동아시아 지역에 위치한 백두산과 아소산은 과거에 VEI 7에 해당하는 강력한 분화가 기록된 바 있으며, 최근의 활동을 포함 하여 활화산으로 인정되고 있어 분화하는 경우 한반도를 포함한 광범위한 영역에 큰 피해를 유발할 가능성이 있다. 이에 본 연구에서 는 9년 동안의 실제 기상장을 수치 모사하고 가상의 분화에 따른 화산재의 농도와 퇴적량에 대한 지역별 확률 모형과 농업, 기반 시설 등 주요 분야에 대한 취약성을 이용하여 확률론적 화산재 위험성 평가 기법을 개발하고 이를 이용하여 남한 전역의 시군구별 위험성 을 평가하였다. 결과로서 아소산이 VEI 7으로 분화하는 시나리오에 의한 피해율이 높을 것으로 예상되며, 주요 분야별로는 시나리오 에 관계없이 농업 분야, 하수도시설 및 항공 운항 분야의 피해율이 가장 높을 것으로 예상되었다.

국내 여름철 고온 재난은 증가 추세이며, 폭염은 도시열섬(UHI)과 상호작용해 도심 열환경을 악화시킨다. 그러나 기존 복합 지수 연구는 강도(Intensity)와 빈도·발생가능성을 명확히 구분하지 않아 도시 간 비교와 취약지역 설정에 한계가 있다. 본 연구는 도시 열섬의 강도를 표준화하여 비교 가능한 지표를 제시하였다. 전국 178개 ASOS·AWS의 2020–2023년 7–8월 관측자료를 활용해 도시열 섬 강도지수(UHI Stress Index, USI)를 산정하고, 관측쌍 부재를 고려해 시가화(불투수)·수역·산림 비율, 위도, 해발고도를 구조 변수로 구축하여 다중회귀로 검증하였다. USI는 시가화(+)·수역·산림(–)과 유의하게 연관되었고, 고도를 공변량으로 포함한 분석에서 R²≈0.56(R≈0.75)로 나타나 구조 변수만으로도 상대적 강도 비교가 가능함을 보였다. 본 연구의 USI는 도시별 열환경을 정량 비교할 수 있는 지표로서, 열축적에 따른 대기불안정과 연계하여 뇌우·다운버스트 등 국지적 돌풍 특성 분석에 활용될 수 있다.

강풍에 대한 피해가 증가하면서 시설물의 취약도를 예측하여 대응하는 것이 필요하다. 이때, 풍속의 변동성을 고려하여 확률 론적 예측이 필요하여 물리 기반 인공신경망(PINN) 기반의 기초적인 확률론적 예측 모델을 개발하였다. 입력변수를 마르코프체인 몬 테카를로 시뮬레이션을 통해 랜덤 샘플링하여 이를 PINN 모델로 입력하고, 물리식 기반의 손실함수를 통해 신호등을 대상으로 취약 도를 예측하였다. 모델을 통해 예측한 결과 신호등에서 파손이 발생할 수 있는 신호 접합부와 지면 접합부에 대해 확률적으로 취약도 를 산출할 수 있었고, 이를 기반으로 신호 접합부가 더 취약함을 확인할 수 있었다. 기초 모델로 물리식 만을 기반으로 예측하여 얻은 결과로 추후 실측 데이터를 통해 학습과 검증을 거쳐야하나 충분히 강풍에 의한 시설물 취약도를 예측할 수 있으며 이러한 예측에 확 률론적 모델이 유용함을 확인하었다.

대기 경계층은 특히 마찰로 인한 난류 운동 에너지 소산이 점성 하위층(VS)을 지배하는 표면 근처에서 대기의 자유 전단과 표면 마찰 사이의 복잡한 상호 작용에 의해 결정된다. 또한 로그 프로파일이 공존하며 마찰에 의해 난류가 재생되기도 한다. 현재 일 반적으로 공학적 목적으로 대기 경계층 내의 평균 풍속 프로파일은 표면 근처의 일정한 풍속을 가정하여 지수 법칙 또는 로그 법칙을 사용하여 모델링되는 경우가 많다. 그러나 증발, 복사 등의 열역학적 과정 외에 지표 부근 대기의 움직임에 의해 크게 영향을 받는 현 상을 분석하기 위해서는 지표 부근 풍속 프로파일에 대한 정의가 요구된다. 이에 본 연구에서는 난류 경계층에 대한 이전 연구의 이론 및 실험 결과를 활용하여 표면 거칠기를 고려한 VS 및 완충층 내의 풍속 프로파일을 제안하였다.

