본 연구에서는 RCP2.6과 RCP6.0 시나리오에 근거한 HadGEM2-AO 자료를 RegCM4의 경계자료로 처방하여 남한을 중심으로 한 동북아시아지역에서의 미래 32년(2019-2050)간의 상세 기후변화정보를 생산하였다. RegCM4에 처방된 모의영역, 수평해상도(12.5km), 적운모수화방안 등의 모의환경은 미래 기후변화 전망 자료 산출환경의 일관성을 위해 RCP4.5와 8.5 시나리오에 대해 분석한 홍송이 외(2013)과 동일하게 하였다. 또한 홍송이 외(2013)에서 생산된 현재 및 미래(RCP4.5, RCP8.5) 기후정보를 함께 이용하여 현재 30년(1981-2010) 대비 미래 30년(2021-2050)간의 기온/강수 변화를 4개의 RCP 시나리오(2.6, 4.5, 6.0, 8.5) 별로 분석하였다. 본 연구에서는 모의결과의 검증자료로 CRU-TS 3.21 기온/강수 자료와 기상청 소속 59개 관측지점의 강수자료를 이용하였다. 전반적으로 RegCM4는 CRU 자료와 비교하여 지형 및 지리적 위치에 따른 기온, 강수의 공간분포를 잘 모의하였다. 그러나 상대적으로 기온을 낮게, 강수를 과소하게 모의하는 특성을 보였으며, 특히, 남한의 경우 RegCM4는 기온을 약 0.5∼2℃ 정도 낮게, 여름철 강수를 약 -3mm/day 정도 과소하게 모의하는 특성을 보였다. 남한의 여름철 강수의 계절내 변동 모의에서 RegCM4는 남한 전체가 본격적인 장마의 영향을 받기 전인 7월 초-중순까지는 관측과 유사한 강수량(bias: -1.09mm/day)과 계절내 변동(Corr.: 0.84)을 보였으나, 장마가 최대로 활성화 되는 7월 중순, 그리고 중규모 대류계와 태풍 등의 영향으로 국지성 집중호우가 주로 발생되는 8월 말까지 모의수준이 현저히 낮아졌다(bias: -4.02mm/day, Corr.: 0.41). 한편 7월 중순 이후 모의강수 중 대류성 강수 비율을 크게 모의하고 있어 RegCM4가 7월 중순이후 강수의 발생과정 변화는 남한의 강수특성을 어느 정도 모의하고 있는 것으로 판단된다. 또한, RegCM4는 50mm/day 이상의 강한 강수 모의에서 HadGEM2-AO 보다 더 나은 모의성능을 보였다. 현재(1981-2010) 대비 21세기 중반(2021-2050) 남한의 연평균 기온은 대부분 시나리오에서 현재보다 약 +0.97∼+1.50℃ 상승될 것으로 전망되었으며, 기온이 가장 크게 상승되는 계절은 RCP 시나리오에 따라 서로 상이하게 나타났다(봄: RCP2.6, 6.0, 여름: RCP8.5, 겨울: RCP4.5). 그러나 각 시나리오 별 계절 평균 기온변화 차이가 약 0.5℃ 이내로 작게 나타나고 있어 21세기 중반까지는 시나리오 별 남한의 기온 상승변화 차이가 뚜렷하지 않을 것으로 전망되었다. 남한에서의 강수는 대부분의 계절에서 증가 또는 감소가 뚜렷이 나타나지 않았다. 그러나 봄 강수의 경우 RCP4.5와 6.0 시나리오에서 증가가 전망되었고 이는 유의수준 5% 또는 10%에서 유의하게 나타났다. 여름강수의 경우 RCP 시나리오에 관계없이 남부지역에서는 약 +0.2∼+0.8mm/day 정도 증가되는 반면 중부지역은 약 -0.2∼-1.0mm/day 정도 감소될 것으로 전망되어 공간적으로 서로 다른 변화가 나타날 것으로 전망되었다. 21세기 중반 남한의 여름철 강수의 계절내 변동은 RCP 시나리오에 관계없이 현재와 유사할 것으로 전망되며, 상대적으로 7월 중순 이후 대류성 강수의 비율이 현재 보다 더 증가될 것으로 전망되었다(RCP2.6: +9.54%, RCP4.5: +3.85%, RCP6.0: +11.62%, RCP8.5: +4.89%). RCP 시나리오 별 남한에서의 강수강도 별 강수빈도 현재와 유사할 것으로 전망되며, 강수량에서는 RCP 시나리오에 따라 상이하게 나타났다. 즉, RCP6.0에서는 약한 강수는 증가되나 강한 강수는 감소가 전망되며, RCP4.5와 RCP8.5에서는 강한 강수에서 강수량이 상대적으로 크게 증가될 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 향후 수문과 농업, 방재 등과 같이 남한에서의 상세 미래 기후변화 정보를 필요로 하는 응용 연구 분야에서 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 그러나 강수에 대한 낮은 모의성능과 경계자료(예: HadGEM2-AO)에 따라 지역기후모델의 모의성능이 상이하게 나타날 수 있다는 점을 고려했을 때 본 연구결과만을 이용하기 보다는 다른 경계자료를 처방한 다양한 지역기후모델들의 모의결과를 함께 이용할 필요가 있다. 