본 연구에서는 미급수지역의 주요 수원인 지하수의 수위 변동 상황을 기반으로 한 미급수지역 가뭄 예보 기법 개발을 목적으로 하였다. 이를 위해 지역화된 표준지하수지수(SGI)와 표준강수지수들(SPIs)의 상관관계를 분석하였다. 관측 지하수위로부터 산정된 SGI의 자기회귀 특성 및 지속기간별 SPI와 SGI의 상관관계를 동시에 고려할 수 있는 NARX (nonlinear autoregressive exogenous model) 인공신경망 모형을 이용하여 지역별 예측모형을 구축하였다. 학습기간 동안 관측 SGI와 모델 출력 SGI의 상관계수는 0.7 이상인 곳이 전체 167개 지역별 모형 중 146개(87%)로 상관성이 높은 것으로 분석되었다. 적용기간에 대해서는 평균제곱근오차와 상관계수로 모형을 평가하였다. 본 연구를 통해 기상청에서 제공하는 59 개 관측소별 강수량 전망 값으로부터 산정된 지속기간별 SPI와 관측된 지하수위를 이용한 지역별 SGI 전망이 가능하도록 하였으며, 미급수지역의 가뭄 예‧경보를 위한 기초자료로 활용이 가능토록 하였다.

본 연구에서는 표준강수지수를 이용하여 가뭄사상을 정의하고, 가뭄심도와 부족 강수량을 대상으로 이변량 가뭄빈도해석을 수행하였다. 부족강 수량은 표준강수지수의 가뭄기준인 -1에 해당하는 강수량을 기준으로 산정하였다. 지금까지 연구에서 가뭄지수의 심도와 지속기간 이용한 빈도해석을 통한 가뭄의 평가가 주를 이루었다. 하지만 이 두 변량은 선형적인 관계가 매우 높아 각 변량에 대한 단변량 빈도해석과 비교하여 정보의 확장성은 크지 않다. 2015년 가뭄의 경우, 서울, 양평, 충주지점의 ‘가뭄심도-부족 강수량’량의 재현기간은 모두 300년 이상의 극심한 가뭄을 나타내고 있지만, ‘가뭄심도-지속기간’에서는 재현기간을 약 10년, 50년, 50년으로 평가하여 큰 차이를 나타냈다. 우기를 포함한 가뭄은 강수량 부족이 심각할지라도 가뭄심도는 가뭄을 상대적으로 낮게 평가할 수 있어 실제 가뭄의 심각성을 나타내는데 한계가 있었다. ‘가뭄심도-부족 강수량’ 빈도해석 결과는 강수량의 절대적인 부족량 정보를 함께 포함하고 있어, 가뭄에 대응하기 위한 지표로 활용성이 높을 것으로 판단된다.

Jeju Island relies on subterranean water for over 98% of its water resources, and it is therefore necessary to continue to perform studies on drought due to climate changes. In this study, the representative standardized precipitation index (SPI) is classified by various criteria, and the spatial characteristics and applicability of drought in Jeju Island are evaluated from the results. As the result of calculating SPI of 4 weather stations (SPI 3, 6, 9, 12), SPI 12 was found to be relatively simple compared to SPI 6. Also, it was verified that the fluctuation of SPI was greater fot short-term data, and that long-term data was relatively more useful for judging extreme drought. Cluster analysis was performed using the K-means technique, with two variables extracted as the result of factor analysis, and the clustering was terminated with seven-time repeated calculations, and eventually two clusters were formed.

본 연구는 섬진강댐 유역을 대상으로 기상학적, 수문학적 가뭄을 평가하였다. 우선 기상학적 가뭄을 평가하기 위하여 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)와 표준강수증발산지수(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)를 계산하여 비교하였다. 비교결과, 두 지수간(SPI, SPEI)가뭄 순위는 서로 근사하게 추정되었다. 또한 SPEI의 결과를 통해 증발산량이 건조상태를 다소 완화시키고 있음을 확인하였는데 이를 바탕으로 수요와 공급이 반영된 가뭄지수인 SPEI가 보다 현실적으로 가뭄을 추정하고 있음을 확인하였다. 수문학적 가뭄을 평가하기 위하여 하천수가뭄지수(Streamflow Drought Index, SDI)를 적용하였다. 적용결과, 1994년도에 가장 큰 수문학적 가뭄이 확인되었는데 이 시기는 기상학적 가뭄이 발생하였던 시기와 잘 일치 하였다. 또한 섬진강댐 유역의 고정 공급량인 월별 기본계획공급량을 이용하여 과거의 물 부족량을 추정하였다. 그 결과, 1994년도에 가장 큰 물 부족이 발생하였음을 확인하였으며 이는 앞서 추정된 적용결과들과 비교적 잘 일치하는 것으로 확인되었다. 본 연구는 직관적으로 과거의 가뭄을 평가하고자 하였고, 향후 본 연구에서 제시한 방법을 토대로 국내 댐 유역의 물 관리에 대한 현안을 제시하고자 한다.

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.

