월부터 12월까지 총 1년이며, 이는 가뭄 분석에 참조 기간에 해당하는 기간으로 가뭄 분석에 이용되는 모형 유출량을 관측 유출량 이용하여 모형 검증을 하였다. Fig.
모형 검증을 위한 과거 기간 모형 적분은 가뭄을 분석하기 위하여 한반도 큰 가뭄이 있었던 2008년 이전인 2007년 1월부터 2007년 12월까지의 기간에 모형 적분을 수행하였다. 앞서 언급하였듯이 WRF-Hydro를 구동하는 데 필요한 6종류 3시간 해상도 기후 강제 자료 구축이 필요하고 본 연구에서는 자료구축의 용이성을 위해 검증 기간을 1년으로 설정하였다.
본 연구는 기후변화와 토지 이용변화 시나리오를 이용하여 미래 수문학적 및 생태학적 가뭄을 구별하였으며, 가뭄의 정량적 판단의 어려움을 해결하고자 임계 수준 방법을 활용하여 가뭄의 크기 및 기간을 분석하여 결과를 도출하였다. 수문학적 및 생태학적 가뭄은 다른 요소에 따라 민감한 변동성을 보였으나, 이는 일차원적 영향이 아닌 복잡성을 가지고 가뭄의 크기 및 기간이 변화함을 보였다.
본 연구에서는 WRF-Hydro를 20km의 해상도 기후 및 지면 시나리오를 활용하여 구동하였다. 시나리오는 과거 기후 지면 조합과 RCP 2.
2017), 과포화 토양에서 발생하는 유입량과 주변 그리드에서 침투되는 유입량의 합으로 계산된다. 본 연구에서는 독립형으로 구동하였으며, 태양복사 에너지, 강수량, 대기 온도, 바람 세기 및 방향, 대기압 및 습도 등의 기후 강제 자료를 20km 공간 해상도, 3시간 해상도로 구축하여, 하천의 흐름, 물 및 탄소 수지 모의를 위한 입력자료로 활용하였다.
본 연구에서는 미래 한반도 지역의 수문학적 가뭄과 생태학적 가뭄을 분석하기 위하여, 과거와 미래의 기후 및 토지이용 변화 시나리오 자료를 이용하여 보정된 WRF-Hydro 모형을 구동하였고, 미래 토지이용 변화 자료(SSP2)와 미래 기후 변화 시나리오 RCP 2.6, RCP 8.5를 사용하였다.
5(b)는 생태학적 가뭄 발생 기간을 전체 기간으로 나누어 가뭄 기간을 백분위로 나타낸 결과의 그리드별 공간 분포이다. 본 연구에서는 보정된 WRF-Hydro 모형의 순 일차 생산량 결과를 임계 수준 방법을 활용하여 생태학적 가뭄으로 정의하였다. Fig.
임계수순방법은 고정값, 일별, 월별 등 다양한 방법으로 결정할 수 있으며, 임계 수준은 초과확률 사용하여 다양하게 적용 가능하다. 본 연구에서는 일별 초과확률 99%, 95%, 90%, 85% (Q99, Q95, Q90, Q85)의 임계수준 값을 적용하였으며, 임계 수준 이하의 유출량과 순 일차 생산량의 연속된 일수를 가뭄의 기간으로 정의하였으며, 그 가뭄 기간 부족한 유출량과 순 일차 생산량의 크기로 가뭄의 심도를 산정하였다.
본 연구에서는 한반도 4개 유역 Soyang (SA), Chungju (CJ), Nam gang (NG), Yong dam (YD) 에서 관측된 시간당 일 유출량을 재현하는 목적으로 보정을 하였다. 세 종류 매개변수를 최소, 최댓값 범위 내에서 32개 조합을 구성하고 최적 조합을 도출하여 활용하였다. 매개변수 조합은 보정 전 REFKT:1.
본 연구에서는 WRF-Hydro를 20km의 해상도 기후 및 지면 시나리오를 활용하여 구동하였다. 시나리오는 과거 기후 지면 조합과 RCP 2.6-SSP2, RCP 8.5-SSP2 조합을 이용하며, 미래 시간 변화에 따른 가뭄 추세 변화를 시나리오별 확인하기 위하여 과거(1986-2005), 가까운 미래(2031-2050)와 먼 미래(2080-2099)로 총 세 구간으로 나누어 WRF-Hydro 모형을 구동하였다(Table 1).
