The Republic of Korea reclaimed land to increase its food self-sufficiency rate, but the yield was reduced due to abnormal climate. In this study, it was hypothesized that rapid and continuous monitoring technology could help improve yield. Using the vegetation index (VI) analysis, the drought stress index was calculated and the drought stress for corn grown in Hwaong, Saemangeum, and Yeongsan River reclaimed tidal land was predicted according to drying treatment. The vegetation index of corn did not decrease during the last 20 days of irrigation when soil moisture rapidly decreased, but decreased rapidly during the 20 days after irrigation. The reduction rate of the vegetation index according to the drying treatment was in the order of Saemangeum>Yeongsan River>Hwaong reclaimed tidal land, and normalized difference vegetation index (NDVI) decreased by approximately 50% in all reclaimed tidal lands, confirming that drought stress occurred due to the decrease in moisture content of the leaves. In addition, structure pigment chlorophyll index (SIPI) and photochemical reflectance index (PRI), which are calculated based on changes in light use efficiency and carotenoids, were reduced; drought stress caused a decrease in light use efficiency and an increase in carotenoid content. Therefore, vegetation index analysis was confirmed to be effective in evaluating and predicting drought stress in corn growing on reclaimed tidal land corn.

본 연구는 엽록소형광반응 분석을 이용하여 건조스트레스에 의한 공정육묘의 광화학적 활력을 분석하였다. 토마토와 오이 공정육묘를 8일 동안 건조스트레스 처리를 하였다. 엽록소형광반응 (OJIP)과 매개변수 분석을 통해 건조스트레스로 인한 작물의 광화학적 변동을 평가하였다. 엽록소 형광반응 (OJIP) 분석 결과, 토마토는 처리 후 5일부터 최대 형광량 (P)이 감소한 반면 J-I 단계에서는 엽록소 형광량이 증가하였다. 따라서 생리적 활력이 감소한 것을 알 수 있었다. 오이의 경우 처리 후 4일부터 최대 형광 (P) 및 변동 형광량 (FV)이 낮아지고 J-I 단계의 엽록소 형광 수치가 증가하였다. 엽록소 형광 매개변수 분석한 결과 토마토는 처리 후 5일부터 특히 ET2O/RC와 RE1O/RC가 감소하면서 광계II와 광계I의 전자전달효율이 유의적으로 낮아진 것으로 보인 반면 오이는 처리 후 4일부터 ET2O/RC와 PIABS가 상당히 변화하였다. 결론적으로 FV/FM, DIO/RC, ET2O/RC, RE1O/RC, PIABS, PITOTALABS 6개의 지표가 공정육묘의 건조스트레스를 판단하는 지표로 선정되었다. 건조스트레스지수 (DFI)를 통해 건조스트레스로 인한 작물별 건전성 평가를 하였고 오이의 경우 토마토에 비해 건조 저항성이 낮은 것으로 판단되었다.

The drought index has been developed, based on a 8.6μm surface emissivity in the 8-12μm MODIS channels over the African Sahel region (10-20 N, 13 W-35 W) and the Seoul Metropolitan Area (SMA: 37.2-37.7 N, 126.6-127.2 E). The emissivity indicates the SiO2 strength and can vary interannually by vegetation, water vapor, and soil moisture, as a potential indicator of drought conditions. In a well-vegetated region close to 10 N of the Sahel, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) showed high sensitivity, while the emissivity did not. On the other hand, the NDVI experienced negligible variability in a poorly vegetated region near 20 N, while the emissivity reflected sensitively the effects of atmospheric water vapor and soil moisture conditions. Seasonal variations of the emissivity (0.94-0.97) have been examined over the SMA during the 2003-2004 period compared to NDVI (or Enhanced Vegetation Index; EVI). Here, the dryness was more severe in urban area with less vegetation than in suburban area; the two areas corresponded to the north and south of the Han river, respectively. The emissivity exhibiting a significant spatial correlation of ∼0.8 with the two indices can supplement their information.

Using the standard precipitation index (SPI), this study analyzed the drought characteristics of ten weather stations in Gyeongbuk, South Korea, that precipitation data over a period of 30 years. For the number of months that had a SPI of 1.0 or less, the drought occurrence index was calculated and a maximum shortage months, resilience and vulnerability in each weather station were analyzed. According to the analysis, in terms of vulnerability, the weather stations with acute short-term drought were Andong, Bonghwa, Moongyeong, and Gumi. The weather stations with acute medium-term drought were Daegu and Uljin. Finally the weather stations with acute long-term drought were Pohang, Youngdeok, and Youngju. In terms of severe drought frequency, the stations with relatively high frequency of mid-term droughts were Andong, Bonghwa, Daegu, Uiseong, Uljin, and Youngju. Gumi station had high frequency of short-term droughts. Pohang station had severe short-term ad long-term droughts. Youngdeok had severe droughts during all the terms. Based on the analysis results, it is inferred that the size of the drought should be evaluated depending on how serious vulnerability, resilience, and drought index are. Through proper evaluation of drought, it is possible to take systematic measures for the duration of the drought.