그리고 향후 다양한 통계적 기법(편의보정, 결정론적/확률론적 앙상블)들을 결합하여 모의결과의 예측수준을 향상시키는 연구를 수행한다면 평균 기후뿐만 아니라 집중호우, 가뭄 등과 같은 극한기후들에 대한 신뢰성 있는 정보도 함께 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 수자원 상황을 평가하기 위해 기존에 개발된 물 빈곤지수에 지역적 기상 변동 및 홍수피해를 평가할 수 있는 세부지표를 추가하여 홍승진 등(2011)에 의해 개발된 기후 변동성지수(Climate Variability Index, CVI)를 국내에 적용하였다. 물이용 평가에 초점이 맞추어진 물 빈곤지수 세부지표를 선정하고 지역적 특성에 따른 치수 및 기후변동성 내용이 추가된 지역별 특성인자를 선정하여 1998년부터 2020년까지 물 빈곤지수와 기후 변동성지수에 대한 분석을 실시하여 지역별 변동성을 평가하고 물 부문 정책, 투자 및 적용에 대한 우선순위를 결정하는데 도움을 줄 수 있는 정보를 제공하고자 하였다. 근 미래의 자료는 수자원 장기종합계획에서 제시하는 미래 수요자료를 이용하였으며, 기상 관련 자료는 기상청에서 제시하고 있는 RCP 8.5 시나리오를 이용하여 미래 기후변동성을 평가하였다. 이렇게 기후변화가 추가된 내용을 기후변화 변동성지수(Climate Change Variability Index, CCVI)로 명명하여 제시하였다. 기후변화 변동성지수는 치수와 기후변동성을 함께 고려하여 지역별 특성인자를 추가하여 고려하였으며, 물이용에 영향을 미치는 인자와 치수 및 기후변화를 함께 고려할 수 있으므로, 지역별로 기후변화에 대응하는 물이용뿐만 아니라 홍수관리에도 사용할 수 있을 것이다.

IPCC 4차보고서(2007)에 따르면 기후변화로 인해 북위 70도 이상과 극지방에는 강수량이 증가하는 반면에, 적도에서 북위/남위 30도까지의 아열대 지역이 확대되어 강수량이 더욱 줄어들며 2020년대(지구평균기온은 1℃상승)에는 전 세계적으로 최대 17억 명 가량이 물 부족으로 고통 받을 것으로 전망되고 있다. 우리나라도 1990년대 이후 겨울에서 봄철로 이어지는 시기에 지역적으로 만성적인 가뭄이 계속되고 있고, 특히 2001년에는 기상관측 이래 때 이른 무더위와 극심한 가뭄으로 전국적으로 피해를 입었다. 가뭄에 대한 경제적인 손실은 홍수에 비해서 2～3배정도 달하고 있으며 미국 국립가뭄경감센터(NDMC)에서 발표한 통계에 따르면 재해유형별 연평균피해액 중 가뭄피해가 가장 큰 것으로 분석되었다. 현재 기후변화와 관련하여 가뭄분석에 널리 쓰이고 있는 방법인 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)는 기온과 관련된 변수를 고려하지 않기 때문에 기후변화로 인한 강수, 증발산 등의 물수지 변화를 고려할 수 없다는 한계점이 있다. 기후변화로 인한 미래 강수량의 증가만을 생각하면 가뭄이 감소할 수 있으나, 증발산량의 증가로 인해 사용 가능한 물의 양이 줄어들 수 있으므로 기후변화의 영향을 고려하여 잠재적 가뭄상태를 평가하고 예측하려면 증발산량을 고려한 가뭄 전망 연구가 반드시 필요하다. 이에 본 연구에서는 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)와 유사하지만 기온의 변동성이 포함된 새로운 개념의 가뭄지수인 표준강수-증발산량지수(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)를 이용하여 가뭄발생을 평가하였다. 먼저 본 연구에서는 미래의 기후변화가 한반도의 가뭄발생에 미치는 영향을 평가하기 위해 IPCC AR5의 RCP기후변화시나리오로 부터 모의된 미래강수 및 기온자료(2011년-2099년)를 추출하였으며 전국 기상관측소의 강수 대비 증발산의 비율을 분석하였다. 또한, 이를 통해 SPEI 산정하여 한반도의 미래 가뭄발생의 변화를 평가하였다. 그 결과 미래로 갈수록 강수량이 증가하고는 있으나 건조지속간의 증가 및 기온 상승으로 인한 증발산의 증가로 인해 가뭄의 심도가 증가될 수 있음을 확인할 수 있었다.

