지금까지 많은 연구를 통하여 제안된 다양한 가뭄지수들은 사전에 정의된 등급을 통하여 가뭄을 평가하기 때문에 가뭄현상에 내재된 불확실성을 고려하지 못하고 있다. 본 연구에서는 월 유출량 자료에 내재되어 있는 불확실성을 고려하기 위해 은닉 마코프 모형(HMM) 기반의 가뭄지수(HMDI)를 제안하고, 이를 이용하여 수문학적 가뭄에 대한 확률론적 평가를 수행하였다. WAMIS에서 제공하는 한강유역의 평창강과 남한강상류의 월평균 유출량 자료(1966∼2009)를 이용하여 3, 6, 12개월씩 누적시킨 후, HMM에 적용하여 은닉상태의 사후확률을 계산하였다. 연구방법의 검증을 위해 HMM을 이용하여 추정된 각 은닉상태 별 사후확률(HMDI)과 기준값에 의해 가뭄을 평가하는 방법 중 하나인 표준유출지수(SSI)와 비교를 하였다. 분석결과, 기존 가뭄지수(SSI)를 사용하였을 때는 하나의 지수로 특정 시점에서의 가뭄 상태를 판단하였지만, HMDI는 자료에 내재된 불확실성을 이용하여 가뭄의 상태를 분류하였고, 이는 특정 시점에서 가뭄 상태들이 나타날 확률로 표현되었다. 또한, 실제 가뭄사례와의 비교를 통해서 HMDI가 SSI에 비하여 가뭄에 대한 재현능력이 우수한 것으로 나타났다.

Spatial and temporal patterns of precipitation and temperature occur with regard to aspect and elevation of Mt. Halla in Jeju Island. Therefore, there is a need to predict regional drought associate with them to mitigate of impacts of drought. In this study, regional drought is predicted based on Palmer drought severity index (PDSI) and standardized precipitation index (SPI) using future (2015~2044) climate change scenario RCP (representative concentration pathways) 4.5 classified as 24 regions according to aspect and elevation. The results show that number and duration of drought will be decrease in Jeju Island. However, severity of severe drought will be increase in western and northern aspect with under 200 meters above mean sea level. These findings provide primary information for developing the proactive strategies to mitigate impacts of drought by future climate change in Jeju Island.

Quantitative assessment of groundwater level change under extreme event is important since groundwater system is directly affected by drought. Substantially, groundwater level fluctuation reveals to be delayed from several hours to few months after raining according to the aquifer characteristics. Groundwater system in Jeju Island would be also affected by drought and almost all regions were suffered from a severe drought during summer season (July to September) in 2013. To estimate the effect of precipitation to groundwater system, monthly mean groundwater levels in 2013 compared to those in the past from 48 monitoring wells belong to be largely affected by rainfall(Dr) over Jeju Island were analyzed. Mean groundwater levels during summer season recorded 100 mm lowered of precipitation compared to the past 30 years became decreased to range from 2.63 m to 5.42 m in southern region compared to the past and continued to December. These decreasing trends are also found in western(from –1.21 m to –4.06 m), eastern(-0.91 m to –3.24 m), and northern region(from 0.58 m to –4.02 m), respectively. Moreover, the response of groundwater level from drought turned out to be –3.80 m in August after delaying about one month. Therefore, severe drought in 2013 played an important role on groundwater system in Jeju Island and the effect of drought for groundwater level fluctuation was higher in southern region than other ones according to the regional difference of precipitation decrease.

