2020년 6월부터 8월까지 일본 도쿄 남쪽 940 km 해상에 위치한 니시노시마 화산이 분화하였다. 2020년 7월 말 발생한 분화로 인한 화산재와 화산가스 일부가 우리나라에 영향을 주었을 가능성이 있는 것으로 보도되었다. 본 연구에 서는 화산재 확산 수치모의 프로그램인 Ash3D를 이용하여 현지시각 2 02 0년 7월 2 8일 0시에 화산폭발지수 3의 분화가 발생한 것으로 설정하고 수치모의를 실시하였다. 수치모의 결과, 화산재가 니시노시마 인근에서 동풍을 타고 7월 30일 새벽 오키나와에 도달한 이후 남풍을 타고 북상하여 8월 1일 제주도에 상륙하고 시계방향으로 회전하듯이 이동하면서 8월 2일에는 남부지방에 영향을 주는 것으로 나타났다. 실제 측정된 PM10 미세먼지농도는 제주도 고산기상관측소에서 8월 1일부터, 부산 구덕산기상관측소에서는 8월 2일부터 상승한 것으로 나타나 니시노시마 화산 분화가 제주도 및 남 부지방의 미세먼지 수치에 영향을 준 것으로 보인다.

화산재의 확산 특성을 분석하고, 침적량의 예측 가능성을 평가하기 위하여, 2011년 1월26일 분화가 시작된 일본 기리시마 화산을 대상으로 WRF와 확산모형 FLEXPART를 이용한 수치모의실험을 실시하였다. 지상 1 km 이하 대기경계층내의 화산재 확산 특성은 26일 방출된 입자의 경우 주풍을 따라 집중되는 경향을 보이지만, 27일 방출된 화산재는 큐슈남부에 발달한 고기압의 영향으로 기리시마 만까지 확산된다. 겨울철의 강한 시베리아 기단이 발달한 26일의 경우, 기리시마 화산 풍하측에 위치한 미야기 현 중앙 산악 후면의 좁은 영역에서 집중적으로 침적이 이루어진다. 또한 분화 지역 주변의 국지적인 고기압의 발달은 화산재의 수평 확산을 증대시키는 역할을 한다. 침적량의 분포는 정량적인 측면에서 실제 화산 분출에 따른 영향과 매우 유사한 경향성을 보이고, 제시한 수치모의실험은 화산재의 이동 및 침적량 예측 및 산정에 적절하다고 판단된다.

최근 백두산의 재분화 문제가 하나의 중요한 지구과학적 문제로 부상하고 있다. 백두산과 같이 대규모 칼데라 호수를 갖고 있는 화산의 폭발은 단순히 화산분출뿐만 아니라 칼테라 호수에 저장된 물의 유출로 인해 큰 재해를 유발할 수 있어 연구가 필요하다. 대형 화산성 홍수는 모든 종류의 인공 구조물을 파괴할 수 있는 에너지를 가지고 있고, 유속이 100 km hr-1에 달하며, 도달거리가 수 백 km까지 이르기 때문에 치명적인 피해를 가져올 수 있다. 연구의 최종목표는 백두산의 지질과 지반 조건에서 분화 시 예상되는 화산성 홍수의 피해를 예측하는 것이다. 하나의 사전 연구로서 백두산 화산이 분출되면서 천지에 저장된 물이 방류될 경우를 가정한 유량곡선 시나리오에 근거하여 수치해석을 실시하였다. 각각의 시나리오 별(림 붕괴, 단순융기, 림 붕괴와 융기의 조합, 강우형성 등)로 시간의 함수로서 유량변화를 이끌어내기 위해 선행 연구를 바탕으로 백두산 천지 유출 모형을 전개하였다. 천지에서 마그마 융기와 림 붕괴가 동시에 발생하면 최고 유량이 25,000 m3s-1에 이르러 백두산 천지의 화산홍수가 주변 지역에 심각한 자연재해를 가져올 수 있는 것으로 보인다. 이 연구에서는 저수지의 물이 방류되는 순간유량곡선에 치중하였으며 천지 유량 방출 후 하류 하천 하도 추적은 다루지 않았다.