모형 검증을 위한 과거 기간 모형 적분은 가뭄을 분석하기 위하여 한반도 큰 가뭄이 있었던 2008년 이전인 2007년 1월부터 2007년 12월까지의 기간에 모형 적분을 수행하였다. 앞서 언급하였듯이 WRF-Hydro를 구동하는 데 필요한 6종류 3시간 해상도 기후 강제 자료 구축이 필요하고 본 연구에서는 자료구축의 용이성을 위해 검증 기간을 1년으로 설정하였다. 기상청에서 설치, 운영 중인 자동 기상관측장비(Automatic Weather Station, AWS)와 종관기상관측장비(Automated Surface Observing System, ASOS) 관측소를 포함한 387개 지점을 선택하였다.
Mann을 포함한 하천 차수에 따른 매개변수 하천 하부 너비(BW), 하천의 초기수심(HLINK), 하천의 측면 경사(ChSSlp) 값을 국가 수자원 관리 종합 정보 시스템(water Management Information System, WAMIS), 유역별 홍수 통제소의 자료를 이용하여 모형에 구축하였다. 이후, 유출과 밀접한 연관이 있는 3가지 매개변수를 선정하여 manual fitting을 수행하였다. 선정된 파라미터는 REFKT, REFKDT 와 OVROUGHRTFAC이며, 모형 구동 결과는 관측값과의, R²-Sutcliffe Efficiency (NSE) 을 통해 최적의 파라미터 세트로 바로잡았다.

대상 데이터

연평균 인구성장률과 연평균 GDP를 성장을 고려하여 생성한 자료로 기존 도시 수준과 토지이용 및 효율성을 기존과 같이 유지하는 SSP2 지면 변화자료를 이용하였고, 1km 공간 단위로 10년 단 위로 변화한다. WRF-Hydro 모형의 토지이용 자료는 20km 해상도로 MODIS Land Cover (MDD12Q2) 분류 기반(혼효림, 경작지, 도시지역)으로 정의되어있어 이에 따라 재생산하였다. 기존 토지 피복과 비교하였을 때, 경작지와 도시지역의 면적은 증가하고, 혼효림의 면적은 감소하는 추세를 보였다.
앞서 언급하였듯이 WRF-Hydro를 구동하는 데 필요한 6종류 3시간 해상도 기후 강제 자료 구축이 필요하고 본 연구에서는 자료구축의 용이성을 위해 검증 기간을 1년으로 설정하였다. 기상청에서 설치, 운영 중인 자동 기상관측장비(Automatic Weather Station, AWS)와 종관기상관측장비(Automated Surface Observing System, ASOS) 관측소를 포함한 387개 지점을 선택하였다. 선택된 지점의 기후 자료는 WRF-Hydro 모형의 기후 입력 자료로 Parameter-elevation Regression on Independent Slopes Model (PRISM) 방법을 사용하여 격자 기반 공간자료로 변화하였다.
본 연구는 한반도 내 남한(34.11°N-38.92°N, 125.47°W-129.98°W)을 대상으로 수행하였다(Fig. 1).
본 연구에서는 CHEA et al. (2017)에서 개발한 우리나라의 SSP시나리오에 따른 지면 변화 자료를 사용하였다. 연평균 인구성장률과 연평균 GDP를 성장을 고려하여 생성한 자료로 기존 도시 수준과 토지이용 및 효율성을 기존과 같이 유지하는 SSP2 지면 변화자료를 이용하였고, 1km 공간 단위로 10년 단 위로 변화한다.
본 연구에서는 Norwegian Earth System Model (NOR ESM 1-M)으로 생성한 전 지구 기후자료를 Regional Climate Model system 4 (REG CM 4)를 이용하여 한반도 지역에 20km 공감해 상도와 3시간 단위 시간 해상도로 다운 스케일링하여 추출한 기후자료를 사용하였다(I'm et al. 2019).
이후, 유출과 밀접한 연관이 있는 3가지 매개변수를 선정하여 manual fitting을 수행하였다. 선정된 파라미터는 REFKT, REFKDT 와 OVROUGHRTFAC이며, 모형 구동 결과는 관측값과의, R²-Sutcliffe Efficiency (NSE) 을 통해 최적의 파라미터 세트로 바로잡았다.