물 자원이 제한되거나 관수 설비가 갖추어지지 않은 곳에서 찰옥수수의 한발 피해를 줄이고자, 종실용 옥수수에 대한 수분 스트레스 경감 효과가 보고되어진 살리실산과 앱시식산의 처리 효과를 살펴보았다. 출웅기 9일 전부터 출웅 후 14일까지 관수를 중단하였으며, 생장조절제는 출웅기에 1회 처리하였다. 살리실산과 앱시식산의 처리 농도는 각각 0.5 mM과 0.1 mM이었다. 한발 처리에 의해 ASI가 3.0~3.3일 늘어났으며, 간장은 47~51 cm, 이삭장은 4.6~5.0 cm, 이삭경은 4.4~5.3 mm, 열수는 1.5~2.0개, 수량은 2.4~2.5 Mg/ha 줄었다. 살리실산과 앱시식산의 처리에 의한 한발 피해의 경감 효과는 뚜렷하지 않았다. 찰옥수수에 대한 살리실산과 앱시식산의 한해 경감 효과를 위해서는 수분 부족 스트레스를 받기 이전에 처리하거나, 저농도로 몇차례에 나누어 처리하는 것이 필요한 지에 대한 추후 검토가 필요하다.

가뭄은 인위적인 용수공급 시스템이 잘 갖추어진 도시지역보다는 아직까지 인위적인 용수공급시스템이 갖추어지지 않은 비도시지역에서 더 빈번하게 느껴지며, 또한 가뭄은 인위적인 용수공급시스템이 갖추어지지 않은 지역에서 가장 먼저 발생된다. 본 연구에서는 인위적인 용수공급시스템이 갖추어지지 않은 지역을 대상으로 일 단위로 실제 가뭄상황을 판단하는데 적용할 수 있는 실시간가뭄지수를 이용하였다. 실시간가뭄지수는 표준강수지수, 용수공급량 및 수요량의 실시간 자료를 활용하여 시/군/구 단위로 산정된다. 1980년부터 2012년까지 전국 164개 시/군을 대상으로 실시간가뭄지수를 산정한 결과, 과거 주요 가뭄사상을 비교적 잘 재현하고 있음에 따라 본 연구에서 인위적인 용수공급시스템이 갖추어지지 않은 지역을 대상으로 실제 가뭄상황을 판단하는데 실시간가뭄지수를 이용하는 것이 효과적이라는 것을 알 수 있다.

하천수 가뭄을 평가하기 위하여 임계수준 방법을 이용한 하천수 가뭄지수 (streamflow drought index)를 소개하고 섬진강댐의 유입량을 대상으로 적용하였다. 사용한 임계수준은 고정, 월별 및 일별로써 연도별 가뭄의 1순 ~3순위 분석결과, 1984년, 1988년과 1995년이 수문학적 가뭄의 크기도 컸고 오랫동안 지속되었다. 총 물 부족량과 지속기간의 극한값을 연도별로 비교해 본 바, 1984년, 1988년, 1995년과 2001년에 발생하였던 사상이 심각한 수준이었다. 연구결과, 고정 임계수준은 계절 변동성을 반영하지 못하는 단점이 있어서 최소한 계절 이하의 임계수준 사용이 요구되었지만 월별과 일별로 정해진 임계수준은 적정하였다. 본 연구에서 제안한 방법론은 갈수예보 및 저수지 용량결정에 활용될 수 있겠다.

최근 인터넷, 스마트기기의 발달과 소셜 미디어의 등장으로 데이터가 기하급수적으로 증가하는 빅데이터 시대가 도래하였다. 빅데이터는 IT 기기 및 사회발전과도 상호 연관적이다. 기존에 예측, 분석이 불가능하였던 데이터들을 여러 분석방법을 통하여 의미있는 데이터를 획득하기 위하여 여러 분야에서 연구되어지고 있다. 가뭄의 경우 발생범위와 심도를 예측하기 힘든 자연재해 중 하나이다. 본 연구에서는 가뭄심도를 파악하기 위하여 빅데이터 분석기법 중 데이터 마이닝(Data Mining)과 구글 트랜드(Google Trend)를 적용하였다. 이때, 구글 트랜드는 가뭄과 관련된 키워드(가뭄, Drought)를 분석하였고, 데이터 마이닝은 국내 3개 언론매체(경향신문, 매일신문, 연합뉴스)의 자료를 토대로 하였다. 빅데이터를 이용한 가뭄해석의 적정성을 평가하기 위하여 전국 6개 광역시, 2개 특별자치지구의 최근 4년간의 강수량을 바탕으로 표준강수지수(SPI)를 산정하고 구글 트랜드 결과와 비교분석 하였다. 본 연구를 통해 향후 가뭄에서의 빅데이터 활용 가능성을 확인하였고 관련 연구 및 방재정책수립의 기초자료로서 사용되길 기대한다.

