국내외로 태풍, 홍수, 화산, 지진, 해일 등의 자연재난에 의하여 인명, 재산 피해가 지속적으로 발생하고 있으며 특히 최근에 는 황사, 미세먼지와 같은 입자상 오염물질의 확산이 가속되고 있어 입자상 물질 확산의 예측 및 대응 기술 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다. 이와 같은 입자상 물질 관련 재난에 대응하기 위하여 수치 모델을 사용하여 입자상 물질의 확산 경로 및 농도를 예측하는 연구들을 진행하고 있으며, 본 연구에서는 선행연구로 라그랑지안 모델 중 하나인 PUFF-UAF 모델을 개선하여 개발된 PUFFGaussian 모델을 이용하여 연구를 진행하였다. PUFF-Gaussian 모형을 이용하여 온타케 화산의 분화 결과와 검증을 수행하여 유사한 결과가 도출되는 것을 확인하고 백두산 분화에 대한 화산재 확산 예측을 수행하였다. 또한 국내 17개 시·도에 대하여 기존 PUFF-UAF 모델의 결과를 이용하여 계산한 화산재 발생 확률과 PUFF-Gaussian을 이용하여 계산한 발생 확률에 대한 비교를 수행하고 PUFFGaussian 모델을 이용한 결과가 발생 확률이 더 낮은 것을 확인하였다.

백두산 분화의 전조현상 및 일본 화산의 지속적인 활동으로 인하여 화산재 확산으로 인하여 발생할 수 있는 재난에 대한 위협이 지속적으로 제기되고 있다. 이에 대한 대응을 위하여 국내에서도 화산재해대응시스템을 개발하여 활용하고 있는 실정이며 이에 대응하기 위한 연구의 일환으로 화산재 확산에 대한 확률적 공간 분포 분석이 연구된 바가 있다. 본 논문의 part1이라 할 수 있는 ‘백두산과 아소산 화산재 대기 확산의 확률적 공간 분포 분석’에서는 백두산과 아소산 두 개의 화산에 대하여 FALL3D 수치해석을 수행 하고 그 결과를 이용하여 대기 중 화산재 농도 및 퇴적 두께에 대한 분석을 수행한 바 있다. 본 논문에서는 백두산과 아소산 외에도 국내에 영향을 미칠 수 있는 총 5개의 화산에 대하여 해석기간 및 분석 범위를 확장하여 추가 연구를 진행하였다.

본 연구에서는 노지작물과 시설작물에 대하여 화산재 퇴적으로 인한 취약도를 개발하고, 화산재 확산 시나리오를 기초로 농작물의 생산량 손실을 평가하였다. 노지작물에 대한 화산재 취약도는 2006년 인도네시아 머라피(Merapi) 화산분화 시 관측된 농작물의 피해영향 자료에 기초하여 평가되었으며, 시설작물에 대한 화산재 취약도는 신뢰도 지수 기반의 FOSM(first-order second-moment) 기법을 이용하여 농림축산식품부에서 제공한 내재해형 비닐하우스에 대하여 평가되었다. 또한, 화산재 확산 및 퇴적두께를 예측할 수 있는 FALL3D 모델과 WRF(weather research and forecasting) 모델을 연계하여 화산재 확산 시나리오를 모의하였다. 본 연구에서는 이들 화산재 취약도와 화산재 퇴적두께 모의 결과를 기초로 하여 충청남도 지역에서 재배되는 수박과 딸기에 대한 화산재 퇴적에 따른 생산량 손실을 추정하였다. 본 연구에서 개발한 화산재 취약도 및 손실 평가 알고리즘은 추후 한반도 주변 화산분화 시 피해예측 및 경감을 위하여 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

리나라는 화산재해의 안전지대로 여겨졌으나 최근 백두산의 분화 가능성이 제기되고 주변국인 일본의 사쿠라지마 화산이 분화됨에 따라 화산재해 연구의 필요성이 증가 하고 있다. 화산분화로 발생하는 화산재는 광범위한 지역에 퇴적되며, 필수적인 사회기반 시설 및 환경에 악영향을 미칠 수 있다. 특히 급수보급률이 99% 이상이 되는 도시지역(시가지)의 경우에 화산분출 시 수원관리 및 대응의 미흡으로 사회적인 문제가 야기될 수 있는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 백두산 분화에 따른 수원관리를 위해 화산재 퇴적 두께별 상수원의 오염 가능성을 평가하기위해, 일본과 가장 가깝게 위치한 제주도의 수산저수지를 대상으로 수질오염을 평가하였으며, 평가 방법으로는 화산재의 화학성분과 화산재위험평가 모델을 이용하여 화산재 퇴적량의 증가에 따른 화학성분 농도의 증가를 도출하였다. 이후 도출된 결과를 국내 먹는물 수질기준과 비교하여 위험 등급을 수립하였고 수립된 결과를 바탕으로 화산재 재해에 대한 위험성을 제시하였다.