본 연구에서는 GCOM-W1 위성에 탑재된 Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2) 센서의 토양수분 자료를 Land Parameter Retrieval Model (LPRM) 알고리즘을 통해 전처리하여 2014년도 한반도 지점관측 자료와의 비교 분석을 수행, 위성 토양수분 자료 의 적합성을 평가하였다. 통계 분석 결과 AMSR2 X-band의 토양수분 자료는 38개의 지점관측 자료와 비교해 0.03의 평균 bias, 0.16의 평균 RMSE의 낮은 오차 수준을 보였으며, 최대상관계수는 0.67로 나타났다. 또한 AMSR2 센서의 ascending, descending 시간대별 위성 토양수분 자료 분석과 X, C1, C2-band의 주파수 영역별 위성 토양수분 자료 분석 결과, ascending overpass time 시간대와, X-band 주파수의 토양수분 자료가 지점 관측 자료와 더 좋은 상관관계를 보였다. 본 연구의 분석 결과는 한반도에서 최근 문제가 되고 있는 가뭄을 비롯한 각종 재해 분석 시 토양수분의 공간적 분포를 연구하는데 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

This study investigated the future change in surface wind over the Korean Peninsula using a high-resolution climate change scenario projected by a regional climate model (RCM). In the evaluation of historical runs (1981-2010), the RCM reasonably reproduced a 30-year annual mean surface wind and it also represented climatological seasonal wind pattern properly. To examine the future change in surface wind, the results from RCP8.5 run for 30 years (2071-2100) were compared with those from historical run. Despite of slight differences among seasons, southerly differences were overall dominant. This indicated that southerly prevailing wind for summer was intensified in the future climate, while northerly prevailing wind for other seasons was reduced. The changes in the seasonal mean surface wind were significantly associated with those in the surface pressure distribution surrounding the Korean Peninsula. In the future climate, the monthly mean wind speed was reduced compared in the present climate. However, the magnitude and annual variability of the annual maximum wind speed tended to increase in the future climate.

In this study, we estimated the topside scale height of plasma density (Hm) using the Swarm constellation and ionosondes in Korea. The Hm above Korean Peninsula is generally around 50 km. Statistical distributions of the topside scale height exhibited a complex dependence upon local time and season. The results were in general agreement with those of Tulasi Ram et al. (2009), who used the same method to calculate the topside scale height in a mid-latitude region. On the contrary, our results did not fully coincide with those obtained by Liu et al. (2007), who used electron density profiles from Arecibo Incoherent Scatter Radar (ISR) between 1966 and 2002. The disagreement may result from the limitations in our approximation method and data coverage used for estimations, as well as the inherent dependence of Hm on Geographic LONgitude (GLON).

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.

The seasonal variations of sea surface winds and significant wave heights were investigated using the data observed from the marine meteorological buoys (nine stations) and Automatic Weather Stations (AWSs) in lighthouse (nine stations) around the Korean Peninsula during 2010~2012. In summer, the prevailing sea surface winds over the East/West Sea and the South Sea were northerly/southerly and easterly/westerly winds due to both of southeast monsoon and the shape of Korean Peninsula. On the other hand, the strong northerly winds has been observed at most stations near Korean marginal seas under northwest monsoon in winter. However, the sea surface winds at some stations (e.g. Galmaeyeo, Haesuseo in the West Sea) have different characteristics due to topographic effects such as island or coastal line. The significant wave heights are the highest in winter and the lowest in summer at most stations. In case of some lighthouse AWSs surrounded by islands (e.g. Haesuseo, Seosudo) or close to coast (e.g. Gangan, Jigwido), very low significant wave heights (below 0.5 m) with low correlations between sea surface wind speeds and significant wave heights were observed.