본 연구에서는 한반도 봄철 가뭄에 대한 발생 원인과 예측 가능성을 진단하기 위하여 전 지구적 대기순환 패턴과의 상관분석을 실시하였으며, 지연 및 원격상관 패턴에 의한 한반도 가뭄의 시공간적 변화특성을 분석하였다. GPCP(Global Precipitation Climatology Project) 월별강우와 북반구 대표 대기순환 패턴인 WP (Western Pacific) Teleconnection과의 상관분석 결과, 중국 난징과 상하이를 포함한 양쯔강 유역에서부터 한국의 남해안 일대 그리고 일본 후쿠오카와 히로시마 등에 걸쳐 강한 양의 상관성을 보였으며, 대만부터 필리핀해를 걸쳐 뚜렷한 음의 상관을 보였다. 한반도 5대강 유역의 109개 중권역에 대한 SPI(3) 가뭄지수를 적용한 결과, 낙동강 일부 지역을 제외한 한반도 전역에서 봄철 가뭄이 심화되었으며, 봄철 SPI(3)지수와 WP패턴과는 강한 양의 상관이 나타났다. 특히 남해안과 서해안 일부 지역에서는 통계적으로 유의한 양의 상관관계를 나타나는 것으로 분석되었다. 그러나 지연상관에 대한 분석결과는 통계적으로 유의한 변화가 나타나지 않았다. 본 연구는 한반도를 포함한 동아시아의 가뭄특성을 진단하고 가뭄예측기법의 개발을 통해서 봄철 가뭄의 현실적인 적응전략 구축에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

현재 국내·외에서 다양한 방법을 통해 가뭄을 평가하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 방법들은 가뭄지수를 이용하여 가뭄을 정량적으로 표현하고 있다. 다양한 관점에서 다양한 가뭄지수가 제안되고 있지만, 대부분의 가뭄지수는 가뭄을 사전에 정의된 등급을 통해 가뭄을 평가하기 때문에 수문자료에 내재된 불확실성을 고려하지 못하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 은닉 마코프 모형(Hidden Markov Model, HMM)을 이용하여 월 유출량 자료에 내재되어 있는 수문학적 가뭄상태를 확률론적으로 평가하는 방법을 제안하였다. 한강유역의 최상류 유역에 해당하는 평창강 유역과 남한강상류 유역을 대상으로 WAMIS에서 제공하는 1966년부터 2009년까지 기록된 월평균 유출량 자료를 이용하였다. 본 연구는 HMM을 이용하는 확률론적으로 가뭄평가 방법을 표준유출지수(Standardized Streamflow Index, SSI)를 이용하는 등급기반 가뭄평가 방법과 비교분석을 통해서 HMM을 이용하는 확률론적으로 가뭄평가 방법이 가뭄의 상태를 다양한 상태들의 발생확률로 표현할 수 있으며, 이러한 상태들의 천이확률을 통해서 가뭄의 지속성을 더 잘 표현할 수 있음을 보여준다.

본 연구에서는 가뭄해석을 위한 이변량 결합가뭄지수를 산정하고 국내 활용성을 평가하였다. 이변량 결합가뭄지수 산정을 위해 결합분포함수는 Clayton copula, 매개변수 추정은 교정방법을 이용하였으며, 입력변수로는 1977∼2012년 동안의 강수량 및 토양수분량 자료를 선정하였다. 우리나라에 대한 이변량 결합가뭄지수를 산정한 후, 기존 가뭄지수인 SPI 및 SSI와 같이 시계열 분석, 지역별 분석 및 ROC 분석을 수행하여 활용성을 평가하였다. 분석결과 SPI는 가뭄의 시작, SSI는 가뭄의 해갈을 적절히 고려하였으며, 이변량 결합가뭄지수는 SPI 및 SSI의 거동 특성을 적절히 반영하는 것으로 나타났다. 또한 이변량 결합가뭄지수가 SPI 및 SSI에 비해 ROC score가 높게 산정되었으며, 지역별 분석에서도 지역의 가뭄 상황을 적절히 재현하여 활용성이 우수하게 나타났다. 이변량 결합가뭄지수는 기존 가뭄지수의 해석적 한계를 보완하였다는 측면에서 국내 가뭄해석의 활용성이 높다고 판단된다.

