본 연구에서는 다중 기후모델에 의한 미래 기후자료를 기반으로 SWAT-K 유역모형을 적용하여, 제주도 지역의 미래 기후변화에 따른 수자원 영향을 평가하였다. 기후모델에 따른 미래 전망자료의 불확실성을 고려하여 9개의 GCM 모델의 기후자료를 미래기간(2010~2099년)에 대한 SWAT-K 모형의 기상자료로 적용하였다. 과거(1992~2013년) 및 미래기간에 대한 연도별 수문변화를 분석한 결과 강수량, 유출량, 증발산량, 함양량 모두 증가하는 추세로 나타났다. 과거기간에 비해 유출량의 변화가 가장 크게 나타났으며(최대 50% 증가), 증발산량은 상대적으로 작게 나타났다(최대 11% 증가). 월별로는 8월과 9월의 강수량 증가에 따라 유출량과 함양량도 크게 증가하는 반면, 동일기간에 대한 증발산량은 감소하는 것으로 분석되었다. 1월과 12월은 반대의 경향이 나타났다. 미래의 물수지 변화를 분석한 결과 강수량 대비 유출량, 증발산량, 함양량의 비율은 변화가 크지 않으나, 과거와 비교했을 때 RCP 8.5 시나리오에서 유출량 비율은 최대 4.3% 증가하는 반면, 증발산량 비율은 최대 3.5% 감소하는 것으로 나타났다. 기존의 타 연구와 본 연구에서 도출한 결과를 종합해 볼 때, 현재 제시되고 있는 기후변화 시나리오 가정 하에서는 미래로 갈수록 점차 강수량과 유출량이 증가할 것이고 특히 여름철 강수량 및 유출량의 증가가 예상된다. 이로 인해 제주도 지역의 함양량도 함께 증가할 것으로 판단할 수 있다. 다만, 본 연구는 장기적인 측면에서 자연적인 기후변화로 인한 영향을 분석한 것이며, 추가적으로 단기적인 수재해 대응을 위한 홍수와 가뭄관리, 인위적인 용수수급 관리 등에 대한 종합적인 분석을 통해 제주도 수자원의 지속가능한 이용을 위한 대응방안이 필요하다고 판단된다.

The main objective of this study was to assess reference evapotranspiration based on multiple GCMs (General Circulation Models) and estimation methods. In this study, 10 GCMs based on the RCP (Representative Concentration Pathway) 4.5 scenario were used to estimate reference evapotranspiration. 54 ASOS (Automated Synoptic Observing System) data were constructed by statistical downscaling techniques. The meteorological variables of precipitation, maximum temperature and minimum temperature, relative humidity, wind speed, and solar radiation were produced using GCMs. For the past and future periods, we estimated reference evapotranspiration by GCMs and analyzed the statistical characteristics and analyzed its uncertainty. Five methods (BC: Blaney-Criddle, HS: Hargreaves-Samani, MK: Makkink, MS: Matt-Shuttleworth, and PM: Penman-Monteith) were selected to analyze the uncertainty by reference evapotranspiration estimation methods. We compared the uncertainty of reference evapotranspiration method by the variable expansion and analyzed which variables greatly influence reference evapotranspiration estimation. The posterior probabilities of five methods were estimated as BC: 0.1792, HS: 0.1775, MK: 0.2361, MS: 0.2054, and PM: 0.2018. The posterior probability indicated how well reference evapotranspiration estimated with 10 GCMs for five methods reflected the estimated reference evapotranspiration using the observed data. Through this study, we analyzed the overall characteristics of reference evapotranspiration according to GCMs and reference evapotranspiration estimation methods The results of this study might be used as a basic data for preparing the standard method of reference evapotranspiration to derive the water management method under climate change.

본 연구에서는 기후변화 시나리오의 미래 전망 불확실성 요소를 감안한 근 미래(2011∼2040년) 극치 강수전망과 빈도분 석을 CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) 9개 GCMs (General Circulation Models)를 사용하여 수행 하였다. 또한, 기후자료의 유역규모 비모수적 상세화 및 편이보정 기법을 적용하여, 다중 모델 앙상블(MME)을 통한 불확실성 분석을 수행하였다. 분석결과, RCP4.5와 RCP8.5 시나리오 모두 한반도 근 미래 극치 강수특성인자의 연간 변동성과 불확실성이 커지는 것으로 분석되었으며, 강우빈도해석 결과 2040년까지 50년과 100년 빈도 확률강수량이 최대 4.2∼10.9% 증가할 것으로 분석되었다. 본 연구 결과는 다중모델 앙상블 GCMs의 불확실성을 고려한 국가수자원 장기종합 개발계획과 기후변화 적응대책 마련 등 기후변화 방재관련 정책결정 및 의사결정 지원 자료로 활용이 가능할 것이다.