태풍사상은 극심한 홍수 및 바람재해를 유발하는 기상현상으로 가장 강력하고 파괴적이며 호우, 돌풍 및 해일 등의 2차 피해를 발생시키는 위험기상이다. 이러한 점에서 본 연구에서는 일본 기상청(JMA) 산하의 지역특별기상센터(Regional Specialized Meteorological Center Tokyo Typhoon Center)에서 제공하는 6시간 간격 최적경로(best track) 자료를 사용하여 태풍발생위치(Typhoon Genesis, TG) 및 궤적을 정량적으로 해석이 가능한 확률론적 태풍경로 범주화 기법을 도입하여 한반도 영향태풍을 범주화 하였다. 모의실험을 통하여 범주화 기법의 적합성 여부를 확인한 결과 태풍 경로에 적용이 가능한 방안으로 평가되었다. 확률론적 범주화 기법을 한반도 영향 태풍사상에 적용한 결과 한반도를 내습한 태풍사상은 총 7개의 범주로 분류되었다. 추가적으로 태풍사상에 의한 강우특성 및 종관기후학적 분석을 면밀히 진행하고자 한반도에 상륙한 태풍사상만을 대상으로 태풍의 상륙 지속시간(내습시간)을 총 4개의 시간구간으로 구분하여 각 내습유형에 따른 시간 강우자료를 구축하였다. 각 내습유형별로 구축된 시간강우량의 기초 통계분석을 수행하여 극치강우빈도해석에 널리 사용되는 Gumbel 분포형을 활용하여 내습유형에 따른 빈도별 확률강우량 산정하였다. 마지막으로 NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)에서 제공하는 재해석자료(reanalysis)를 활용하여 한반도 태풍 내습시 북서태평양 및 동아시아 지역의 종관기후 분석을 수행하였다. 본 연구를 통한 결과는 태풍의 진로 및 이동속도를 예측 가능한 현 시점에서 한반도 내습지속시간에 따른 홍수방어 및 사전대피와 같은 재해관리 측면에서 매우 유용한 정보를 제공할 것으로 사료된다.

서북태평양에서 발생하는 태풍은 돌풍 및 강우를 동반하여 한반도뿐만 아니라 동아시아에 상당한 인적 및 물질피해를 야기함에 따라 이에 대한 수방대책 및 치수정책 수립이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 태풍의 경로 및 규모를 고려한 태풍강우량 추출기법을 제안하고 과거 태풍 감시구역을 이용한 태풍강우 추출기법과 비교하여 적용성을 검토하였다. 태풍규모를 결정하기 위해 본 연구에서는 평균 태풍강우량을 산정하였으며, 산정결과 태풍 규모가 반경 700 km일때 평균 태풍강우량이 최대로 나타났다. 또한, 본 연구에서 제안하는 태풍의 경로 및 규모를 이용한 태풍강우량 추출기법은 과거 태풍 감시구역을 이용한 강우량 추출기법의 한계를 보완할 수 있을 것으로 판단되며, 유역별, 행정구역별로 태풍이 야기한 직접적인 강우를 추출할 수 있으며 주관적인 판단에 의해 발생할 수 있는 태풍강우의 과대 및 과소평가의 위험성을 최소화 할 수 있다. 본 연구의 결과는 향후 태풍과 집중호우의 특성분석과 기상인자를 활용한 강우예측, 수공구조물 설계, 산사태, 토석류에 대한 사전 대비책 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Although most natural disaster related studies conducted in Korea recently have been related to typhoons or severe rainstorms, the occurrence frequency of disasters due to windstorms or rainstorms is also high. To reduce the strong wind damage caused by strong windstorms due to climate change, basic studies of strong winds are necessary. Therefore, in this study, the types and representative cases of windstorms that were observed to have been higher than 14 m/s, which is the criterion for strong-wind warnings from the Korea Meteorological Administration, were selected from among those windstorm cases that occurred on the Korean Peninsula for 10 years to conduct a statistical analysis of them and determine their synoptic meteorological characteristics. The cases of windstorms occurring on the Korean Peninsula were divided into six weather patterns according to the locations of the anticyclones/cyclones. Among these types, the SH type, which occurs when Siberian Highs expand into the Korean Peninsula, showed the highest occurrence frequency, accounting for at least the majority of the entire occurrence frequency of windstorms together with that of the EC type, which occurs when cyclones develop on the East Sea, and there was no clear yearly trend of the occurrence frequencies of windstorms. The monthly occurrence frequencies of windstorms were formed mainly by typhoons in the summer and the Siberian Highs in the winter, and the months with the highest windstorm occurrence frequencies were December and January, in which mainly the SH and EC type windstorms occurred. March showed the next highest occurrence frequency with10 times, and SH windstorms occurred the most frequently in March, followed by the CC, SC, and EC types of windstorms, in order of precedence. Therefore, attention to these types of windstorms is required. Countermeasures against storm and flood damage in Korea targeting the summer should be re-reviewed together with pre-disaster prevention plans, because cases of storm and flood damage due to windstorms occur more frequently than those due to typhoons, and they occur throughout the year.