본 연구에서는 가뭄분석 시 사용되는 월단위 강수자료를 모의발생하기 위해, 두 가지 강수모의기법을 적용하였으며, 이 중 반-비모수 방법을 활용하여 모의강수자료를 구축한 후, 이변량 가뭄빈도해석을 수행하였다. 이를 위해 가뭄 지속기간과 심도의 상호 의존구조를 충분히 반영하여 해석할 수 있는 코플라 함수를 적용하였다. 그 결과, 앞서 관측된 가뭄사상으로 추정된 이변량 가뭄빈도곡선에 대한 95%, 90%, 75%, 50%의 신뢰구간을 제시할 수 있었다. 또한 가뭄 지속기간(2개월∼8개월)과 심도에 해당하는 95% 신뢰구간의 이변량 가뭄재현기간의 경계값(상한값 및 하한값)을 추정하여 불확실성의 원인을 해석하였다. 또한, 미래 기후변화에 의한 가뭄의 불확실성을 추정하기 위해, 기상청에서 제공한 기후변화 시나리오(RCP4.5)를 이용한 가뭄특성분석을 수행하였다. 그 결과 미래 2011년∼2040년은 우리나라의 낙동강 유역의 일부와 강원도 산간 지역에 가뭄위험이 크게 나타나는 반면, 미래 2041년∼2070년은 한강 유역의 대부분과 영산강 유역에 가뭄위험이 클 것으로 예상되었다. 미래 2071년∼2100년에는 우리나라의 남부 지역에서 가뭄위험이 상대적으로 클 것으로 예상되었다. 이러한 결과는 지역적으로 장기적인 가뭄대비계획을 수립하는데 중요한 참고자료가 될 것으로 기대된다.

This study was performed to investigate the physiological responses of Oplopanax elatus by water condition.Drought stress was induced by withholding water for 26 days. The results show that PN max, SPAD, gs, E and Ci weresignificantly decreased with decreasing of soil moisture contents. However, AQY and WUE were decreased slightly only at26 day. This implies that photosynthetic rate is reduced due to an inability to regulate water and CO₂exchange through thestomatal. According to JIP analysis, ΦPO, ΨO, ΦEO and PIABS were dramatically decreased at 21 day and 26 day, whichreflects the relative reduction state of the photosystem II. On the other hand, the relative activities per reaction center suchas ABS/RC, TRo/RC were significantly increased at 26 day. Particularly, Dio/RC and DIo/CS increased substantially underdrought stress, indicating that excessive energy was consumed by heat dissipation. These results of chlorophyll a fluores-cence show that the sensitivity changes photosystem II activity. Thus, according to the results, O. elatus was exhibited astrong reduction of photosynthetic activity to approximately 10% soil moisture contents, and JIP parameters could be usefulindicator to monitor the physiological states of O. elatus under drought stress.

