초록 ▼

연구의 목적 및 내용
해안공학분야의 경우 기후변화에 대한 연구가 다른 분야에 비해 매우 미비한 실정이며 연구의 대부분이 전 지구 기후모델(GCM; General Circulation Model)에 그 근간을 두고 있다. 현재까지 개발된 GCM의 경우 태풍 등과 같은 중요한 기상현상의 발생 빈도를 심각하게 저평가 하고 기후모델 결과 사이에 상당한 편차가 존재하고 있다. 따라서 본 연구에서는 미래 파랑기후를 예측하기 위해 현재 수준에서 아직은 부정확한 GCM을 사용하는 대신 CSEOF 분석이라는 통계 기법을 이용하여 기후변화에 따

연구의 목적 및 내용
해안공학분야의 경우 기후변화에 대한 연구가 다른 분야에 비해 매우 미비한 실정이며 연구의 대부분이 전 지구 기후모델(GCM; General Circulation Model)에 그 근간을 두고 있다. 현재까지 개발된 GCM의 경우 태풍 등과 같은 중요한 기상현상의 발생 빈도를 심각하게 저평가 하고 기후모델 결과 사이에 상당한 편차가 존재하고 있다. 따라서 본 연구에서는 미래 파랑기후를 예측하기 위해 현재 수준에서 아직은 부정확한 GCM을 사용하는 대신 CSEOF 분석이라는 통계 기법을 이용하여 기후변화에 따른 한반도 주변의 파랑기후(wave climate)의 통계적 특성 변화를 산정하고 이를 활용해 해안구조물에 보강 안을 제안하고자 한다. 제안된 보강 안을 바탕으로 적절한 대응 방안을 결정하기 위해 실물옵션(RO; Real Option)이라는 개념이 도입되며 이는 불확실성을 가치로 환산하여 손익을 분석한다는 점에서 깊은 불확실성(deep uncertainty)을 갖는 기후변화 관련 의사결정에 매우 유익하게 사용되어 진다. 한편, 지금까지 해안구조물의 신뢰성 설계에서는 파력 등 외력이 시간에 따라 변하지 않는다고 가정하고 구조물 수명이 끝나는 시점에서의 파괴확률을 계산함으로써 구조물 생애 동안의 파괴확률에 대해서는 고려하지 않았다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 파랑, 해수면 등 하중의 변화와 구조물의 노후화에 따른 저항의 변화를 고려하여 구조물 생애 동안에 하중이 저항을 초과하는 최초통과확률을 계산함으로써 보다 합리적인 구조물 유지, 보수 계획 수립을 가능하게 한다.

연구결과
본 연구는 첫째, 한반도 연안에서의 미래 파랑기후의 예측, 둘째, 기후변화를 고려한 구조물 신뢰성 설계 및 보강, 마지막으로 기후변화에 따른 대응방안의 결정, 이렇게 크게 세부분으로 나누어서 진행하였으며, 연구 결과에 대한 간단한 요약은 아래와 같다.

1. 미래 파랑기후를 예측
본 연구에서는 미래의 파랑기후를 예측하기 위해 아직은 부정확한 기후모델에 기반을 둔 역학적 접근방법을 대신해 CSEOF 분석이라고 하는 새로운 통계적 기법을 도입하고자 하였다. 분석 결과 한반도 주변 해역의 파랑 기후는 1년을 주기로 반복되는 특성을 나타내고 있어 CSEOF를 이용한 파랑 분석과 예측 기법의 유의미함을 확인할 수 있었다. 한편 기존의 파랑 수치 모델에서는 사전에 예측된 바람장을 파랑 수치 모델에 입력하여 파랑을 후측 생성하는 방식으로 모델링을 진행하게 되는데, 이는 시공간적으로 매우 조밀한 격자 구조가 필요하므로 수치 해석에 필요한 시간 및 컴퓨터 자원이 급증하는 한계점이 있다. 하지만 본 연구에서 적용한 파랑 예측 기법은 파랑 격자 간격 및 바람장의 격자 간격에 구애받지 않기 때문에 예측에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있어 제한된 시간 내에 좀 더 다양한 파랑 시나리오를 생성해낼 수 있다는 장점이 있어 파랑기후 예측에 대한 연구 측면에서는 의미 있는 성과를 거둔 것으로 판단된다.