가뭄은 자연의 무시할 수 없는 재해이며, 비록 가뭄의 정의가 많이 있지만 가뭄은 장기간의 강우의 부족으로부터 기인한다. 기상학적 가뭄심도의 정도를 표현하기 위해 널리 이용되는 표준강수지수(Standardized Precipitation Index, SPI)는 강수 이외의 기온과 관련된 변수를 고려하지 않기 때문에 기후변동으로 인한 강수, 증발산 등의 물수지 변화를 고려할 수 없다는 한계점이 있다. 그러나 최근에 SPI와 유사하지만 기후변동으로 인한 강수 변화뿐만 아니라 기온의 변동성이 미치는 영향을 반영할 수 있는 새로운 개념의 가뭄지수인 표준강수 증발산지수(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, SPEI)가 개발되었다. 본 연구에서는 기상청 산하의 60개 기상관측소의 1973～2011년까지 기상자료를 대상으로 SPEI를 적용하여 남한지역의 가뭄발생의 변화를 평가하였다. 적용 결과, 전국적으로 SPI와 SPEI 모두 봄과 겨울에 가뭄이 심화되고 여름철에는 가뭄이 완화되는 경향을 보였으며, SPEI는 SPI보다 가뭄심도를 크게 나타내었다. 또한, 지속기간 12개월의 SPI와 SPEI는 전반적으로 6년 내외의 저빈도 주기성을 갖는 극심한 가뭄이 반복되고 있음을 보였다.

본 연구에서는 가뭄의 심도에 직접적으로 영향을 주는 무강수일수를 고려하고, 강수에서 기인하는 지표면유출 효과를 반영한 가뭄해갈에 유효한 강수를 산정하여 기존의 SPI3을 개선한 Modified SPI를 제시하였다. 1973년부터 2009년까지 각종 보고서 및 문헌자료를 통해 실제 발생한 가뭄사례를 수집하여 행정구역별 가뭄공간정보를 생산하고, 동일기간 전국 69개 지점에서 산정된 가뭄지수를 우리나라 전체 공간으로 표현하여 각종 지수의 적합성을 평가하기 위하여 ROC 분석을 수행하였다. 개선된 가뭄지수 제시를 위하여 총강우량 중 단기적인 유출에 기여할 것으로 판단되는 부분을 절삭하여 유효강우를 산정하였으며, 월단위의 무강수일수를 십분위, 누적분포함수로 변형하여 기존의 지수에 가중치를 부여하였다. 분석결과 유출량을 고려한 강우의 절삭은 기존의 SPI3에 비하여 상대적으로 높은 가뭄감지능력을 보여주었으며, 무강수일수를 고려한 가뭄지수의 개선은 누적분포함수의 수치를 고려함으로서 상당히 개선된 가뭄감지 능력을 보여주었다.

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.

최근에는 확률강우량을 산정할 경우 지점빈도해석의 단점을 보완한 지역빈도해석법이 자주 실무에 적용되고 있으나, 가뭄에 관련한 연구에서는 대부분 아직까지 지점자료를 이용한 가뭄분석을 실시하고 있다. 본 연구에서는 가뭄의 지역적 특성 분석을 실시하기 위하여 필요한 동질한 가뭄특성을 지닌 지역을 구분하는 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 기상청 강우관측 지점자료 중 30년 이상의 강우자료를 보유한 58개의 관측지점을 대상으로 표준강수지수(SPI)를 산정하여 가

본 연구에서는 경기도 지역을 중심으로 관측자료로 부터 아울러 포아송 과정을 적용하여 가뭄의 재현 및 지속특성을 정량화하고 그 공간분포를 비교 분석해 보았다. 본 연구에서는 관측된 월 강수량 자료를 가뭄지수인 SPI로 변환하여 분석에 이용하였다. 특히, 가뭄의 공간분포 특성 파악을 위해 관측길이가 서로 다른 자료에 포아송 과정을 적용하는 경우의 장ㆍ단점 등을 파악해 보고자 하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 포아송 과정을 이용한 가뭄

본 연구에서는 SPI의 문제점을 보완하는 측면에서 수정 SPI(MSPI)를 제안하고, 이를 서울지점의 가물분석에 적용하여 비교하였다. MSPI는 강수량을 이동평균하기 전에 정규화 하는 과정을 추가하는 경우로 SPI가 강수의 절대량을 이월하는 반면 MSPI는 강수의 상대량을 이월하는 형태를 가지게 된다. 서울지점 월강수량자료는 1777년-1996년까지의 것으로 각각 전체자료 및 1900년을 전후로 한 장기건조기의 전반부 및 후반부를 따로 분석하여 비교될

본 연구에서는 서울지점 월강수량 자료에 나타난 가뭄의 재현 및 지속특성을 관측자료의 분석하고, 아울러 포아송 과정을 적용하여 비교하였다. 가뭄을 나타내는 지수로서 표준강수지수(SPI)를 이용하였으며, 10개월의 지속기간을 적용하였다. 관측자료의 분석을 위한 절단수준으로는 -1.00, -1.50, -2.00을 적용하였다. 관측자료의 분석을 통해서 나타난 서울지점 가뭄의 재현 및 지속특성은, 먼저, 보통 가뭄은 대략 2년에 한번 발생하며, 평균 지속기간은