(2017)에서 개발한 우리나라의 SSP시나리오에 따른 지면 변화 자료를 사용하였다. 연평균 인구성장률과 연평균 GDP를 성장을 고려하여 생성한 자료로 기존 도시 수준과 토지이용 및 효율성을 기존과 같이 유지하는 SSP2 지면 변화자료를 이용하였고, 1km 공간 단위로 10년 단 위로 변화한다. WRF-Hydro 모형의 토지이용 자료는 20km 해상도로 MODIS Land Cover (MDD12Q2) 분류 기반(혼효림, 경작지, 도시지역)으로 정의되어있어 이에 따라 재생산하였다.

이론/모형

5의 미래 가뭄은 현재와 비슷할 것으로 예상하였다. Gawk et al. (2018)에서는 한반도 미래 가뭄 특성 분석을 위해 유효가뭄지수(Effective Drought Index, EDI)를 이용하였다. RCP 4.
(2015)은 기후 변화와 토지 이용변화에 따른 유역 수문 변화를 평가하기 위해 안성천 유역을 대상으로 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 모형을 이용하였다. 미래 기후변화 자료는 IPCC 제5차 기후변화 평가보고서에서 생성된 RCP 기후변화 시나리오를 사용하였다. 토지 이용변화는 도시 면적 증가에 따른 3가지 시나리오(Linear, Exponential, Logarithmic)를 Conservation of Land Use and its Effects at Small regional extent (CLUE-s) 모형에 적용하였다.
IPCC는 RCP (Representative Concentration Pathway) 시나리오에 따른 기후 변화는 모든 배출 시나리오에서 21세기 전반 동안 표면 온도가 상승하며, 지역적으로 다양한 패턴으로 변화할 것으로 전망하였다. 본 연구에서는 IPCC 제5차 기후 평가보고서(IPCC AR5, 2014)에서 선정한 표준 온실가스 시나리오인 대표농도 경로 중 양 극치 값 비교를 위하여 RCP2.6과 RCP8.5 시나리오를 선정하였다. RCP2.
본 연구에서는 미국 National Center for Atmospheric Research (NCAR)의 통합 수문 모형 WRF-Hydro를 사용하였다. WRF-Hydro 모형은 다양한 물리 기반과 개념적 접근을 통하여, 고해상도 지면의 물, 에너지 플럭스를 모의하기 위해 개 발 되었다(Go chis et al.
기상청에서 설치, 운영 중인 자동 기상관측장비(Automatic Weather Station, AWS)와 종관기상관측장비(Automated Surface Observing System, ASOS) 관측소를 포함한 387개 지점을 선택하였다. 선택된 지점의 기후 자료는 WRF-Hydro 모형의 기후 입력 자료로 Parameter-elevation Regression on Independent Slopes Model (PRISM) 방법을 사용하여 격자 기반 공간자료로 변화하였다. PRISM은 지형학적 특성인 고도, 거리, 경사형, 해양의 영향 등과 기후인자 사이의 관계식을 사용하여 고해상도 공간자료를 생산할 수 있다(Daly et al.
미래 기후변화 자료는 IPCC 제5차 기후변화 평가보고서에서 생성된 RCP 기후변화 시나리오를 사용하였다. 토지 이용변화는 도시 면적 증가에 따른 3가지 시나리오(Linear, Exponential, Logarithmic)를 Conservation of Land Use and its Effects at Small regional extent (CLUE-s) 모형에 적용하였다. 기후변화만 고려하였을 때의 유출량은 RCP8.

성능/효과

또한. 4(b)는 유출량과 강수량의 상관관 계로, 전체 양상은 강수량의 증가에 따라 유출량도 증가하는 양상을 보이는 데 반해, RCP 2.6-SSP2 모든 기간과 RCP 8.5-SSP2 가까운 미래는 강수량이 증가하는 데 반해 유출량이 감소하는 양상을 보였다.
Q90 RCP 2.6-SSP2 먼 미래의 심도는 1.679 g/m2 ·s C로 가장 높은 심도를 보이며, 임계 수준이 낮아질수록 약간의 감소 폭이 작아짐을 확인하였다.