2. 기후변화를 고려한 구조물 신뢰성 설계 및 보강
연구결과 계산된 미래 파랑기후 예측치를 이용하여 현재 설치된 구조물의 안정성을 평가하고 필요한 경우 보강방법을 제안하고자 하였다. 연구 결과 설계파고의 변화율과 실제 설계의 변화율이 일치하지 않는다는 사실을 확인할 수 있었으며, 해안구조물의 설계에 적용되는 여러 가지 설계 변수들이 설계파고와 실제 파고에 대하여 일치하지 않기 때문에 이를 고려하기 위한 신뢰성 설계 방법을 도입하고자 하였다. 하지만 외력에 대한 해안구조물의 저항에 대한 연구의 부족으로 현실적인 적용에는 한계가 있었다. 따라서, 본 연구에서는 앞서 제안한 미래 파랑기후 예측 방법을 이용하여 현재까지 널리 쓰이고 있는 결정론적 설계 방법을 이용한 해안구조물 설계 방법을 제안하였다. 본 제안 방법 이외에도 불확실성이 증가하고 있는 기후상황에 대비한 해안구조물 설계를 위해 한계점으로 지적했던 해안구조물의 외력에 대한 저항의 확률적 거동 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

3. 기후변화에 따른 대응방안의 결정
기후변화에 따른 구조물 설계 변수 혹은 보강 방법을 결정하기 위해 실물옵션(RO; Real Option)을 의사결정 과정에 도입하려 하였으나, 충분한 이론 고찰을 통해 해안공학에의 실물옵션 적용의 한계를 파악하였고, 실물옵션의 적용 이전에 선행되어야 할 해안구조물 관련 피해 사례와 같은 사전 시나리오 데이터가 마련되어 있지 않아 기후변화에 따른 해안구조물의 대안 방향에 대한 연구는 추후 충분한 사례로 이루어진 시나리오들을 확보하여 진행되어야 할 것으로 판단된다.

연구결과의 활용계획
(1) 기후변화 대응방안에 대한 의사결정 방법으로 활용
기후변화는 매우 깊은 불확실성을 내포하고 있음으로 미래의 기후변화에 대비한 정책에 관한 의사결정시 합리적인 의사결정을 하는데 많은 제약이 따른다. 그러나 불확실성을 가치로 환산하는 실물옵션을 활용할 경우 합리적인 가치판단이 가능하며 점차적인 보강 옵션을 도입할 경우 미래에 발생하게 될 위험과 고비용에 대한 부담에 대해 대처할 수 있게 되어 위험을 분산시키는 효과가 있으므로 잘못된 선택으로 인한 피해를 어느정도 완화할 수 있어 의사결정 주체의 부담을 덜어줄 수 있다.

(2) 해안구조물 설계와 보강에 활용
지금까지 전 지구 기후모델을 이용해 미래 파랑기후를 예측하는 연구들이 많이 발표되어져 왔으나 이를 실제 구조물 설계나 보강에 적용하는 사례는 거의 전무한 상황이다. 이는 전 지구 기후모델의 계산 결과의 정확성이 아직은 개선의 여지가 많다는 것을 의미한다. 그러나 통계적 방법을 이용하여 미래 파랑기후를 예측한 본 연구의 경우 역학적 접근 방법에 비해 상당한 수준의 정확성을 확보할 수 있을 것으로 기대되며 이는 실제적으로 구조물 설계와 보강에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

( 출처 : 한글요약문 5p )

Abstract ▼

Purpose&contents
In this study, we use the CSEOF method instead of the less accurate GCM’s to project future wave climate. The change of statistical characteristics of wave climate around the Korean Peninsula due to climate change is evaluated, which is then used to propose the maintenance plans

