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부분최소제곱 구조방정식(PLS-SEM)을 이용한 폭염과 가뭄의 영향평가
유지영,김장경,한정우,김태웅 대한토목학회 2021 대한토목학회논문집 Vol.41 No.2
폭염의 발생 메커니즘은 대부분 종관 규모적 관점에서 연구가 이루어지고 있으나, 폭염발생 이전의 또 다른 자연재해로 인한 연쇄적인 영향을 해석하기 위한 연구도 중요하다. 본 연구에서는 폭염 발생 이전에 나타나는 가뭄과의 인과관계 및 영향을 평가하기 위해 부분최소제곱 구조방정식 모형(PLS-SEM)을 이용하였다. 1974년부터 약 46년간 발생한 여름철 폭염에 미치는 계절별 가뭄의 영향정도는, 겨울철 서울(경기)지역은 37%, 강원지역은 21 %, 충청지역은 17 %이며, 봄철 서울(경기)지역은 29 %, 강원지역은 18 %, 충청지역은 8 %이며, 여름철 서울(경기)지역은22 %, 강원지역은 29 %, 충청지역 38 %로 확인되었다. 이는 지역별로 나타나는 폭염과 계절별 가뭄이 미치는 영향의 정도가 다르기 때문에 따라 나타나는 결과로 해석된다. 여름철 가뭄-폭염 간의 영향이 크게 나타난 강원, 충청 지역은 서울(경기)지역에 비해 가뭄-폭염으로 인한 피해양상이 복합적으로 나타날 가능성이 있다. The occurrence mechanisms of heatwave have been conventionally studied at a synoptic scale. However, the implications of precedentdroughts on the following up heatwave occurrences have not been elucidated and are important to address the complex causal mechanisms of heatwaves. Therefore, this study evaluated the causality and implication of the seasonally antecedent droughts to summer heatwaves that occurred for 46 years since 1974 using partial least squares-structural equation modeling (PLS-SEM). The resulting contribution of winter (spring and summer) droughts to summer heatwaves for Seoul-Gyeonggi, Gangwon, and Chungcheong provinces were 37 % (29 % and 22 %), 21 % (18 % and 29 %), and 17 % (8 % and 38 %), respectively. This is due to the regional variability of seasonal drought impacts. Furthermore, Gangwon and Chungcheong provinces, which have a higher level of impacts of summer droughts to summer heatwaves, are more likely to be exposed to the compound drought-heatwave damages compared to Seoul-Gyeonggi province, which has relatively a low-level impact of summer drought.
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유지영,김태웅,김정엽,문장원 대한토목학회 2017 대한토목학회논문집 Vol.37 No.4
This study evaluated the consistency of the standard flow to forecast low-flow based on various drought indices. The data used in thisstudy were streamflow data at the Gurye2 station located in the Seomjin River and the Angang station located in the Hyeongsan River,as well as rainfall data of nearby weather stations (Namwon and Pohang). Using streamflow data, the streamflow accumulation drought index (SADI) was developed in this study to represent the hydrological drought condition. For SADI calculations, the threshold of drought was determined by a Change-Point analysis of the flow pattern and a reduction factor was estimated based on the kernel density function. Standardized runoff index (SRI) and standardized precipitation index (SPI) were also calculated to compared with the SADI. SRI and SPI were calculated for the 30-, 90-, 180-, and 270-day period and then an ROC curve analysis was performed to determine the appropriate time-period which has the highest consistency with the standard flow. The result of ROC curve analysisindicated that for the Seomjin River-Gurye2 station SADI_C3, SRI30, SADI_C1, SADI_C2, and SPI90 were confirmed in oder of having high consistency with standard flow under the attention stage and for the Hyeongsan River-Angang station, SADI_C3,SADI_C1, SPI270, SRI30, and SADI_C2 have order of high consistency with standard flow under the attention stage. 본 연구에서는 하천의 갈수관리를 위한 기준유량과 가뭄지수와의 일관성 분석을 수행하기 위해서, 국토교통부 홍수통제소에서 고시한 37개 갈수예보 관리지점 중 섬진강 수계의 구례2지점과 형산강 수계의 안강지점을 대상으로 하여 관측된 일별 유량 자료를 구축하였으며, 더불어 인근 기상관측소 남원지점과 포항지점의 강우량 자료를 활용하였다. 본 연구에서는 하천 유량자료를 기반으로 한 수문학적 가뭄상황을 재현해줄 수 있는 유량누가가뭄지수(SADI)를 개발하였다. SADI는 유량패턴의 변동시점(Change-Point) 분석을 통해 가뭄절단수준을 결정하였고, 또한 감소계수 추정을 위해 핵밀도함수를 이용하였다. 이처럼 계산된 SADI는 표준유출지수(SRI), 표준강수지수(SPI)와 비교되었으며, 이 중 SRI와 SPI는30일, 90일, 180일, 270일 시간단위에 대한 가뭄지수를 모두 산정한 후, ROC 곡선 분석을 이용하여 갈수예보 기준유량과 일관성이 가장 높은 시간단위를 최종 결정하였다. 갈수예보 지점의 관심단계 예보기준유량을 기반으로 하여 다양한 가뭄지수와의 ROC 곡선 분석을 실시한 결과, 섬진강 수계의 구례2지점은 SADI_C3, SRI30, SADI_C1, SADI_C2, SPI90의 순으로 갈수예보의 정확도가 높은 것으로 나타났다. 또한, 형산강수계의 안강지점은 SADI_C3, SADI_C1, SPI270, SRI30, SADI_C2의 순으로 갈수예보의 정확도가 높은 것으로 나타났다.
