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마코브 연쇄를 이용한 서울지점 일강우의 발생특성 변화 연구
A Study on The Change of Occurrence Characteristics of Daily Seoul Rainfall using Markov Chain 원문보기

한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집, 2009 May 21, 2009년, pp.1202 - 1206  

황석환 (한국건설기술연구원 수자원연구실) ,  김중훈 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학부) ,  유철상 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학부) ,  정성원 (한국건설기술연구원 수자원연구실) ,  주진걸 (고려대학교 공과대학 건축.사회환경공학부)

초록
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본 논문에서는 세계 최장의 기록을 보유하고 있는 서울지점의 강우량 자료를 이용하여 강우 발생특성의 장기 변동성을 분석하였다. 우선 마코브 연쇄에 근거한 전이확률 및 발생특성을 분석하여 측우기 자료의 정확성을 강우의 발생확률적 측면에서 평가하였다. 전이확률 및 발생특성 분석결과 원자료 계열의 CWK와 MRG는 발생특성이 다르게 나타났다. 강우사상의 특성은 과거에 비해 강우사상의 발생빈도가 높아지고 있으며 각 강우사상의 지속기간은 짧아지고 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 최근 강우량의 증가양상과 더불어 고려하면 강우사상의 빈도와 심도(강우강도)가 증가하는 추세라고 해석할 수 있다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 강우모형을 이용한 다양한 연구들은, 최종 활용목적은 다를지라도, 대부분이 모형이 입력 자료로서의 강우 관측 자료의 부족함을 보완하기 위해 강우 모의 방법에 대한 유도나 성능 검증에 국한되어 있었다. 그러나 본 논문의 목적은 이러한 강우 모형의 성능에 대한 평가나 모의된 강우자료의 정밀도를 평가하는 것이 아니다. 본 논문에서는 세계최장의 기록을 보유하고 있는 우리나라의 서울지점 일강우량 자료의 확률적인 전이 특성을 분석하여 측우기 자료의 정확성을 발생빈도적인 면에서 평가하고, 더 나아가 일강우의 장기적인 발생빈도적 변화특성을 가늠해보고자 한다.
  • 본 논문에서는 세계 최장의 기록을 보유하고 있는 서울지점 일강우량 자료의 확률적인 전이특성을 분석하여 측우기 자료의 정확성을 발생빈도적인 측면에서 평가하고, 일강우량의 장기 월간 발생빈도적 특성 변화를 분석해 보았다. 그 결과를 정리하면, 관측자료에 나타난 일강우의 월별 발생특성 분석결과, M00의 CWK와 MRG는 발생특성에 차이를 보였고.
  • 그러나 본 논문의 목적은 이러한 강우 모형의 성능에 대한 평가나 모의된 강우자료의 정밀도를 평가하는 것이 아니다. 본 논문에서는 세계최장의 기록을 보유하고 있는 우리나라의 서울지점 일강우량 자료의 확률적인 전이 특성을 분석하여 측우기 자료의 정확성을 발생빈도적인 면에서 평가하고, 더 나아가 일강우의 장기적인 발생빈도적 변화특성을 가늠해보고자 한다.
  • 4월에서 10월까지 분석하였으나, 본 논문은 여름철 강우특성에 초점을 두고 있으므로 주로 6월에서 9월 사이의 강우특성에 대해 중점을 두고 분석하였다. 본 분석의 목적은 우선 원자료계열(M00)에 대한 CWK와 MRG간의 발생특성에 따른 차이를 파악하고, 유사조건(M20)하에서 CWK와 MRG간의 발생특성을 분석하여 일강우의 월별 발생특성의 장기변동성을 파악하는데 있다. 여기서 유사조건이라 함은 측우기 최소관측단위가 약 2mm임을 고려하여 근대우량계 계열에서도 2mm 이하를 무강우로 간주한 경우이다.
  • 이를 통해 앞서 M00의 분석결과에서 나타난 "CWK의 경우 강우량이 상대적으로 적은 소규모 사상들은 기록에서 누락되었을 가능성"을 재확인해 보고자 하였다.

