초고해상도 지표 수문-하도 추적 모델을 통한 역학적 상세화 기술 개발: 한국 사례 연구

감종훈 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

우리 사회가 정책 결정에 사용 가능한 수문 이상 기상 또는 기후에 대한 정보를 제공하기 위해서는 초고해상도 지표면 수문 모델 개발이 필수적이다. 기존의 저해상도 기후 모델들에서 제공되는 제한적인 지표면 수문 과정들을 개선하기 위해, 수문학적 변수들은 고해상도 지표면 수문 모델링 기술을 통해 역학적인 상세화가 시도되었다. 예를 들어, 미국 해양 기상청 산하 기관인 국가 물 센터(National Water Center)에서는 250-미터 격자의 미국 초고해상도 수문 모델을 통해 수문 변수들의 역학적인 상세화를 시도하고 있다. 본 연구에서는 25-km 격자의 일별 ECMWF Reanalysis v5 (ERAv5) 재분석 데이터(1980-2020)를 기상 강제 데이터로 이용하여 Variable Infiltration Capacity-하도 추적(VIC-River Routing)모델을 통해 한국 하천량의 역학전인 상세화를 시도하였다. 본 연구에서는 하도 추적 모델에서 사용되는 하천망 정보의 공간적 규모에 따른 하천량 정확도를 평가하기 위해, 90미터 (3 arc second), 450 미터(15 arc second), 그리고 900 미터 (30 arc second) 격자의 한국 하천망 정보를 사용하여 역학적인 상세화를 시도하였다. 본 연구에서는 극한 홍수나 가뭄의 과거 사례들을 통해 하천망 정보의 공간 규모에 대한 수문학적 변수인 하천량 정확도를 평가하였다. 끝으로, 초고해상도 지표 수문-하도 추적 모델을 통한 상세화 기술의 한계점과 개선 방안을 논의하였다. 본 연구는 기후변화로 인한 이상 기상 또는 기후의 위험성 증가에 효율적인 선제 대응할 수 있는 중요한 수문 기후 모델 기술을 개발에 중요한 기여할 것이다.

전지구 수문해석 모형의 국내 적용성 평가

손경환,이종대,배덕효 한국수자원학회 2010 한국수자원학회논문집 Vol.43 No.12

본 연구의 목적은 전지구 수문해석도구인 지표수문해석모형과 전지구 자료의 적용성을 평가하는데 있다. 이에 적정 지표수문해석모형을 선정하고 관측 댐 상류 유역을 대상으로 모형의 모의 능력을 평가하였다. 전지구 자료는 전 세계를 대상으로 제공되는 기상 및 지형 자료를 이용하였으며, 전지구 자료의 불확실성을 평가하기 위해 자료별 생성되는 유출 결과의 정확도를 분석하였다. 또한 기간별 유출분석을 수행하여 전지구 자료의 활용방안을 마련하였다. 국내 자료를 기반으로 The objective of this study is to evaluate the application of Land Surface Model (LSM) and global spatial and weather data. After selecting the appropriate LSM, we evaluated the calculation ability of the model for dam basins. Based on the global meteorol

지표수문해석모형을 활용한 국내 가뭄해석 적용성 평가

손경환,배덕효,정준석 한국수자원학회 2011 한국수자원학회논문집 Vol.44 No.8

본 연구의 목적은 전지구 수문해석도구인 지표수문해석모형을 활용하여 국내 가뭄해석에 적용성을 평가하는데 있다. 이에 댐 상류 유역의 관측유입량 자료를 대상으로 모형의 모의능력을평가하고 남한 전역에 대한 수문성분(유출, 토양수분)을 생산하였다. 격자별 일 단위 유출 및 토양수분자료를 해당기간별 누가 시계열(3, 6, 12개월)로 변환하여 가뭄지수를 생산하였고, 빈도해석에 따른 누가확률값 산정 및 표준화를 통해 SRI 및 SSI를 산정하였다. 산정된 지수의 The objective of this study is to evaluate the applicability of a Land Surface Model (LSM) for drought analysis in Korea. For evaluating the applicability of the model, the model was calibrated on several upper dam site watersheds and the hydrological com