본 논문에서는 기후변화로 인한 한반도 주요 권역에서의 미래 평균해수면 상승을 장기 조위자료를 사용하여 통계적으로 추정하는 연구를 수행하였다. 먼저 5개 조위 관측소로부터 얻어진 장기 조위자료에 대한 비모수적 경향성 검정인 Mann-Kendall 검정을 통해 관측된 자료의 경향성을 검정하였으며, 이를 보다 정량적으로 분석하기 위하여 Bayesian 변동점 분석 기법을 적용하였다. 특히 이 연구에서는 4개의 미래 평균해수면 상승 시나리오와 5개 관측소의 지역별 평균해수면 상승 자료를 결합시키기 위하여 변동점 분석결과를 활용하였다. 제안된 절차는 미래 평균해수면 상승 시나리오의 시작년도를 결정함에 있어 18.6년의 주기를 사용하지 않고 변동점 분석결과를 사용함으로써, 지역적 특성을 효과적으로 반영할 수 있도록 개선되었다. 변동점 분석결과를 사용하여 한반도의 권역별 미래 해수면상승을 분석한 결과, 제주 권역(제주 조위관측소)이 가장 뚜렷한 해수면 상승을 나타냈다. 서해안 권역(보령 조위관측소)과 남해안 권역(부산 조위관측소)에서는 두 번째로 높은 해수면 상승의 증가가 추정되었으며, 마지막으로 남해안 권역(여수 조위관측소)와 동해안 권역(속초 조위관측소)에서 가장 낮은 해수면 상승의 증가가 추정되었다.

최근 빈번하게 발생하는 태풍사상은 극심한 홍수 및 바람 재해를 유발 시키고 있다. 이러한 점에서 본 연구에서는 1951년부터 2012년까지 한반도에 내습한 총 197개의 태풍사상을 대상으로 태풍의 발생위치 및 태풍의 궤적을 기준으로 태풍을 범주화 할 수 있는 확률론적 클러스터링 기법을 개발하였다. 모의실험을 통하여 개발된 모형의 적합성을 확인할 수 있었으며, 태풍 경로에 적용이 가능한 방안으로 평가되었다. 1951년부터 2012년까지 한반도 내습한 197개의 태풍사상을 대상으로 확률론적 클러스터링 기법을 적용한 결과 한반도를 내습한 태풍사상은 총 7개의 클러스터로 분류되었으며, 대부분 위도 10°∼20°N, 경도 120°∼150°E 해수면에서 발생하여 한반도를 향하여 진행하는 것으로 나타났다. 클러스터 B의 경우 약 25.4%의 발생빈도를 가지며, 전선의 방향도 한반도를 직접 향하고 있어 상대적으로 한반도에 영향이 가장 큰 클러스터로 분석되었으며 한반도 전체에 걸쳐서 강한 양(positive)의 강우량 Anomaly를 갖는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구는 기상청에서 개발한 초단기 강수예측시스템인 KLAPS(Korea Local Analysis and Prediction System)와 KLAPS를 기반으로 생산된 한반도강수합성장(composite precipitation on Korean peninsula)을 비교·분석하여 산사태 위험도 평가를 위한 데이터 활용성과 효과성을 검토하고자 한다. 그리고 GIS기법 및 산사태발생예측식을 이용하여 기상관측자료, KLAPS, 한반도강수합성장의 실제 산사태발생 모의정도를 파악하고자 한다. 이를 통해 KLAPS와 한반도강수합성장이 산사태 예측 및 특성분석을 위한 자료로써 사용될 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

본 연구에서는 고위도 및 아열대 지역의 남북간 기온 차이에 따른 동아시아 지역에서의 대기순환 패턴의 변화와 그와 관련된 대기수분이송에 대한 분석을 실시하였다. 여름철 동아시아의 수문기상은 식수, 관개용수, 수력발전 및 수산산업과 연관성이 매우 크며, 인간과 자연변화는 상호관계를 통한 지속가능한 수자원의 공급에 대한 주요 결정요소이다. 따라서 본 연구에서는 한반도 유역을 중심으로 남북간 기온변화에 따른 여름철 강우의 지역적 특성을 분석하였다. 한반도 몬순강우와의 통계적 상관성 분석을 실시한 결과, 남북간 기온의 변화가 여름철 한반도 몬순강우와 강우 발생일수의 변화에 민감하게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 한반도 유역과 같이 계절적 수문변화가 큰 유역에 대하여 극치사상에 대한 영향분석 및 가용 수자원의 계절적 변화특성에 대한 기후시스템의 잠재적 영향을 파악하는데 유용하게 적용될 것으로 기대된다.