최근 지구온난화로 인하여 지난 100년(1906~2005년) 동안 지구의 평균기온은 약 0.7℃ 상승하였으며, 이러한 추세는 1990년 이후 더욱 급격히 변하고 있다. 이러한 기후변화는 수문 현상에 많은 영향을 미쳐 물 순환 과정의 정확한 파악을 더욱 어렵게 하고 있으며 안정적인 물 공급을 위한 수자원 계획 수립에 불확실성을 증대 시키고 홍수나 가뭄 등과 같은 극심한 자연재해의 대비책 마련에 어려움을 가중시키고 있다. 이는 기후변화의 영향이 국가 수자원계획을 비롯한 수자원 관리 실무에 적극 반영되어야 함으로 대변 할 수 있다(국토해양부, 2009). 본 연구에서는 기후변화에 따른 수자원 영향평가를 위해 준 분포형 강우-유출모형인 SLURP 모형을 선택하고 새로운 온실가스 배출시나리오인 RCP 시나리오를 이용하여 생성한 모의기상자료를 활용하여 유출량을 산정한 후 기후변화가 수자원에 미치는 영향을 분석하였다.

최근 기후변화에 따른 이상기상현상으로 세계 곳곳에서 예측할 수 없는 극한기후가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 전 지구적인 기후변화는 지역적인 강수의 편차를 크게 증가시키고 있다. 기후변화는 평균적인 측면에서 온도 및 강수량의 증가로 이해할 수 있겠지만, 수자원에 있어서는 평균값보다 홍수와 가뭄과 직접적으로 연결되는 극치값이 더욱 중요하다고 할 수 있다. 이와 같은 기상 현상은 이전에는 나타나지 않은 비정상적인 기후 즉, 극치 사상으로 분류할 수 있다. 그리고 실제로 기후변화가 전 세계적으로 많은 지역에 극치 홍수 및 극치 가뭄과 같은 피해를 유발하고 있는 실정이다. 이를 위해서 우선적으로 기후변화 연구 방법 중의 하나인 연 자료 및 연평균 자료 이용 및 분석 연구를 바탕으로 하여 극한 사상의 발생빈도와 경향성과 같은 특성을 분석할 수 있는 연구가 동반되어야 한다. 이와 동시에 기후변화 양상이 수자원에 미치는 영향을 분석하기 위해서는 연평균, 월평균과 같은 평균 개념의 값 이외에도, 일 단위의 자료를 사용하여 짧은 시간에 발생할 수 있는 극한 사상을 분석하는 것도 중요한 일이다. 이와 함께 본 연구에서는 강우에 관련하여 객관성과 일관성을 유지할 수 있는 ETCCDI(Expert Team on Climate Change Detension and Indices)극한지수를 설정하고, 이에 근거하여 수도권 지역에 위치한 서울 및 경기도 지역에 위치한 기상청 산한 서울, 인천, 수원, 강화, 양평, 이천 등 6개 관측소와 전국 주요 지점인 광주, 대구, 대전, 부산, 제주, 울릉도 등을 포함한 총 12개의 과거자료를 분석하고 RCP8.5 시나리오 자료를 이용하여 기후변화에 따른 극한 사상의 경향성을 분석하였다.