백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강, 동쪽과 서쪽으로 두만강과 압록강 하구에서 발견되고 있다. 즉 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수와 같이 흐름에 수반된 화산물질의 영향범위는 천지를 중심으로 반경 400 km의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러나 약 1,000년 전 분화 때와는 달리 천지칼데라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 담수저장시설이 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받게 된다. 이 연구는 백두산 화산분화 시 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 수치해석 및 지형자료 분석을 통해 유체의 흐름방향을 산정하고 백두산 일원의 댐과 인공호수의 저수용량에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 피해범위를 파악하였다. 분출 초기에 급경사를 따라 이동하는 화쇄류는 산지의 경사면을 따라 이동하여 평탄지까지 영향을 미치며, 천지호의 유출에 의한 화산이류는 주요 하천까지 도달할 수 있다. 화산성홍수의 경우 현존하는 인공적인 담수 저장시설물들로 인하여 천지칼데라호의 담수 유출에 의한 피해 범위는 과거에 비하여 매우 제한적인 범위에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

This study investigated the effect of volcanic materials that erupted from the Nishinoshima volcano, Japan, 1,300 km southeast of the Busan area at the end of July 2020, on the fine particle concentration in the Busan area. Backward trajectory analysis from the HYSPLIT model showed that the air parcel from the Nishinoshima volcano turned clockwise along the edge of the North Pacific high pressure and reached the Busan area. From August 4 to August 5, 2020, the concentration of PM10 and PM2.5 in Busan started to increase rapidly from 1000 LST on August 4, and showed a high concentration for approximately 13 hours until 2400 LST. The PM2.5/PM10 ratio showed a relatively high value of 0.7 or more, and the SO2 concentration also showed a high value at the time when the PM10 and PM2.5 concentrations were relatively high. The SO4 2- concentration in PM2.5 in Busan showed a similar trend to the change in PM10 and PM2.5 concentrations. It rose sharply from 1300 LST on August 4, at the time where it was expected to have been affected by the Nishinoshima Volcano. This study has shown that the occurrence of high concentration fine particle in Busan in summer has the potential to affect Korea not only due to anthropogenic factors but also from natural causes such as volcanic eruptions in Japan.

This research investigated the effect of the eruption of Japan Sakurajima volcano on the concentration of ultrafine particle when the north Pacific high pressure exists in the Busan in summer. As a result of analyzing the forward trajectory using the HYSPLIT model, the air parcel from Sakurajima volcano passed through the sea in front of Busan at 1500 LST on July 17, 24 hours after the volcanic eruption. As a result of analyzing the PM10 and PM2.5 concentrations in the Busan for two days from July 16 to 17, 2018, the Sakurajima eruption in Japan, it can be seen that there was a high increase in PM10 and PM2.5 concentrations compared to the previous day. As a result of analyzing the backward trajectory, the air mass that reached Busan at 1300 LST on July 17, 2018 has moved near the Sakurajima volcano at 1,500 m, 2,000 m, and 3,000 m. The concentration of SO4 2- in PM2.5, the concentration of all three stations in Busan showed a sharp increase from 1000 LST on July 17th. Looking at the NH4 + concentration in PM2.5, it shows a very similar variation trend to SO4 2-, and the correlation coefficient between the two components is 0.96 for Jangrimdong and Yeonsandong, and 0.85 for Busan New Port. Looking at the NO3 - concentration in PM2.5, the same high concentrations as SO4 2- and NH4 + were not observed in the afternoon of July 17th.