강우는수문순환에서중요한요소중에하나로시·공간적변동성이크므로정확한공간강우장의파악이요구된다. 열대강우 관측 위성(Tropical Rainfall Monitoring Mission, TRMM)에서 제공하는 3B43 월 누적 강우량 자료는 25 km의 공간해상도를 갖고 있어 공간 강우장의 정확성을 높이기 위해 상세화 기법을 적용하여 1km의 공간 해상도로 생성하였다.Terra 위성에 탑재된 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers) 센서가 제공하는 정규식생지수(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) (공간해상도1km)와강우자료의관계성을회귀식으로나타냈고상세화기법에 적용하였다. 이에 따른 결과를 지점과 위성 강우 자료와의 차이를 통해 보정하는 방법인 GDA (Geographical Difference Analysis)와 지점과 위성 강우 자료와의 비율로 편차를 보정하는 GRA (Geographical Ratio Analysis) 상세화기법을사용하여공간강우장을나타내었다. 우리나라의공간강우장결과를지점자료를기준으로비교검증을실시하였다.그결과GDA 상세화기법의경우가2009년(Bias=4.26mm, RMSE=172.16 mm, MAE=141.95 mm, IOA=0.64), 2011년(Bias=17.21 mm, RMSE=253.43 mm, MAE=310.56 mm, IOA=0.62)으로가장잘맞는것으로나타났다. 이를바탕으로우리나라의공간 강우장을 1 km의 공간 해상도로 파악할 수 있었으며, 더 나아가 지점의 수를 늘려 보정을 정밀하게 하거나, 강우레이더 자료를 가지고 상세화 기법을 적용한다면 더욱 정확한 공간 강우장을 파악할 수 있을 것이다.

본 연구에서는 기존의 기후변화를 고려한 물수급 분석 방법론의 문제점을 개선하기 위해 GCM 미래 유량 시나리오를 물수급 모형에 직접 입력하는 대신 과거 유량 시나리오의 가중값(재현확률)을 부여하는 새로운 물수급 전망기법을 제안하고자 한다. GCM 미래 기후자료를 TANK 모형에 입력하여 중권역별 미래 유량을 모의하였으며 모의결과에 대한 편이보정을 위해 Quantile Mapping 기법을 적용하였다. 이러한 미래 유량 전망결과를 반영하여 각각의 입력자료에 대한 가중값(재현확률)을 새롭게 산정함으로써 미래 목표 전망구간에 대한 물부족량을 산정하였다. 물수급 모형의 입력자료에 대한 가중값산정을 위해 K-nn 알고리즘을 적용하였으며 비홍수기(10∼6월) 유량을 가중값 산정을 위한 기준유량으로 결정하였다. 기후변화의 불확실성을 고려하고자 4개의 GCM과 3개의 AR4 SRES 온실가스 배출 시나리오를 앙상블 조합하여 생성한 기후변화 시나리오를 활용하였다. 본 연구에서 제시한 방법론을 한반도 4대강 유역에 적용한 결과, 기후변화를 고려한 한반도 미래 평균 물부족량은 2020s(2010∼2039년)에는 과거에 비해 10∼32% 정도 증가할 것으로 전망되었다. 또한, 한반도 4대강 유역의 경우 먼 미래로 갈수록 비홍수기 유량이 점차 감소할 것으로 전망됨에 따라 2080s(2070∼2099년)에는 과거 대비 평균 물부족량이 최대 97%(약 516.5백만 m3/년) 증가할 것으로 전망되었다. 기존의 기후변화 연구 방법론의 전망결과를 비교분석한 결과, 기존 방법론은 매우 극적인 물부족량 증가를 전망하고 있는 반면 본 연구에서 제안한 기법은 상대적으로 보수적인 변화를 전망하였다. 본 연구는 물수급 분석시 기후변화를 고려하되 기존 국가계획 방법론의 틀을 최대한 유지하고 있다는 점에서 국가수자원계획 수립에 있어 정책결정권자들의 혼돈을 줄여줄 수 있는 방법론이 될 수 있다고 판단된다.

대부분의 수문자료는 지상관측을 통해 얻어진다. 그러나 어떤 지역은 접근이 어렵거나 장기적인 관측에 어려움이 있기 때문에 지상관측을 대체하거나 보완할 새로운 방법이 요구된다. 시‧공간적 한계를 극복할 수 있는 대안으로 미항공우주국 NASA에서 2002년 지구 중력장을 측정하는 GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) 인공위성 자료가 존재한다. 본 연구에서는 GRACE Level-2 중력자료를 이용하여 공간평활화 반경별(0 km, 300 km, 500 km)로 한반도의 수자원변화량(GRACE-based TWSC)을 산정하였다. 산정된 결과의 타당성을 검증하기 위해, 지상 수문 관측자료를 이용한 수자원 변화량(land-based TWSC)과의 비교를 시도하였다. Land-based TWSC는 WAMIS의 강우량, 증발산량 및 GLDAS의 유출량 자료를 이용해 계산하였다. GRACE-based TWSC와 land-based TWSC의 RMSE 검정 결과, 공간평활화 반경 500 km의 위성자료가 한반도에 가장 적합한 것으로 나타났다. 한반도의 월별 평균 TWSC는 0.986 cm/month로 나타났고, 이러한 큰 변화폭 때문에 안정적 수자원 확보를 위한 대처 방안의 마련이 필요한 것으로 평가된다.