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가뭄사상에 대한 3차원적 시공간 분석을 통한 가뭄지도 개발
유지영,소병진,권현한,김태웅 대한토목학회 2020 대한토목학회논문집 Vol.40 No.1
A drought event is characterized by duration, severity and affected area. In general, after calculating a drought index using hydrometeorologicaltime series at a station, a drought event is defined based on the run theory to identify the beginning and end time. However, this one-dimensional analysis has limitations for analyzing the spatio-temporal occurrence characteristics and movement paths of drought. Therefore, this study is to define a three-dimensional drought event using a simple clustering algorithm and to develop a drought map that can be used to understand the drought severity according to the spatio-temporal expansion of drought. As a result, compared with the two-dimensional monitoring information to show spatial distribution of drought index, a proposed drought map is able to showthree-dimensional drought characteristics inclusing drought duration, spatial cumulative severity, and centroid of drought. The analysisof drought map indicated that there was a drought event which had the affected area less than 10 % while on occations while there were 11 drought events (44 %) which had the affected area more a than 90 % of the total area. This means that it is important to understand the relationship between spatial variation of drought affected area and severity corresponding to various drought durations. The development of drought map based on three-dimensional drought analysis is useful to analyze the spatio-temporal occurrence characteristics and propagation patterns of regional drought which can be utilized in developing mitigation measures for future extreme droughts. 가뭄사상은 지속기간, 심도, 피해면적 등으로 특성화 할 수 있다. 일반적으로 가뭄사상은 관측소별로 구축된 시계열 자료를 이용하여 가뭄지수를 산정한 후, 연속이론에 따라 가뭄의 시작과 종료 시점을 파악하여 정의된다. 하지만 이와 같은 1차원적 분석방법은 가뭄의 시공간적인 발생특성 및 이동경로를 분석하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 단순 클러스터링 알고리즘을 활용하여 3차원(경도, 위도, 시간)적 가뭄사상을 정의하고, 가뭄의 시공간적 확장에 따른 가뭄상황을 파악할 수 있는 가뭄지도를 개발하였다. 이러한 가뭄지도는 가뭄지수를 공간적으로 표출하는 2차원적 가뭄 모니터링 정보와 비교하여 3차원적 가뭄사상에 대한 특성(지속기간, 공간적 누적심도, 가뭄의 중심)을 모두 표출하는 것이다. 그 결과 가뭄 지속기간 내 가뭄 발생면적이 최소 10 % 미만인 국소면적인 경우도 있는 반면, 최대 90 % 이상으로 확장되는 비율도 44%(25개 사상 중 11개 사상)로 확인되었다. 이는 3차원적으로 해석한 다양한 가뭄 지속기간 변화에 따른 공간적인 가뭄의 면적 변화와 심도(강도) 변화에 대한 관계는 매우 중요하다는 것을 재확인 하는 것이다. 3차원 시공간적 가뭄분석을 통한 가뭄지도 개발을 위한 연구는 미래 극한가뭄 대응 방안을 마련함에 있어서는 지역적 가뭄의 시공간적 발생특성 및 패턴을 해석하는 데 활용가능성이 있을 것으로 기대된다.
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