전 세계적으로 기후변화와 변동으로 인해 기온, 강수 등의 수문수환 요소들이 과거와는 다르게 빠른 속도로 변하고 있다. 이에 따라 기후변화가 수문학적 극한사상에 미치는 잠재적 영향은 지난 수십 년간 수자원 공학 관련 분야에 많은 관심을 이끌어 왔으며 많은 선행 연구들은 극한 수문사상의 규모 및 빈도가 증가한다는 결과를 보여주었다. 또한 최근 들어서 설계규모를 넘어서는 극한강우사상의 발생은 다양한 수공구조물 들과 수자원 관련 방재체계를 파괴하는 원인이 되고 있다. 또한 최근 들어 이들의 출현빈도는 점차 증가하고 있으나 규칙적인 패턴이나 일정한 주기에 따라 발생하지 않는 것이 큰 특징이라 할 수 있다. 본 논문에서는 2008년 김 병식 등(2008)이 제시한 강우와 온도에 관한 극한지수 총 10개 항목을 우리나라 전역에 적용하였다. 이 논문에서 제시한 일 강우와 기온의 극한지수 산정방법을 근거하여 우리나라 전역에 위치한 기상청 산하 총 59개 관측소의 과거자료(1980년~2005년)를 분석하고, 새로운 기후시나리오를 근거하여 3개의 기간(Period1：2011년~2040년, Period2 2041년~2070년, Period3：2071년~2099년)으로 구분하여 미래극한지수 변화를 전망하였고 각 기간별 연별, 월별 극한지수를 평균하여 각 기간을 비교분석 하였다. 미래로 갈수록 강수, 기온과 증발산이 증가하고 있었으며 특히, 21세기 말에는 2월과 12월의 평균기온이 영상으로 2월과 12월에도 증발산량의 증가를 확인할 수 있었다. 증발산량에 대한 강수량의 비율 또한 전반적으로 미래로 갈수록 증가하고 있어서 미래 기후에서 가뭄 위험도가 증가하리라 전망되었다. 이를 확인하기 위하여 가뭄지수를 이용한 분석에서도 미래로 갈수록 전반적으로 발생 빈도수가 증가되고 있음을 확인하였다. 대부분의 선행연구에서는 미래로 갈수록 극한강수의 비정상성이 증가되리라 전망하고 있다.

지구온난화에 따른 기후변화로 인한 자연재해의 발생 빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 피해규모 또한 점점 커지고 있다. 이로 인하여, 최근 빈발하는 집중호우에 의한 자연재해는 생명과 재산에 직접적인 피해를 입히게 된다. 경제발전과 인구증가에 따른 도시지역의 침수는 심각한 인명 및 재산 피해를 야기하게 되었다. 특히 서울 지역을 비롯한 경기도 지역은 지역개발에 따른 도시의 특성상 침수로 인한 피해가 발생할 경우 사회기반시설에 큰 문제점을 야기하며, 기존 시설물 및 재산 피해 뿐 아니라 장래 생산성에 있어서도 막대한 경제적 손실을 일으킨다. 급속한 도시화로 인해 유역 내 불 투수 지역의 면적이 증가하고 있는데, 이는 자연유역에 비해 짧은 도달시간으로 인해 높은 첨두 홍수량을 유발하여 도시홍수 피해의 주된 원인이 되고 있다. 따라서 이러한 피해를 줄이고자 구조물적 또는 비구조물적 홍수방지 대책들을 마련하여 시행하고 있다. 본 연구에서는 기후변화 시나리오 및 기후모형들을 검토하여 적정 기후시나리오와 기후모형을 선정하고, 수집한 강우자료를 시간단위로 축소한 뒤 미래 기후변화의 영향으로 인해 발생할 수 있는 확률강우량을 구하였다. 기왕최대강우량 및 RCP 8.5 시나리오를 이용한 확률강우량을 XP-SWMM 모형에 적용해 도시배수시스템의 홍수유출량을 산정하였다. 대상지역에 월류가 발생할 것으로 예상되었으며, 따라서 이에 대한 적절한 대책 마련이 필요할 것으로 보여진다.