하지만 가뭄 심도는 그와 반대되는 결과를 보였다. RCP 2.6 먼 미래에서 가장 큰 가뭄 심도를 보이며, RCP 8.5- SSP2 먼 미래에서 가장 작은 심도를 보였다. 또한 임계 수준별 차이가 기간보다 훨씬 크게 적용됨을 보였다.
(2018)에서는 한반도 미래 가뭄 특성 분석을 위해 유효가뭄지수(Effective Drought Index, EDI)를 이용하였다. RCP 4.5 시나리오의 가까운 미래에서는 경기 일부 지역에서만 소폭 증가함을 보이고, 이외 지역에서는 감소하는 추세를 보였으며, 먼 미래 결과에서는 한반도 전역에서 가뭄 발생 횟수가 감소함을 보였다. RCP 8.
6-SSP2 먼 미래에서는 과거보다 유출량이 증가하나 온도 상승에 따라 유출량이 감소하였다. RCP 8.5-SSP 2는 과거보다 모든 기간에서 유출량이 증가하며 온도상승과 함께 유출량 또한 증가하는 것으로 예측되었다. 순 일차 생산량 결과 또한 과거와 비교 하였을 때, 경작지 및 혼합림 감소에 따른 총생산량은 감소하였다.
6(b)). 가뭄 심도는 시나리오별 큰 차이를 보여주었으며, 모든 시나리오에서 RCP 2.6-SSP2 먼 미래에서 가뭄의 심도가 가장 높게 나타났으며, RCP 8.5-SSP2 먼 미래의 심도가 가장 낮게 나타났다. Q99의 RCP 2.
2019). 가용 적 합성 판단을 위해 모형의 과거 기후 자료를 한반도 내 총 56개의 관측소의 온도 및 강수 관측값과 변동 범위를 비교한 결과 상대적 낮은 온도와 습윤한 경향을 보임을 확인하였다. 해당 기후자료는 WRF-Hydro 입력자료(기온, 강수량 상대습도, 기압, 단파 복사, 장파 복사, 바람 방향, 바람세기)를 포함한다.
5- SSP2 시나리오에서는 온도 증가에 따라 순 일차 생산량이 감소한다. 강수량과의 유사성은 과거 조합 시나리오와 RCP 2.6- SSP2 가까운 미래와 RCP 8.5-SSP2 먼 미래 시나리오에서 강 수량 증가와 함께 순 일차 생산량이 증가하는 패턴을 보였다.
(2009)는 Precipitation Runoff model ling System (PRMS)을 이용하여 에티오피아 Semmen 산 유역의 기후변화와 토지 이용변화에 따른 유출량 변동성을 평가하였다. 그 결과 혼합 침엽수림, 잡목림에서 최대 흐름은 9.6%, 18.9% 감소하며, 유출량은 88%, 30%가량 증가하였다. Han et al.
5- SSP2 가까운 미래는 16%가량 감소하였다. 그에 반해, RCP 2.6-SSP2 가까운 미래 시나리오의 전체 유출 총량은 큰 차이가 없으나, RCP 8.5-SSP2 먼 미래의 유출 결과는 30%가량 감소하였다.
또한 임계 수준별 차이가 기간보다 훨씬 크게 적용됨을 보였다. 그에 비해, 생태학적 가뭄은 RCP 2.6-SSP2 먼 미래와 RCP 8.5-SSP2 조합 시나리오에서 약간 높은 가뭄 기간을 보였다. 또한, 임계수준 변화에 따른 가뭄은 과거보다 증가하는 추세를 보이지만, 수문학적 가뭄보다 증가한 기간이 작아짐을 확인하였다.
9% 증가하는 것으로 나타났다. 두 시나리오 모두 고려하였을 때는, RCP8.5-Linear 시나리오에서 최고 19.2% 증가하였으며, RCP 4.5- Exponential 시나리오에서 최고 36.1% 증가하였다.
5- SSP2 먼 미래에서 가장 작은 심도를 보였다. 또한 임계 수준별 차이가 기간보다 훨씬 크게 적용됨을 보였다. 그에 비해, 생태학적 가뭄은 RCP 2.