용수공급시스템은 용수를 안정적으로 확보하여 사용자의 수요량을 충족시키는 것을 목표로 하지만, 평년보다 적은 유입량으로 인해 정상공급에 실패하는 경우가 발생한다. 그러나 강수의 부족으로 발생하는 가뭄 상황이 언제나 용수공급 실패를 유발하는 것은 아니기 때문에, 용수공급에 대한 안전도를 산정할 때 실질적인 용수 부족 사상의 특성을 고려할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 이수안전도 평가 지표로 주로 사용되는 신뢰도와 취약도를 이용하여 결합 가뭄관리지수(JDMI)를 개발하였으며, 이를 바탕으로 미래 용수공급 위험도를 산정하였다. 미래에 대한 분석을 위해 RCP 4.5 및 8.5 시나리오에 대하여 GCM으로부터 생산된 기후변화 시나리오 자료를 적용하고 미래 기간을 21세기 전기, 중기, 및 후기로 구분하였다. JDMI를 기반으로 낙동강 유역의 용수공급 위험도를 분석한 결과 RCP 4.5 시나리오에서 RCP 8.5 시나리오보다 위험도가 더 높은 것으로 분 석되었다. 용수공급 취약지역은 RCP 4.5에서는 남강댐(W18)으로 나타났으며, RCP 8.5에서는 형산강(W23)과 낙동강남해(W33) 유역으로 분석되었다.

본 연구에서는 미급수지역의 주요 수원인 지하수위 현황을 이용한 가뭄 모니터링 기법을 개발하기 위해 256개의 국가지하수관측망 관측 자료를 이용하여 관측소별, 월별 수위분포를 핵밀도함수로 추정하였다. 추정된 누적분포함수를 이용하여 월별 지하수위의 분위수를 구하고, 분위수를 정규화 하여 표준지하수지수(SGI)를 산정하였다. 관측소별로 산정된 SGI는 티센망을 이용하여 167개 시군별 SGI로 변환하였다. SGI의 범위에 따른 가뭄등급을 설정하여 시군별 지하수 가뭄 정도를 모니터링 할 수 있는 기법을 제시하였다. 이를 통해 계측이 이루어지지 않는 미급수지역의 지하수 가뭄상황을 국가지하수관측망을 활용해 간접적으로 판단할 수 있도록 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.

본 연구는 청미천 유역을 대상으로 1985년부터 2015년까지의 가뭄지수를 이용하여 첨두 가뭄심도와 가뭄기간을 분석하였다. 이을 위해 기상 학적 가뭄지수로는 강수량만을 변수로 하는 SPI (Standardized Precipitation Index)와 강수량과 증발산량을 함께 고려하는 SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)를 적용하였으며, 수문학적 가뭄지수는 유역의 유출량을 변수로 하는 SDI (Streamflow drought index)를 적용하였다. SDI의 경우 청미천 유역을 구축한 SWAT 모형을 이용하여 도출한 유출량을 사용하였다. 그 결과 첨두 가뭄심도의 발생시기 는 SPI, SPEI의 발생 후에 SDI가 발생하는 양상을 보였으며 평균적으로 SDI와 SPI는 0.59개월, SPEI는 0.72개월의 차이를 보인다. 최대 발생지체 시간은 SPI, SPEI 모두 2개월을 보인다. 또한 기상학적 가뭄이 해결될 수 있는 강우량임에도 수문학적 가뭄을 해결하지 못하는 경우가 발생함을 확 인하였다.

Drought is a reoccurring worldwide natural hazard that affects not only food production but also economics, health, and infrastructure. Drought monitoring is usually performed with precipitation-based indices without consideration of the actual state and amount of the land surface properties. A drought index based on the actual evapotranspiration can overcome these shortcomings. The severity of a drought can be quantified by making a spatial map. The procedure for estimating actual evapotranspiration is costly and complicated, and requires land surface information. The possibility of utilizing drone-driven remotely sensed data for actual evapotranspiration estimation was analyzed in this study. A drone collected data was used to calculate the normalized difference vegetation index (NDVI) and soil-adjusted vegetation index (SAVI). The spatial resolution was 10 m with a grid of 404 x 395. The collected data were applied and parameterized to an actual evapotranspiration estimation. The result shows that drone-based data is useful for estimating actual evapotranspiration and the corresponding drought indices.