미국 세인트헬렌스 화산분화, 아이슬란드 화산분화 및 일본 신모에다케 화산분화 등에서 알 수 있듯이, 화산재는 항공·도로· 철도 등 사회기반시설의 운영에 매우 심각한 피해를 야기 시킬 수 있다. 여타의 사회기반시설의 피해에 비하여 철도교통은 화산의 2차적 피해인 화산재의 영향으로 운행에 상대적으로 덜 취약하다. 그러나 철도교통 역시 화산재의 쌓임, 흡착, 마모 등으로 운행에 피해를 야기 시킬 수 있는 것은 분명한 사실이다. 따라서 본 연구는 백두산의 화산분화 시 다양하게 예측되는 피해 중 철도교통 부분에 미치는 화산재 피해 부분을 살펴본다. 그리고 국가의 재정과 인력이 한계를 인지하고, 다양한 피해 부분 중에서 우선적으로 점검해야하는 피해를 바탕으로 우선관리 대상을 도출하는 것을 목적으로 한다. 본 연구는 화산재 피해에서 발생될 수 있는 우선 관리 대상을 찾는 연구로 이를 위해 선행연구와 철도교통의 연구의 내용을 확인하고 예상 피해의 종류 및 해외의 화산재 피해로 인한 철도 교통의 운행 중단 및 위험 사례를 조사한다. 그리고 기존연구 및 해외사례 구성 체계를 바탕으로 화산재 피해 시 우선관리를 해야 하는 대상을 지표로 종합화한다. FGI( Focus Group Interview) 과정을 거쳐 지표의 후보군을 도출 후 적합성을 검증한다. 후에 AHP전문가 설문을 위한 구조도를 작성하고 이에 따라 AHP분석을 실시한다. 이를 통해 도출된 가중치를 해석하고 적용방안을 살펴본다.

최근 우리나라를 포함하여 동북아 지역에 위치한 중국 및 일본, 러시아 등에서 화산재해의 위험성에 대한 경각심이 높아지고 있으며, 이러한 화산재해의 위험성에 공동으로 대처하기 위한 협력체계의 구축이 활발하게 전개되고 있다. 우리나라는 그동안 화산재해가 발생하지 않아 화산피해의 위험성이 타국에 비해 적다고 인식되어 왔으며, 그 결과 화산재해에 관한 연구 및 제도정비가 미흡한 상황이다. 최근 백두산 화산분화의 가능성이 제기되면서 화산분화가 우리나라에 미치는 영향에 대한 호기심과 불안감이 점점 커져가고 있으며, 실제 화산분화 후 우리나라에까지 화산재가 확산 및 낙하할 경우, 특히 항공교통 부문에 미치는 영향은 매우 지대할 것으로 예상된다. 따라서 이와 같은 상황이 발생하여 화산재가 우리나라에 까지 확산 및 낙하할 경우 항공교통 부문에 어떠한 영향을 미칠 것인지, 그 중에서도 특히 어떤 요소에 영향을 미칠 것인지에 대한 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 국외의 화산분화 사례와 각국의 화산재해에 대한 대응방안을 조사·분석하고, 전문가 집단에 대한 심층면접 조사 및 AHP분석을 통해 항공교통 부문에 있어서의 위험요소에 대한 가중치를 산정하였다. 이러한 연구결과는 화산재 확산 및 낙하에 따른 관리기준 및 대응방안을 수립시 활용이 가능할 것으로 기대된다.

최근 기상청 및 소방방재청의 연구결과 백두산 화산은 가까운 장래에 폭발할 것이라고 전망하고 있다. 화산 폭발의 영향은 화산마다 다르지만 폭발 기간이 적게는 수시간, 많으면 10년 이상 지속된다. 화산에 의한 대표적인 피해유형으로 화산가스, 화산력 및 화산재, 화쇄류, 용암류, 토석류, 융설형 화산이류로 인한 피해가 대표적이다. 이중 화산재는 직접적인 인명에 대한 직접적인 사상 위험성은 없으나, 피해 범위가 광범위하다. 또한 인체 건강, 사회기반시설, 환경기초시설, 건물, 산업시설 등 경제적·산업적으로 막대한 국가적 손실을 일으키게 된다. 이를 통해 빠르고 효율적으로 화산재를 처리하는 기술 확보로 화산재로 인한 국가적인 손실을 최소화하고자 한다. 본 연구에서는 국내외 도로 청소차 등의 장비 운영사례를 분석하여, 백두산 화산폭발에 대비한 도로에서의 화산재 청소 방안에 대해서 제시하고자 한다.