지표수문해석모형의 국내유역의 적용성 비교 · 평가: 안동댐, 용담댐유역 중심으로

조현곤,임윤진,김백조,김광섭 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.1

The regional impacts of climate change have caused more frequent and severe extreme hydrologic events such as droughts and floods. The better understanding of the hydrologic circulation related atmosphere, hydrosphere, and geosphere, and the application of suitable land-atmosphere models are essential to analyze the regional impacts of climate change. In this study, DHSVM and TOPLATS model are applied to the Yongdam and Andongdam basins which have flux tower data for 2013 year. In this study, RMSE, R 2 , MSRE methods are used to evaluate the models. Comparisons of model results and observation data of net radiation, sensible heat, latent heat, ground heat, evapotraspiration, and soil moisture demonstrated that overall performance of test statistics of DHSVM is better than that of TOPLATS. 기후변화에 따른 지역적 영향은 가뭄과 홍수의 빈도와 강도가 증가하는 등 지역기후의 변동성이 증가하고 있는 추세이다. 이러한 변동특성을 분석하기 위하여 기권, 수권, 지권이 연계된 수문순환의 보다 정확한 이해가 필요하며 이를 위해 적절한 지표수문해석 모형의적용이 매우 중요하다. 본 연구에서는 지표수문해석 모형인 DHSVM 모형과 TOPLATS 모형의 적용성을 분석하기 위하여 용담댐과안동댐 유역에 대하여 2013년 플럭스 자료를 수집하고 모의결과를 비교 분석하였다. 모형의 적용성 평가를 위해 제곱근-평균-제곱-오차(RMSE), 결정계수(R 2 ) 및 평균제곱상대오차(MSRE)를 이용하였다. 순복사량, 현열, 잠열, 지열, 증발산 및 토양수분 자료에 대한 관측치와 모의결과에 대한 비교·분석 결과, DHSVM 모형 결과에 대한 검정통계량이 TOPLATS 모의 결과에 대한 검정통계량 보다 큰차이를 보이지 않았지만 전반적으로 개선된 결과를 보였다.

수문-하도 추적 모델을 통한 초고해상도 하천 유량과 수문학적 가뭄 분석: 충남 서부권 사례 연구

김병희,감종훈,박창균 한국기상학회 2022 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.10

지표수문해석모형을 활용한 동아시아 유출해석 및 평가

손경환,이문환,배덕효 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.2

본 연구에서는 지표수문해석모형을 활용한 동아시아 지역의 유출해석을 수행하고 그 적용성을 평가하였다. 이에 전지구 자료를 수집한 후 모형의 입력자료로 재구성하였으며, 모의 결과의 검증을 위해 GRDC에서 제공하는 국외 34개 지점의 관측유량자료를 수집하였다. 쾨펜의 기후대 구분을 통한 매개변수 전이 방법을 이용하여 미계측지역의 유출 매개변수를 결정하였으며, 동아시아 지역에 유출해석을 수행하였다. 그 결과 미계측지역으로 가정한 17개 유역에서 모의치가 관측치와 유사하게 거동하는 것으로 나타나 결과의 신뢰성이 높음을 확인하였다. 최종 결정된 매개변수로부터 동아시아 전역에 수문성분을 산정하였으며, 대체로 동아시아 지역의 국가들의 수문성분 거동은 계절별로 유사한 것으로 확인되었다. 또한, 중국의 남부지역, 일본 및 대만은 동아시아 내에서도 유출의 발생이 가장 높은 반면, 몽골 및 중국 북부지역에서는 매우 낮은 것으로 분석되었다. The objective of this study is to evaluate the applicability of Land Surface Model (LSM) for estimating the runoff on East Asia. Global geographical and weather data are used as input for the model and for the model verification, the simulated runoff results are compared with observed data from 34 global observation stations provided by Global Runoff Data Center (GRDC). Köppen's climate zone is used to calculate the model parameter for ungaged basins. As a result, the simulated runoff shows good performance comparing with observed data in 17 basins assumed as ungaged basins. The Hydrologic components on East Asia area are estimated from the model and the continental water balance components are seasonally similar to each country. Also, it reveals that runoffs from southern China, Japan and Taiwan are much higher than those from mongolian and northern China.