또한, 임계수준 변화에 따른 가뭄은 과거보다 증가하는 추세를 보이지만, 수문학적 가뭄보다 증가한 기간이 작아짐을 확인하였다. 또한, RCP 2.6-SSP2 가까운 미래의 Q99를 제외한 각 임계 수준별 생태학적 가뭄의 심도 추세는 수문학적 가뭄의 심도 왜 비교하였을 때 크게 다르지 않음을 보였다. 수문학적 가뭄의 기간의 경우 임계 수준에 따라 큰 변화를 보이지 않지만, 생태학적 가뭄 기간은 임계 수준에 따른 기간의 변화가 크다.
5에서는 지역적으로 큰 편차를 보이는 결과를 보였다. 또한, RCP 6.0과 RCP8.5의 경우 지역적 균일한 가뭄 심각성을 보이며, RCP 6.0은 현재보다 크게 완화되며 RCP 8.5의 미래 가뭄은 현재와 비슷할 것으로 예상하였다. Gawk et al.
5-SSP2 조합 시나리오에서 약간 높은 가뭄 기간을 보였다. 또한, 임계수준 변화에 따른 가뭄은 과거보다 증가하는 추세를 보이지만, 수문학적 가뭄보다 증가한 기간이 작아짐을 확인하였다. 또한, RCP 2.
과거 30년 기간(1976-2005)의 평균 온도와 미래 시나리오의 평균 온도를 비교하여, 여름철 한반도 전역에서 평균 2℃ 이상의 극한 기온 상승을 보였다. 또한, 전 전 세계와 한반도의 2℃와 3℃ 시나리오의 평균 온도 비교하였을 때 한반도의 평균 온도는 시나리오별 각 2.7℃와 4.2℃로 전 세계의 평균 온도 이상으로 증가하였다.
3(a)과 같이 전체지역 월 평균값으로 분석하였다. 미래 시나리오 결과는 과거 모의 결과보다 유출량이 증가하였으며, 각 시나리오별 결과는 RCP 2.6-SSP2 가까운 미래는 5월과 6월에 다른 힘 오보다 최대 1.8배 많은 유출량을 모의하였으며, RCP 2.6-SSP2 먼 미래의 유출량은 상대적으로 적은 양이 모의 되었다. 특히, 과거 시나리오와 비교하였을 때 RCP 8.
본 연구에서는 그리드별 모의 된 유출량이 임계수준 (85%, 90%, 95%, 99%)보다 낮은 기간에 수문학적 가뭄이 발생하였다고 정의하였다. Fig.
본 연구에서는 그리드별로 모의 된 순 일차 생산량이 임계 수준(85%, 90%, 95%, 99%)보다 낮은 기간에 생태학적 가뭄이 발생하였다고 정의하였다. Fig.
기후변화 시나리오는 연구지역을 대상으로 관측 강우 자료와 비교하여 검증하였으며, 토지 이용변화는 Dynamic land cover simulation model (Dyna-CLUE) 모형의 서브 알고리즘을 이용하여 자료를 산출하였다. 분석 결과 최대홍수량의 변화는 토지 이용변화의 영향보다는 기후변화의 영향을 많이 받으며, 토지 시가화율이 높을수록 최대홍수량의 증가함을 보였다. Qi et al.
수문학적 가뭄 기간의 공간분포 모의 결과, 도시지역의 수문학적 가뭄은 다른 지역에 비해 가뭄 기간이 짧으며 경작지와 혼합림의 경우 위치에 따른 가뭄 분포의 차이를 보였다. 시나리오 별 비교하였을 때, RCP 2.
본 연구는 기후변화와 토지 이용변화 시나리오를 이용하여 미래 수문학적 및 생태학적 가뭄을 구별하였으며, 가뭄의 정량적 판단의 어려움을 해결하고자 임계 수준 방법을 활용하여 가뭄의 크기 및 기간을 분석하여 결과를 도출하였다. 수문학적 및 생태학적 가뭄은 다른 요소에 따라 민감한 변동성을 보였으나, 이는 일차원적 영향이 아닌 복잡성을 가지고 가뭄의 크기 및 기간이 변화함을 보였다. 따라서 미래 가뭄 정량화 예측에는 다양한 측면의 가뭄 분석이 필요하며, 기후변화뿐만 아니라 토지이용 시나리오 등 다양한 자료를 활용해야 한다.