최근 기후변화 및 4대강 보에 의한 본류 구간에서의 조류 발생 우려로 인하여 지류로부터 유입되는 영양염류 물질 등 비점오염에 대한 관리의 필요성이 증대되고 있다. 이와 같이 영양염류의 다량 유입 등 원인제공에서 대 조류 발생과 같은 수질현상으로 발현되기까지 장기간이 소요되는 경우, 오염원의 입체적 관리 및 사전예방 대책 수립을 위한 장기 수질예보의 필요성이 높아지고 있다. 국내의 경우 「수질예보 및 대응조치에 관한 규정」에 따라 현재 국립환경과학원에서는 4대강 본류 중심의 7일 단위의 단기 수질예보를 수행하고 있으며, 해외의 경우에도 장기 수질예보의 사례를 찾아보기 힘들다. 본 연구에서는 3개월 선행예측기간(lead time)의 장기 수질예보를 위해서 통계적 접근 방법과 모델링 기반 접근 방법의 예측성을 비교하였다. 통계적 접근 방법의 경우 관측자료 기반 기후인자(Climate Index)와 중권역 규모 관측 수질 사이의 지체시간(lag time)을 갖는 원격상관(teleconnection)을 이용하여 모델링 과정 없이 수질을 예측하였다. 반면 모델링 기반 방법의 경우에는 장기 기후예측 정보를 유역규모 및 일 단위로 시·공간적 상세화(downscaling)를 거쳐 유역모형의 입력으로 사용하여 수질을 예측하였으며, 유역모형으로는 국내에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 Soil and Water Assessment Tool (SWAT) 및 Hydrological Simulation Program-Fortran (HSPF) 모형을 사용하였다. 낙동강의 위천 중권역을 대상으로 하여 총질소(TN) 및 총인(TP) 수질항목에 대한 예측성을 평가하였다. 통계적 방법의 경우 3개 관측지점에서 월별(12개월) 수질 장기 예측을 수행한 결과 유의수준 0.05에서 유의미한 상관계수(Temporal Correlation Coefficient) 이상의 값을 보인 경우는 TN, TP의 경우 각각 83%, 89%로서 적절한 예측성을 보였다. 반면 모델링 방법의 경우에는 수질의 절댓값(농도) 비교를 통한 예측성 평가에는 어려움이 있는 것으로 나타났으며, 향후 추가적인 예측성 평가 기법의 개발이 필요할 것으로 사료된다.

강수의 강도와 빈도의 변화는 물관련 자연재난과 밀접하게 연관되어 있다. 기후변화와 기후변동의 영향으로 국내 호우의 발생빈도와 강도가 증가세에 있으며, 이로 인한 사회경제적 손실은 국가경제에 악영향으로 작용하고 있다. 최근 배포된 IPCC 5차보고서에서도 호우의 빈도와 강도가 중위도와 적도지역에서 증가될 가능성이 매우 크다(very likely)고 전망하였다. 따라서 본 연구에서는 이러한 미래 강수의 변화가 국내 물관련 재난에 미칠 수 있는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 IPCC 5차보고서 작성에 이용된 20개 CMIP5 기후모델 결과를 이용하여 자연재난 발생과 관련된 강수지표의 변화를 분석하였다. 강수와 관련된 주요 지표로는 유럽의 STARDEX(STAtistical and Regional dynamical Downscaling of EXtremes for European regions)에서 제시한 6개 지표를 이용하였다. 6개 지표는 90분위에 해당하는 강수량(pd90), 5일 최대강수량(px5d), 평균강수강도(pint), 90분위 강수량을 초과하는 강수량의 비율(pfl90), 90분위 강수량을 초과하는 강수일수(pnl90), 최대 연속 무강수일수(pxcdd)이다. 분석기간은 과거 1976~2005년, 미래 2011~2040년으로 설정하였으며, 두 분석기간에서의 지표값을 비교함으로써 변동 가능성을 전망하였다. 분석결과 pd90, px5d, pfl90, pnl90 지표가 증가될 것으로 나타나 호우의 빈도와 강도가 기후변화로 인해 강화될 가능성이 큰 것으로 전망되었다. 이에 비해 pxcdd는 변화는 기후모델간 전망에서도 불확실성이 큰 것으로 나타났다. 본 연구는 기후변화가 국내 호우발생에 영향을 미칠 수 있으며, 이로 인한 피해도 증가될 수 있음을 시사하였다. 따라서 비록 기후변화 전망이 여전히 상당한 불확실성을 포함하고 있지만, 불확실성 범위 내에서 현재 방재시스템의 취약성과 적응능력을 평가하고 취약한 정도와 시급성을 고려하여 기후변화에 적응해 나가는 방재전략이 필요할 것으로 사료된다.