분포형 생태수문모형 개발 및 내성천 유역에의 적용

최대규,김인환,김정숙,김상단 한국수자원학회 2013 한국수자원학회논문집 Vol.46 No.11

본논문에서소개되는분포형생태수문모형은현실적으로확보가능한입력자료와최소한의매개변수를이용하여유역의수문, 식생, 지표온도를모의하는모형이다. 개발된모형은내성천유역에대해적용하여모형의활용가능성을살펴보았다. 우선적으로 매개변수에 대해 민감도 분석을 실시하여 모의결과에 많은 영향을 주는 매개변수를 선별해보았으며 이후최적화 기법을 통해 모형의 매개변수를 추정하여 내성천 유역의 최근 10년간(2001~2010)의수문, 식생, 지표온도 그리고 추적(routing)을통한하천유량및하천수온을모의하였다. 최적화기법을통해추정자료를이용하여매개변수를추정하였으며 일부 격자를 제외한 대다수의 격자에서 적절히 모의된 것을 확인하였다. 하천유량 및 하천수온의 경우 단위 유역말단두지점에대해검증을실시하였으며하천유량및하천수온적절히모의된것을확인할수있었다. 실제유역인내성천유역을대상으로분포형생태수문모형이최소한(현실적으로확보가능한)의입력자료와매개변수를이용함에도불구하고유역 수문순환 및 식생을 적절히 설명하고 있음을 살펴볼 수 있다. Distributed ecohydrological model which can simulate hydrological components, vegetation and landsur- face temperature using practically available input and observed data with minimum parameters is introduced. This model is designed to properly simulate in area with lack of observed data. Parameter estimation and calibration of the model can be carried out with indirectly estimated data (monthly surface runoff by NRCS- CN method and annual actual vaporization by empirical equation) and remote sensing data (NDVI, LST) instead of observed data. We applied this model in the Naeseong creek basin to evaluate the model validity. Firstly, we found the sensitive parameters which largely influence the simulation results by sensitivity analysis, and then hydrological components, vegetation, land-surface temperature, routed streamflow and water temperature were simulated over 10 years (2001 to 2010) using calibrated parameters. Parameters are estimated by optimization method. It is shown that most of grids are well simulated. In the case of streamflow and water temperature, we checked two observed points in the outlet of watershed and it is shown that streamflow and water temperature are properly simulated as well. Hence, it can be shown that this model properly simulate the hydrological components, vegetation, land-surface temperature, routed streamflow and water temperature as well, even though in despite of using limited input data and minimum parameters.

VIC 모형을 이용하여 모의된 한반도 토양수분 자료의 분석 및 검증

조은샘,송성욱,유철상 한국습지학회 2017 한국습지학회지 Vol.19 No.1

본 연구에서는 지표수문해석모형을 이용하여 과거 30년에 대한 남한과 북한의 토양수분을 모의하고 그 거동 차이를 분석하였다. 아울러 VIC 모형의 모의결과를 평가하기 위해 Soil Moisture CCI에서 제공하는 위성관측 토양수분 자료 를 분석하였다. 모의결과와 관측자료 사이의 비교에는 CSEOF 분석을 적용하여 단순한 토양수분 값의 비교가 아닌 VIC 모형의 성능을 간접적으로 평가하는 방법을 이용하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 토양수 분의 경년변동은 남한과 북한 모두 전체적으로 유사한 경향을 보였으나, 남한의 토양수분이 북한의 토양수분보다 작게 는 1%에서 크게는 7%까지 높은 것으로 확인되었다. 둘 째, 월 단위 토양수분의 경우, 봄철에 해당하는 4 – 6월의 토 양수분 상태는 남한과 북한에서 유사하게 나타났다. 반면, 장마철 이후 토양수분은 남한의 경우 최대 40%까지 증가하 지만, 북한에서는 최대 32% 정도에 머무르는 것으로 확인되었다. 셋 째, 전체적으로 모의된 토양수분이 인공위성에서 관측된 토양수분보다 약 4% 정도 작지만, 과거 30년 동안 나타난 증가 정도는 위성관측 토양수분과 유사한 것으로 확 인되었다. 마지막으로, 위성관측 토양수분과 VIC 모형으로 유도된 토양수분 자료에 대한 CSEOF를 비교해본 결과, 4 월부터 6월까지의 토양수분은 공간적으로 서로 상당히 다른 패턴을 보이는 것으로 나타났다. 그러나 7월과 10월의 경 우에는 약한 유사성을 보이고 있으며, 8월과 9월은 상당히 유사한 패턴을 가지고 있음을 확인하였다. In this study, land surface model was used to simulate the soil moisture of South and North Korea for the past 30 years, and the difference in their variation was analyzed. In addition, satellite observed soil moisture data provided by Soil Moisture CCI was analyzed to evaluate the simulation results of VIC model. For the comparison between the simulated and observed data, the CSEOF analysis was applied to indirectly assess the performance of the VIC model rather than simply comparing soil moisture values. The results of this study are summarized as follows. First, the annual variability of soil moisture showed a similar tendency in both South and North Korea, but it was found that the soil moisture in South Korea was as high as 1%, up to 7%, higher than the soil moisture in North Korea. Secondly, the soil moisture in spring between April to June is similar in South and North Korea, whereas the soil moisture after the rainy season is up to 40% in South Korea, but remains at maximum 32% in North Korea. Third, the overall simulated soil moisture is about 4% smaller than the satellite observed soil moisture, but the degree of increase over the past 30 years is similar to that of satellite observed soil moisture. Finally, a comparison of the CSEOF from the satellite observed soil moisture and the VIC model derived soil moisture showed that the soil moisture from April to June shows a much different pattern from each other. However, in July and October, there was a slight similarity, and it was confirmed that August and September has quite similar patterns.

돌발홍수 예보를 위한 빅데이터 분석방법

박다인,윤상후 한국디지털정책학회 2017 디지털융복합연구 Vol.15 No.11