2는 보정된 모형의 유출량 결과로 각 댐 관측 수위와 비교하였을 때 수문 그래프를 유사하게 모의하였다. 연구 지역에 보정 매개변수를 이용한 WRF-Hydro 모형의 유출량 결과는 관측 유출량과 R²와 NSE의 비교를 통하여 한반도에 적절히 구축하였다고 판단하였다(Table 2). 소양강댐 유역에서의 관측 유출량과 모형 결과 유출량 값의 R² 값은 보정 전 0.
유출량은 RCP 2.6-SSP2 가까운 미래에서는 과거보다 유출량이 많이 증가 하지 않으며, RCP 2.6-SSP2 먼 미래에서는 과거보다 유출량이 증가하나 온도 상승에 따라 유출량이 감소하였다. RCP 8.
(2015)에서는 한반도 미래 수문학적 가뭄을 파악하기 위하여 RCP 시나리오별 강수량을 1971~2010년 및 2012~2100년 두 시간에 걸쳐 SPI (Standardized Precipitation Index)를 산출하여 가뭄 분석을 하였다. 이에, RCP 2.6에서는 속초와 강릉 관측소를 포함한 강원도, 경상남북도, 충청남북도, 전라북도 지역의 미래 수문학적 가뭄이 현재보다 심화할 것으로 예상하였으며, RCP 4.5에서는 지역적으로 큰 편차를 보이는 결과를 보였다. 또한, RCP 6.
6-SSP2 먼 미래의 유출량은 상대적으로 적은 양이 모의 되었다. 특히, 과거 시나리오와 비교하였을 때 RCP 8.5-SSP2 가까운 미래 시나리오는 7월에 큰 변화를 보였으며, RCP 8.5-SSP2 먼 미래 시나리오는 21%가량 유출량이 증가하였으며, RCP 8.5- SSP2 가까운 미래는 16%가량 감소하였다. 그에 반해, RCP 2.

후속연구

따라서 미래 가뭄 정량화 예측에는 다양한 측면의 가뭄 분석이 필요하며, 기후변화뿐만 아니라 토지이용 시나리오 등 다양한 자료를 활용해야 한다. 어울려, 본 연구는 최적의 시나리오 조합을 생성하기보다는 기후변화와 토지 이용변화 시나리오가 각 가뭄의 크기 및 기간에 미치는 영향을 알아보는데 국한되어 있으며, 향후 더 많은 시나리오 조합을 이용하여 각 가뭄의 정량화 분석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	극한 기후 현상의 특징은 무엇인가?	극한 기후 현상은 기후 변화뿐만 아니라 탄소의 흡수 및 배출에 큰 영향을 미치며(Kang, 2013), 이는 도시개발에 따른 산림 정책에 큰 영향을 받는다. 즉, 산림 생태계에서 탄소 순환과 다양한 규모에서 토지이용, 기후 변화, 식생의 종류 등에 따라 매우 복잡하고 다양한 상호 작용을 한다(Yu et al.
	미래기후변화를 예측헸을때 수자원 분야는 어떤가?	대기 중 CO2 농도 변화에 따른 미래 기후 변화 불확실성은 증가하고 있으며, 기후 변화는 수자원, 생태계 분야를 포함한 인간의 삶 다양한 측면에 영향을 미친다. 특히, 수자원 분야에 있어 기후 변화는 온도와 강수 등의 변화로 증발산량 및 토양 수분의 증감을 일으켜 결과적으로 물순환 변화를 초래할 수 있다(Lee et al. 2012). 이뿐만 아니라 강수량의 증감, 집중호우의 증가 등 기상 패턴 변화의 핵심적인 원인이 되며, 심각한 가뭄과 홍수 등 자연재해를 유발하여 경제를 포함한 다양한 분야에서 큰 손실을 발생시킬 수 있다(Kwon et al. 2002).
	CO2 농도가 증가할 경우 예측되는 것은 무엇인가?	최근 관심이 집중되고 있는 미래기후변화 예측 모형은 기온과 강수 패턴 변화는 가속화되며, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 제5차 보고서에 따르면 대기 중 CO2 농도 증가로 인한 전 세계 평균 온도는 증가할 것으로 예측된다. 대기 중 CO2 농도 변화에 따른 미래 기후 변화 불확실성은 증가하고 있으며, 기후 변화는 수자원, 생태계 분야를 포함한 인간의 삶 다양한 측면에 영향을 미친다.

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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].

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