최근 전 세계적으로 주목받는 자연 재난 중 하나는 폭염이다. 지구온난화로 세계의 기온이 상승함에 따라 피해도 꾸준히 발 생하고 있으며, 우리나라 역시 2011년 443명이던 온열질환자가 2018년 4,526명으로 10배가 넘게 증가하였다. 그로 인해 대한민국 정 부는 지속적인 기온상승과 폭염 피해 증가로 2018년 9월에「재난 및 안전관리 기본법」을 개정하여 기존 자연재난 분류에 포함되어 있지 않던 폭염을 추가함으로써 폭염으로 발생한 피해에 대한 지원, 보상을 위한 법적 근거를 마련하고 이전보다 폭염에 대해 주의 깊 은 관심과 저감 대책을 마련하기 위해 노력하고 있다. 높아진 관심처럼 폭염에 관한 연구는 2018년 이후 꾸준히 증가하였지만, 대부분 의 선행연구는 폭염 당일의 기온과 온열질환자에 대해 분석하였고, 폭염의 지속성이나 풍속이 온열질환자 발생에 미치는 영향에 대한 선행연구는 매우 미비한 형편이다. 따라서 본 연구에서는 폭염의 지속성의 영향을 평가하기 위하여 온열질환자 발생 당일을 기준으로 3일~7일 이전 기간을 포함한 기간의 기상 데이터, 즉 일 최고기도, 일 최저기온, 일 최고 체감기온, 일 평균 풍속의 이동 평균을 고려하 여 온열질환자 발생 이전의 기온과 발생 당일의 기온이 온열질환자에게 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다. 연구 결과 최고기온, 최 저기온의 이동 평균 기간별로 온열질환자 발생에 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 일 평균 풍속이 2 m/s 이상일 경우 온열질환자 발 생률이 감소하는 것을 확인하였다. 하지만 기상데이터를 지자체별로 수집할 수 없어 인접 데이터를 사용한 한계와 온열질환 발생 이 전의 기상 환경 분석을 단순 산술평균을 이용하였다는 한계를 지니고 있다.

한반도를 포함하는 동아시아 지역에 영향을 미치거나 피해를 발생시킬 수 있는 화산으로는 일본 화산과 백두산을 포함하여 중국의 동부지역에 위치한 수 개의 활화산은 물론 거리는 3,000km 정도 떨어져 있으나 한반도 주변의 항공 운항에 결정적인 영향을 미칠 수 있는 활화산이 러시아의 캄차카반도에도 다수 분포되어 있다. 이에 본 연구에서는 2005년~2013년 기간의 기상 자료를 기반으 로 주요 화산의 가상 분화 시나리오에 의해 수행된 화산재 확산 해석 결과를 이용하여 화산재의 한반도 영향 가능성을 확률적으로 분 석하였다. 그 결과 백두산과 아소산의 경우 화산폭발지수 7로 분화하는 경우, 7월에서 9월에 분화하는 경우 한반도 전역에 영향을 미 칠 가능성이 가장 클 것으로 분석되었으며, 울릉도도 유사한 기간에 분화하는 경우 영향의 가능성이 상대적으로 높을 것으로 분석되 었다, 이는 여름철에 나타나는 동아시아 지역 주변의 압력 배치 때문으로 파악되었다.

최근 발생되는 재난의 추이를 살펴보면 기후변화에 따른 자연재해 발생빈도가 증가하고 있으며, 이에 따른 피해 규모 추세가 대형화로 변화되고 있다. 대규모로 진행되고 있는 도시화와 고도의 산업화로 인해 도시개발 지역의 확대와 중첩 영향으로 대형 자연 재난이 발생하여 도시시설물에 직접적인 손실이 발생하고 있다. 옥외광고물의 무분별한 설치로 도시의 미관훼손은 몰론 강풍으로 인 한 파손 및 추락 등의 사고가 빈번히 발생하는 실정이다. 이러한 피해는 강풍에 취약한 옥외광고물의 내풍설계 기준의 미비가 가장 큰 요인으로 인식되는데 풍하중 반영한 옥외광고물 설치는 전문지식이 필요한 분야로 중소규모의 옥외광고사업자가 대부분인 국내 현실 과는 괴리가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 전국에서 이용할 수 있는 풍하중을 안전성 관점에서 산정하였고, 이를 바탕으로 옥 외광고물 설치 고정자재 수 등을 산정할 수 있는 내풍표준 가이드라인을 제시하였다.