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 연구에서는 인위적 수공시설물을 고려하지 않는 자연상태의 가뭄해석을 위해 자연가뭄지수(NDI)를 산정하고 활용성을 평가하였다. 자연가 뭄지수는 주성분 분석을 이용하여 산정하였으며, 입력자료는 3개월 누적강수량, 자연유량, 토양수분량 자료이다. 강수량은 ASOS 59개 지점 자료 이고, 자연유량 및 토양수분량은 지표수문해석모형의 결과를 이용하였다. 가뭄지수의 평가기간은 1977∼2012년이며, 활용성 평가를 위해 시계 열 분석, 지역별 분석 및 가뭄특성인자 분석을 수행하였다. 시계열 분석결과, 자연가뭄지수는 가뭄의 시작과 끝에 대한 평균절대오차는 0.85로 가 장 정확하게 나타났다. 과거 가뭄사례와 가뭄특성인자를 분석한 결과, 자연가뭄지수의 지속기간과 발생간격의 평균절대오차는 각각 1.3, 1.0으로 가뭄의 지속기간 및 발생간격을 적절히 반영하는 것을 확인하였다. 지역별 분석결과, 자연가뭄지수는 단일변량 가뭄지수의 지역별 가뭄상황을 적 절히 반영하여 활용성이 높은 것으로 나타났다. 또한, 가뭄의 시작, 끝, 지속기간, 발생간격에 대한 자연가뭄지수, 표준강수지수, 표준유출지수, 표 준토양수분지수의 순위를 분석한 결과 자연가뭄지수가 가장 높은 순위로 산정되었다. 자연가뭄지수는 기존 단일변량 가뭄지수의 상이한 가뭄상황 을 종합적으로 반영하며, 가뭄의 특성을 정량적으로 제시한다는 점에서 활용성이 높다고 판단된다.􀀁

본 연구에서는 일강수량의 누적 패턴을 고려하여 새로운 가뭄지수(RADI)를 개발하였다. RADI는 누적 강수량의 장기간의 평균과 특정 기간에 관 측된 누적 강수량을 비교하여 일단위로 가뭄지수를 간단히 산정할 수 있도록 개발되었다. 우리나라의 대표적인 가뭄기간 동안의 RADI의 시·공간 적 변동성과 재현 주기를 살펴봄으로써 장·단기 가뭄의 감시에 대한 RADI의 적용성을 평가하였다. SPI의 경우, 장·단기 가뭄을 표현하기 위해서는 여러 가지 지속기간을 가지는 SPI를 사용해야 하지만, RADI는 하나의 지수로 단기 및 장기가뭄을 표현하고 모니터링 할 수 있다. RADI의 전국 평 균값을 살펴본 결과, 우리나라에서 20년 주기로 가뭄이 발생하고 있다는 사실을 확인하였다. 또한 RADI의 발생확률 및 통계 분석을 통해 5단계의 가뭄 등급을 제안하였으며, 이는 가뭄 예보와 대응을 위한 기준으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, meteorological drought indices were examined to simulate hydrological drought. SPI (Standardized Precipitation Index) and SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index) was applied to represent meteorological drought. Further, in order to evaluate the hydrological drought, monthly total inflow and SDI (Streamflow Drought Index) was computed. Finally, the correlation between meteorological and hydrological drought indices were analyzed. As a results, in monthly correlation comparison, the correlation between meteorological drought index and monthly total inflow was highest with 0.67 in duration of 270-day. In addition, a meteorological drought index were correlated 0.72 to 0.87 with SDI. In compared to the annual extremes, the relationship between meteorological drought index and minimum monthly inflow was hardly confirmed. But SDI and SPEI showed a slightly higher correlation. There are limitation that analyze extreme hydrological drought using meteorological drought index. For the evaluation of the hydrological drought, drought index which included inflow directly is required.

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 1～3순위 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. 또한 고정 임계수준은 계절 변동성을 반영하지 못하는 단점이 있어서 최소한 계절 이하의 임계수준 사용이 요구되었지만 월별과 일별로 정해진 임계수준은 적정한 것으로 판단되었다. 본 연구에서 제안한 방법론은 갈수예보 및 저수지 용량결정에 활용될 수 있겠다.

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.

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.

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.

본 연구에서는 copulas 기반의 결합가뭄지수를 적용한 가뭄심도-영향면적-지속기간 곡선을 작성하여 가뭄의 시공간적 거동을 살펴보았다. 우리나라 전국 60개 지점의 기상청 월 강수량 자료로부터 JDI를 산정한 후, 이를 다시 EOF와 Kriging 기법을 이용하여 10 × 10 km의 공간적 해상도를 가진 JDI 값으로 할당하였다. 격자기반의 JDIs를 가뭄의 지속기간별 영향면적별로 분석하고, 우리나라의 가뭄 사상을 표현하기 위하여 JDI-SAD 곡선을 작성하였다. JDI-SAD 곡선을 통하여 과거에 발생한 가뭄 사상을 시공간적으로 특성화할 수 있다. 또한 현재의 가뭄 상황에 대한 정확한 영향평가에 기여할 것으로 기대된다.

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.