본 연구에서는 기후변화에 따른 미래 기후, 수문정보로부터 가뭄전망 정보를 생산 및 분석하고자 한다. 미래의 불확실성 을 고려하기위해 3개 GCMs와 3개 수문모형을 이용하였다. 강수량, 유출량 및 토양수분량으로부터 기상학적, 수문학적 및 농업적 가뭄지수로 분류되는 SPI, SRI 및 SSI를 산정하였다. Mann-Kendall test 결과, 미래 가뭄의 경향은 봄철 및 겨울철에 크게 증가할 것으로 전망되었으며, 가뭄발생빈도의 경우 SRI 및 SSI가 SPI 보다 더 높게 나타났다. 미래 기후변화 가 기상학적 가뭄 보다는 수문학적 및 농업적 가뭄에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

장기간의 가뭄에 의한 피해를 최소화하기 위해서는 유역에 적합한 가뭄관리 대책의 수립과 함께 미래에 발생하게 될 가뭄을 미리 예측할 수 있는 기술이 구축되어야 한다. 또한 미래의 가뭄에 대한 합리적 대응 방안을 수립하기 위해서는 가뭄의 지속기간(duration)과 심도(severity)의 정량적인 예측이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 수문 시계열의 예측에 가장 많이 이용되고 있는 대표적인 통계학적 기법인 인공신경망 모형(Artificial Neural Network Model)과 가뭄지수를 이용하여 남한지역의 서울, 대전, 대구, 광주 등의 4개 기상관측소를 선정하여 가뭄예측을 시도하였다. 가뭄 예측을 위하여 남한지역 내 선정한 기상관측소의 관측된 과거 강수량 자료를 이용하여 산정된 SPI (Standardized Precipitation Index)를 입력변수로 하여 다층 퍼셉트론(Multi Layer Perceptron) 인공신경망 모델에 적용하였으며, 매개변수 보정을 위한 학습기간으로 1976∼2000년과 2001∼2010년을 예측을 위한 검증기간으로 선정하여, 학습 및 예측을 시도하였다. 학습된 최적의 예측모형을 이용하여 서로 다른 선행예보시간(1∼6개월)을 갖고 SPI (3), SPI (6), SPI (12)별로 가뭄을 예측하였으며, 가뭄예측 결과, SPI (3)의 경우에는 1개월 선행예보에서만 좋은 결과를 나타내었으며, SPI (6)의 경우 1-3개월 후의 가뭄을 예측하는 경우에 비교적 관측자료와 잘 일치하는 결과를 나타내었다. SPI (12)의 경우에는 약 5개월 후까지의 가뭄예측에 양호한 결과를 나타내었다.

In this study, we produced satellite-based drought indices such as NDVI(normalized difference vegetation index), NDWI(normalized difference water index), and NDDI(normalized difference drought index) and extracted time-series principal components from the drought indices using EOF(empirical orthogonal function) method to examine their relationships with climatic variables. We found that the first principal components of the drought indices for Sonid Right Banner, Inner Mongolia were dominant in cold seasons and were closely related to low temperature, little rainfall, and high surface albedo. The satellite-based drought indices and their EOF analyses can be utilized for the studies of cold-season drought and warm-season drought as well.

We have investigated drought periodicities occurred in Seoul to find out any indication of relationship between drought in Korea and solar activities. It is motivated, in view of solar-terrestrial connection, to search for an example of extreme weather condition controlled by solar activity. The periodicity of drought in Seoul has been re-examined using the wavelet transform technique as the consensus is not achieved yet. The reason we have chosen Seoul is because daily precipitation was recorded for longer than 200 years, which meets our requirement that analyses of drought frequency demand long-term historical data to ensure reliable estimates. We have examined three types of time series of the Effective Drought Index (EDI). We have directly analyzed EDI time series in the first place. And we have constructed and analyzed time series of histogram in which the number of days whose EDI is less than -1.5 for a given month of the year is given as a function of time, and one in which the number of occasions where EDI values of three consecutive days are all less than -1.5 is given as a function of time. All the time series data sets we analyzed are periodic. Apart from the annual cycle due to seasonal variations, periodicities shorter than the 11 year sunspot cycle, ~ 3, ~ 4, ~ 6 years, have been confirmed. Periodicities to which theses short periodicities (shorter than Hale period) may be corresponding are not yet known. Longer periodicities possibly related to Gleissberg cycles, ~ 55, ~ 120 years, can be also seen. However, periodicity comparable to the 11 year solar cycle seems absent in both EDI and the constructed data sets.