Air pollution inventories are aggregated around south-eastern part of the Korean Peninsular including Busan, Ulsan, and Changwon cities. Because densely populated cities are concentrated in this region, air pollutants emitted from one of these cities tend to be impacted on the air quality of other cities. In order to clarify the seasonal movement pattern of emitted particles, several numerical simulations using WRF/FLEXPART were carried out. Four cases were selected for each season. The Weather Research and Forecasting model (WRF) reproduced atmospheric flow fields with nested grids. The seasonal pattern of air mass of study area was determined by backward and forward trajectories. As a result, the air parcel moves from northwest to southeast due to northwesterly winds in spring and winter. Also air parcel transports from south to north in summer, and moves from west to east. Because the air mass moves differently in each season, these characteristics should be considered when performing air quality analysis.

Power spectral analysis for PM10 observed at 10 cities in the Korean Peninsula from 2004 to 2010 was carried out to examine the spatial and temporal features of PM10 evolution cycle. The power spectrum analysis proposed 9 typical cycles (0.5 day, 1day, 5.4day, 8~10day, 19~21day, 26day, 56day, 180day and 365day) for PM10 evolution and the cycles are strongly associated with dilution and transportation due to the meterological influence. The spectrum intensity of 5.4day and 26day PM10 evolution cycles mainly depend on the advection cycles of synoptic pressures system and long-term variation of climatological forcing, respectively. The intensity of PM10 evolution with longer temporal cycles than one day tends to be stronger in La niña period in comparison with that in El niño period. Mean of typical intensity of PM10 evolution in La niña period estimated to be 30% larger than El niño period. Thus the global scale meteorological phenomena such as El niño and La niña also can influence the variation of wind system in the Korean Peninsula and PM10 evolution. but global scale forcing tends to influence different manner for PM10 evolution in accordance with its temporal cycles.

In case of Typhoon Dianmu, the temperature, wind speed, wind direction and the rainfall per hour changed dramatically when the center of the typhoon passed through Gimhae. Such a change was commonly found in the regions where the center of the typhoon passed through but almost not in the regions far away from it. For example, in the case of Typhoon Malou where the center of the typhoon was far away from the observation site, such a phenomenon was not observed. The analysis of the vertical observation data showed that there was a little change in the wind speed and wind direction in the vertical direction in the case of Typhoon Dianmu of which center passed through Gimhae. There was a great change in the wind speed according to the height in the lower atmosphere just before the center of the typhoon approached the region. When the center of the typhoon was passing through the region, the vertical wind speed was decreased. However, the wind speed was rapidly increased again after the center of the typhoon had passed through the region. Unlike the Dianmu, the difference in the wind speed and wind direction between the upper layer and lower layer of the atmosphere was relatively great in the case of Malou.

In order to clarify the impact of regional warming on the ozone concentration according to the differences in meteorological contribution in each city over the South-Eastern part of the Korean Peninsula, several numerical experiments were carried out. WRF - CMAQ model was used to access the ozone differences in each case, during the episode day. Meteorological contributions estimated by WRF command a reasonable feature on the dispersion of ozone concentrations in each city according to regional warming. This causes a difference in estimated ozone concentration. A higher ozone concentration difference tend to be forecasted in coastal cities than in upcountry city. Therefore, the emission reduction policy according to the regional warming should consider the characteristics of meteorological contribution of each city.

In order to clarify the impact of regional warming on the meteorological field and air quality over southeastern part of Korean Peninsula, several numerical experiment were carried out. Numerical models used in this study are WRF for the estimate the meteorological elements and CMAQ for assessment of ozone concentration. According to the global warming impact, initial air temperature were changed and its warming rate reach at 2 degree which was based on the global warming scenarios provided by IPCC. The experiments considering the global warming at initial stage were presented as case T_UP. Air temperature over inland area during night time for case T_UP is higher than that for Base case. During time since the higher temperature over inland area is maintained during daytime more intensified sea breeze should be induced and also decrease the air temperature in vicinity of coast area. In case of T_UP, high level concentrations ozone distribution area was narrowed and their disappearance were faster after 1800LST. As a results, wind and temperature fields due to the global warming at initial stage mainly results in the pattern of ozone concentration and its temporal variation at South-Eastern Part of the Korean Peninsula.