본 연구에서는 델파이 조사를 통한 초고층건물 빌딩풍 관련 법·제도의 개선방안을 제시하였다. 법·제도의 개선방안을 제시하 기 위하여 언론보도 및 소셜 미디어(social media) 등을 기초로 초고층건물 빌딩풍 관련 사회적 이슈를 조사하여 초고층건물 빌딩풍 관 련 법·제도 정책제안을 도출하였다. 도출된 정책제안은 관련 법·제도의 현황 및 문제점을 분석하여 이를 개선할 수 있는 정책을 제언 하였으며, 해당 정책제언의 적합성을 평가하기 위하여 10인의 초고층건물 빌딩풍 관련 재난 전문가를 대상으로 델파이 조사를 실시하 였다. 전체 중 70% 이상이 해당 정책제안이 적합하다고 평가되었으며, 추가적으로 각각의 정책제안에 대한 중요도를 평가하였다. 본 연구에서 분석한 초고층건물 빌딩풍 관련 법·제도 개선방안은 향후 발생할 수 있는 초고층건물 빌딩풍 재난에 대한 피해 예방을 위하 여 활용될 수 있다.

빌딩풍에 의한 시설물 및 인명 피해에 대한 우려가 커짐과 같이 건물 주위의 풍속 가속화로 인한 보행자 안정성 확보에 대한 우려도 커지고 있다. 풍환경은 도시의 과밀화와 건축물의 고층화를 통해서도 변화하지만, 기존의 노후화된 건축물의 재건축으로 인해 서도 변화한다. 풍환경의 변화로 인한 피해를 줄이기 위해서는 건물 설계 단계부터 풍환경 평가가 되어야 하며, 풍환경 평가 방법에는 풍동실험과 CFD를 이용할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 저층 주거단지가 중고층 아파트단지로 재건축됨에 따라 발생할 수 있는 주 변 지역의 보행자 풍환경 변화를 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 대상 지역의 풍속 및 풍향 특성을 분석하고, 전산유체역 학 해석기법을 이용하여 기존 단지와 재건축 단지로 발생하는 보행자 풍환경을 해석하고 비교 분석하였다. 결과를 이용하여 임계 보 행자 풍속을 초과하는 영역에 대한 공간 분포를 비교함으로써 재건축이 보행자 풍환경에 미치는 영향을 규명하였다.

최근 도시 과밀화와 건축물 고층화로 인해 빌딩풍에 의한 시설 피해는 물론 보행자의 안전을 위협하는 풍환경에 대한 우려 가 커지고 있다. 빌딩풍 피해 저감을 위한 방안으로 건축물 주변 풍환경 평가를 통해 도시의 풍환경을 개선하는 것이 중요하다. 이를 위해 풍동실험을 대체하거나 보완하는 수단으로 최근 전산 유체역학 기법 (CFD)의 적용이 받아들여지고 있으며, 국토교통부가 보행 자 풍환경 평가를 위한 CFD 활용 가이드라인을 제시한 바 있다. 본 논문에서는 이 가이드라인의 적정성을 평가하기 위한 전산해석을 수행하였다. CFD 결과의 검증을 위해 일본 건축학회가 제시한 모형과 풍동실험 결과를 사용하였다. 평가결과 일부 위치에서 풍동 실 험값과 CFD 결과의 풍속 차이는 있으나 격자의 상세도가 정확도에 미치는 영향과 CFD를 이용한 보행자 풍환경 평가 가능성을 확인 하였다. 또한, 건물 주위의 상승풍, 하강풍 및 와류 등으로 인한 돌풍이 잘 모사되고 있음을 확인하였다.

본 논문에서는 국내 최초로 건축구조기준(KBC 2016)에 기반하여 확률적 영역에서 초과손상확률 형태와 평균손상확률 형태 의 강풍 취약도 평가 방법론을 개발하였다. 본 연구에서는 풍하중에 대한 3초 순간풍속의 영향을 고려할 수 있는 풍하중 산정식을 건 축구조기준을 기초로 유도하였다. 또한 풍하중과 관련된 문헌을 기초로 유도된 3초 순간풍속 기반의 풍하중 산정식에 적용할 수 있는 풍하중 산정계수의 통계치를 제시하였다. 본 연구에서는 초과손상확률 형태와 평균손상확률 형태의 강풍 취약도를 평가하기 위하여 몬테카를로 모사(Monte Carlo Simulation) 기법을 이용하여 해석적 확률 모델을 개발하였다. 제안한 강풍 취약도 평가 방법론의 신뢰 성은 저층 건축물 모형의 지붕 쉬딩 패널 시스템(roof sheathing panel system)을 대상으로 ASCE(American Society of Civil Engineers) 풍하중 기준을 적용한 취약도 평가 방법론의 결과와 비교·검증되었다. 본 연구는 국내 건축구조기준의 풍하중 산정식을 이용하여 강 풍 취약도의 평가 방법론을 보이며, 제안된 방법론에 의한 강풍 취약도는 기존 ASCE 기반 방법론의 결과와 비교하여 작은 오차 범위 내에서 잘 일치함이 확인되었다. 본 연구에서 제시한 강풍 취약도 평가 방법론은 자연재해저감계획 등에 따른 강풍 피해 예측 시 취약 도 구축 방법으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.