Purpose&contents
In this study, we use the CSEOF method instead of the less accurate GCM’s to project future wave climate. The change of statistical characteristics of wave climate around the Korean Peninsula due to climate change is evaluated, which is then used to propose the maintenance plans for coastal structures. The proposed maintenance plans are then used to determine an appropriate accommodation to climate change by introducing the concept of RO (Real Option), which is very useful in the decision making related to climate change with deep uncertainty because it analyzes the benefit and cost by converting the uncertainty to a value. On the other hand, the up-to-date reliability-based design method of coastal structures assumes that the load such as wave forces does not change with time and calculates the probability of failure at the end of the lifetime of the structure. Therefore, no consideration is given to the failure probability during the lifetime of the structure. In this study, we consider the change of loads such as wave and sea level due to climate change and the change of resistance due to structural deterioration to calculate the first passage probability, which is the probability that the load exceeds the structural resistance during the lifetime of the structure and which enables us to establish more reasonable maintenance plan for the structure.

Result
1. Prediction of future wave climate
In this study, we tried to introduce a new statistical technique called CSEOF analysis in place of the ephemeral approach based on an inaccurate climate model to predict future wave climates. As a result of the analysis, the wave climatic conditions in the waters around the Korean Peninsula also showed a repetition rate of one year. Therefore, we can confirm the significance of wave analysis and prediction method using CSEOF. Meanwhile, in the conventional wave numerical model, the predicted wind field is input to the wave numerical model and the wave is generated in the rear side. Since it requires a very dense lattice structure in time and space, there is a limit to the rapid increase of modeling time and computer resources. However, since the wave prediction method applied in this study is not affected by the lattice spacing of the wave field and the lattice spacing of the wind field, it is possible to reduce the time required for the prediction, and thus it is possible to generate a wider range of wave scenarios within a limited time. In terms of research on prediction, it seems to have achieved meaningful results.

2. Design and reinforcement of coastal structures considering climate change
Based on the results of the study, we evaluated the stability of the currently installed structures using the predicted future wave weather forecasts and suggested a reinforcement method if necessary. As a result of the study, it can be confirmed that the rate of change of the design wave height does not coincide with the rate of change of the actual design. Reliability design considering the various design variables applied to the coastal structure design is not consistent with the design wave height and actual wave height. However, due to the lack of research on the resistance of coastal structures to external forces, practical application have some limitation. Therefore, in this study, we proposed a coastal structure design method using the deterministic design method which is widely used until now applying the future wave weather prediction method proposed above. In addition to the proposed method, a probabilistic study of the resistance of coastal structures to external forces, which was pointed out as a limit for the design of coastal structures to cope with climate conditions where uncertainty is increasing, will be additionally needed.

3. Determination of adjustment for climate change
In order to determine the structural design variables or reinforcement method according to climate change, RO (Real Option) was tried to be introduced into the decision process. However, Since there is no prior scenario data such as damage cases related to coastal structures to be preceded by the application of the option, studies on alternatives of coastal structures due to climate change should be carried out with sufficient scenarios.

Expected Contribution
(1) Considering the impact of climate change through future wave climate prediction model
Since climate change has very deep uncertainties, it is expected that the future wave climate prediction model proposed in this study can be applied to the design of coastal structures for future climate change. We can propose various wave prediction scenarios in a short time compared with the existing numerical model, and it is thought that it is possible to make efficient design-related decision making. If we study on real options that can not be completed in this study, It is expected that the design criteria of flexible coastal structures can be provided.
(2) Design and reinforcement of deterministic coastal structures applying wave weather forecasting model
So far, many studies have been published to predict future wave climates using global climate models, but there have been few cases of applying them to actual structure design or reinforcement. However, it is expected that this study, which predicts the future wave climates using statistical methods, will be able to obtain a considerable level of accuracy compared to the ephemeral approach, and that this can be used for the design and reinforcement of structures in practice. After applying the CSEOF based future wave climate prediction model to deterministic design method, we proposed a coastal structure design formula considering climate change. It is expected that the deterministic design of coastal structures that can cope with climate change which contains uncertainty can be expected by applying the wave prediction model proposed in this study to the widely used deterministic design method

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 41
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 43
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 43
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 43
• 8. 참고문헌 ... 44
• 9. 연구성과 ... 45
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 47
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 47
• 12. 기타사항 ... 48
• 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 49
• 끝페이지 ... 60