가뭄은 중요한 자연재해의 하나로서 수자원 관리 부분에서 매우 중요한 인자이다. 본 연구에서는 대한민국의 55개 기상청 관측소를 대상으로 SPI지수에 따른 가뭄기간과 가뭄심도를 정의하고, 코풀라 이론을 이용하여 두 가뭄변수의 결합 확률 분포를 유도하였다. 또한 이를 이용하여 가뭄의 발생 양상을 고찰하고 가뭄의 재현기간으로 제시하였으며, 대한민국을 대상으로 가뭄의 공간적 분포를 분석하였다. 연구에서 도출된 가뭄의 재현기간별 SPI 지수로부터 대한민국의 충청도의 공주 및 충주 인근, 강원도의 원주, 인제, 정선, 태백 등의 지역이 상대적으로 가뭄에 취약한 것으로 도출되었다.

Genetically modified (GM) crops have been developed worldwide through the recombinant DNA technology and commercialized by various agricultural biotechnological companies. Commercialization of GM crops will be required the assessment of risk associated with the release of GM crops. In this study, we carried out to provide the molecular characterization of introduced T-DNA in transgenic rice T4 ~ T6 generation lines harboring a pepper MsrB2 gene under the control of stress inducible Rab21 promoter, as a part of biosafety evaluation for drought-tolerant transgenic rice (CaMsrB2). We identified the structure and sequence of transformation vector of T-DNA and analyzed insertion sites, flanking sequences, and generational stability of inserted T-DNA in transgenic rice lines. The transformation vector was consisted of right border, a drought-tolerant CaMsrB2 gene unit, a selectable marker herbicide resistance unit, and left border in a sequential order. Based on the adaptor-ligation PCR and whole genome sequence database, we confirmed that T-DNA was introduced at the position of 41,737,284 bp of chromosome No. 1. From the generational stability study, T-DNAs were stably inherited through the T4 to T6 generations, and also stable expression of bar gene from T-DNA was confirmed. These results will be filed to biosafety assessment document of CaMsrB2 rice.

Genetically modified (GM) plant claims to be the solution to global poverty, and potentially solving environmental change and food requirement by increased human population. In this study, we were evaluating agronomic characteristics and chemical properties of two GM drought-tolerant rice (CaMsrB2-8 and CaMsrB2-23) compared with donor cultivars (Ilmi). Statistical analysis agronomic characteristics GM and donor rice showed no significant difference between both of them. Yield and appearance of rice grain, GM rice was a similar to the donor rice. Chemical composition analysis showed that GM drought-tolerant rice has no different with donor rice. This result indicated that GM drought tolerant rice has no big significant difference agronomic character and chemical properties; it can be solve food shortages in spite of drought condition.

As the drought is getting worse, Lot of studies related to drought stress in plant have been conducted. Recently whole genome sequencing of Brassica rapa ssp which is important vegetable crop to East Asians has been completed to enable Omic research. It is known that the drought damages occur in the early stage of plant development. Here, we performed shotgun proteomics analysis of B. rapa to observe the morphological characters, monitor the expression patterns of the identified proteins during drought stress, and detect the proteins related to drought stress. The three week old B. rapa grown in density of single plant in a single pot were used. Drought stress were treated as that a single plant in soil was removed from the pot and the plant with soil was exposed to air and light without watering. Leaves were immediately harvested before drought treatment, 24hr after drought treatment, and 48hr after drought treatment. The protein expression patterns were monitored by a quantitative shotgun proteomics analysis. Extracted proteins were separated in 1D-SDS-PAGE then the gel sliced into seven pieces. Chopped gels were ingel-digested. Peptides were assigned to mass spectrometry (Q-Exactive). The ms/ms spectra were analyzed through Proteome Discoverer. By combining all of the identified proteins in the seven sliced gel samples, total B. rapa proteome reference map was completed. Protein expression patterns were investigated by comparing the quantity of protein. With shotgun proteomic approach, we evaluated the changes in the quantity and finally discovered the candidate proteins related with drought stress.