가설 설정

  • 이러한 추계학적 강우발생 모형으로 대표적인 것이 포아송 과정과 마코브 연쇄가 있다. 포아송 과정을 이용한 모형은 Rodriguez-Iturbe 등(1984; 1987, 1988)에 의해 연구되었고, 강우의 발생은 포아송 과정을 따르고 강우강도와 지속기간은 일반적으로 지수분포(혹은 감마분포)를 따른다고 가정한다. 이러한 지수 분포의 가정은 모형의 이론적 해석을 쉽게 한다는 장점 때문에 많이 채택되고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마코브 연쇄모형은 무엇에 근거하여 강우의 발생과정을 결정하는가? 마코브 연쇄를 이용한 모형은 Gabriel과 Neumann(1962)에 의해 처음으로 통계적으로 정형화되었고 이후 Katz(1977), Stern과 Coe(1984), Todorovic과 Woolhiser(1975)에 의해 연구되어 왔다. 마코브 연쇄모형은 강우와 무강우 사이의 전이확률에 근거하여 강우의 발생과정을 결정한다. 마코브 연쇄모형은 실제 과거자료의 전이확률을 사용하고 일단위와 같이 특정시간 단위의 모의가 가능하기 때문에 강우의 모의 발생이 포아송 과정을 이용하는 것에 비해 상대적으로 쉽고 간편하다.
마코브 연쇄모형에서의 강우의 모의 발생이 포아송 과정을 이용하는 것보다 상대적으로 쉽고 간편한 이유는 무엇인가? 마코브 연쇄모형은 강우와 무강우 사이의 전이확률에 근거하여 강우의 발생과정을 결정한다. 마코브 연쇄모형은 실제 과거자료의 전이확률을 사용하고 일단위와 같이 특정시간 단위의 모의가 가능하기 때문에 강우의 모의 발생이 포아송 과정을 이용하는 것에 비해 상대적으로 쉽고 간편하다. 이러한 강우모형을 이용한 다양한 연구들은, 최종 활용목적은 다를지라도, 대부분이 모형이 입력 자료로서의 강우 관측 자료의 부족함을 보완하기 위해 강우 모의 방법에 대한 유도나 성능 검증에 국한되어 있었다.
서울지점 일강우량 자료의 확률적인 전이특성을 분석하여 측우기 자료의 정확성을 발생빈도적인 측면에서 평가하고, 일강우량의 장기 월간 발생빈도적 특성 변화를 분석한 결과는 어떻게 되는가? 본 논문에서는 세계 최장의 기록을 보유하고 있는 서울지점 일강우량 자료의 확률적인 전이특성을 분석하여 측우기 자료의 정확성을 발생빈도적인 측면에서 평가하고, 일강우량의 장기 월간 발생빈도적 특성 변화를 분석해 보았다. 그 결과를 정리하면, 관측자료에 나타난 일강우의 월별 발생특성 분석결과, M00의 CWK와 MRG는 발생특성에 차이를 보였고. CWK의 경우 강우량이 상대적으로 적은 소규모 사상들은 기록에서 누락되었을 가능성이 매우 높음을 확인 할 수 있었다. M20을 기준으로 볼 때, 과거에서 현재로 오면서 강우지속기간의 수와 무강우지속기간의 수는 약간 증가하는 경향을 나타냈다. 강우지속기간과 무강우지속기간의 평균길이는 약간 짧아지는 경향을 나타내었고, 특히 무강우지속기간의 평균길이 감소폭이 매우 큰 것으로 나타났다. 결론적으로, 최근 강우사상의 특성은 과거에 비해 강우사상의 발생빈도가 높아지고 있으며 각 강우사상의 지속기간은 짧아지고 있다. 이를 최근 강우량의 증가양상과 더불어 고려하면 강우사상의 빈도와 심도(강우강도)가 증가하는 추세라는 의미로 해석할 수 있다.
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