백두산은 지리적으로 전체 면적의 3분의 1이 북한에, 그 나머지 영역이 중국에 속해있다. 최근 백두산 화산분화의 다양한 전조현상들이 나타나고 있으나 백두산에서 실제 일어나고 있는 직접적인 분화 전조현상에 대한 관측 자료를 획득하는 것은 쉽지 않다. 또한 현재 분화 가능성이 대두되고 있는 백두산지역의 지질학적인 환경을 고려한 분화 시나리오에 대한 연구가 매우 부족한 상태이기 때문에 지질학적인 요인을 고려한 분화 시나리오의 작성과 화산재의 한반도 유입 가능성에 대한 신속한 대응을 위한 화산재 확산 조기경보 기술의 개발이 필요한 시점이다. 우리나라는 백두산으로부터 지리적으로 약 500km이상 떨어져 있고, 화산재 및 오염물질의 확산으로 인한 간접적인 피해 영향권 내에 있으므로, 백두산이 폭발적으로 분화한다면 백두산을 중심으로 한반도 주변의 기압배치에 따른 종관 기상장의 영향을 받아 화산 분출물들이 대기 중에서 이류, 확산, 침적됨으로 인해 지리적 위치에 따라 지역적으로 장·단기적인 피해가 발생할 가능성이 예상된다. 본 연구에서는 화산재의 이동 경로 및 침적두께를 추정할 수 있는 Fall3D모델을 사용하여 분화구 주변지역으로부터 한반도의 동쪽에 위치하고 있는 일본지역까지 시간에 따른 화산재 확산현상을 수치모의 하였다. 또한 백두산 분화를 가정한 대표사례일의 기상장을 계산하고 화산에서 분출되어진 총 분출량에 따라 구분되는 화산폭발지수에 따른 화산재의 확산 경로, PM10농도, 화산재의 침적두께를 계산, 분석하였다.

Approximately 13% of the world’s active volcanoes are located in Indonesia. Indonesia has 129 active volcanoes those are scattered in Sumatra, Java, Bali, Nusa Tenggara, Maluku and Sulawesi islands(1). Seventy-nine of them erupted in historical times (type A). In this study, case study on the volcanic eruption of Merapi on 2010 and Kelud on 2007 are presented. The present study investigates a brief of volcano eruption characteristics, conditions to high risks areas, volcanic activity and its impact, national and local response in term of preparedness during the disaster. It was found that crisis management team was well organized and strategic; however the results showed that crisis management that was not fully integrated with the way of life of the local communities at risk and that information, communication and trust were lacking. Therefore, beside knowledge and awareness, the participation of the community is necessary in responding to a disaster.

화산분화재난은 판상형 지구 지각의 활동으로 인하여 발생하는 자연재난의 한 유형이다. 한반도에도 백두산, 한라산과 같은 화산이 분포하고 있지만 우리나라에서는 이러한 화산들이 그동안 사화산 또는 휴화산으로 분류되어 재난의 발생위험이 매우 낮은 것으로 인식해왔다. 그결과 재난의 유형을 정의하는 우리나라의 기본법령인 「재난 및 안전관리 기본법」과 「자연재해대책법」에서는 화산과 관련된 재난의 명칭을 명기하지 않았으며 화산의 특성을 고려한 정부의 재난대응체계도 최근까지 갖추지 못한 상태였다. 그러나 2002년부터 2006년까지 백두산은 화산활동을 재개하여 2003년 11월 최대 243회의 지진이 발생하였고, 2004년 12월에는 최대 4.4진도의 지진이 발생하였다. 본 연구는 이러한 백두산 화산분화의 가능성을 고려하여 화산분화재난이 육상교통에 어떠한 위험요인으로 작용하며 그 영향은 어떠한지 전세계에서 발생한 화산재난 사례 중에서 육상교통에 피해를 발생시킨 사례를 조사하고, 그 영향을 분석하는 것을 목적으로 하였다.