기후 및 토지이용 변화 시나리오 기반 한반도 미래 수문학적 및 생태학적 가뭄 전망 = Projecting future hydrological and ecological droughts with the climate and land use scenarios over the Korean peninsula

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It is uncertain how global climate change will influence future drought characteristics over the Korean peninsula. This study aims to project the future droughts using climate change and land use change scenarios over the Korean peninsula with the land surface modeling system, i.e., Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling system (WRF-Hydro). The Representative Concentration Pathways (RCPs) 2.6 and 8.5 are used as future climate scenarios and the Shared Socio-economic Pathways (SSPs), specifically SSP2, is adopted for the land use scenario. The using Threshold Level Method (TLM), we identify future hydrological and ecological drought events with runoff and Net Primary Productivity (NPP), respectively, and assess drought characteristics of durations and intensities in different scenarios. Results show that the duration of drought is longer over RCP2.6-SSP2 for near future (2031-2050) and RCP8.5-SSP2 (2080-2099) for the far future for hydrological drought. On the other hand, RCP2.6-SSP2 for the far future and RCP8.5-SSP2 for the near future show longer duration for ecological drought. In addition, the drought intensities in both hydrological and ecological drought show different characteristics with the drought duration. The intensity of the hydrological droughts was greatly affected by threshold level methods and RCP2.6-SSP2 for far future shows the severest intensity. However, for ecological drought, the difference of the intensity among the threshold level is not significant and RCP2.6-SSP2 for near future and RCP2.6-SSP2 for near future show the severest intensity. This study suggests a possible future drought characteristics is in the Korea peninsula using combined climate and land use changes, which will help the community to understand and manage the future drought risks.

국문 초록 (Abstract)

기후 변화는 한반도 가뭄 특성에 영향을 미칠 것으로 예측되지만 불확실성이 존재한다. 이에, 본 연구는 지면 모델링 시스템 중 하나인 WRF-Hydro 모형에 기후변화와 토지이용 시나리오를 이용하여 한반도 미래 가뭄을 예측하는 것을 목표로 하였다. 기후 변화 자료는 RCP2.6과 RCP8.5 시나리오, 지표면 변화 자료는 공통사회경제경로(Shared Socio-economic Pathway, SSP) 시나리오를 사용하였다. 임계수준 방법을 적용하여 유출량과 순 일차 생산량(Net Primary Productivity, NPP)값을 이용한 미래 수문학적 가뭄과 생태학적 가뭄을 정의하였고, 각 시나리오 별 가뭄의 기간과 강도의 특성을 평가하였다. 수문학적 가뭄 기간은 RCP2.6-SSP2 가까운 미래(2031-2050)와 RCP8.5-SSP2 먼 미래(2080-2099) 시나리오에서, 생태학적 가뭄 기간은 RCP2.6-SSP2 먼 미래와 RCP8.5-SSP2 가까운 미래에서 긴 가뭄 기간을 보였다. 가뭄 강도는 가뭄 기간과 다르게, 두 가뭄 모두 RCP2.6-SSP2 먼 미래와 RCP8.5-SSP2 가까운 미래에서 큰 강도를 보였다. 수문학적 가뭄의 경우 RCP2.6-SSP2 먼 미래가 가장 심도가 크고 임계수준의 크기의 영향을 많이 받았다. 그러나 생태학적 가뭄 심도는 RCP2.6-SSP2 가까운 미래와 RCP2.6-SSP2 먼 미래에서 큰 심도를 보이고, 임계 수준에 따른 심도 크기의 시나리오 별 차이는 작았다. 이 연구는 기후변화와 토지이용변화에 따른 한반도 미래 수문학적 및 생태학적 가뭄 특성을 이해하고 관리하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

참고문헌 (Reference)

1 김재영, "초기 강우에 의한 도시 유역 비점오염 부하의 유입 저감을 위한 침강 처리 시설 적용 타당성 분석" 대한환경공학회 39 (39): 140-148, 2017

2 김학관, "장래 기후변화와 토지이용 변화에 따른 농촌소유역의 수문 영향 분석" 한국농공학회 53 (53): 75-84, 2011

3 곽용석, "유효가뭄지수(EDI)를 이용한 한반도 미래 가뭄 특성 전망" 한국기후변화학회 9 (9): 31-45, 2018

4 김다래, "미래 기후변화와 토지이용변화가 안성천 공도 도시성장 유역의 수문에 미치는 영향 평가" 한국수자원학회 51 (51): 141-150, 2018

5 안소라, "기후변화와 토지이용 변화가 도시화 진행 유역수문에 미치는 영향 평가" 대한토목학회 35 (35): 567-577, 2015

6 강혜순, "기후변화에 대한 식물의 생태적 반응: 연구동향과 한국에서의 적용가능성" 한국하천호수학회 46 (46): 319-331, 2013

7 박명우, "기상청 1-km 해상도 RCP 시나리오에 따른 가뭄심도-지속기간-재현기간 분석" 한국방재학회 15 (15): 347-355, 2015

8 Naabil, E., "Water resources management using the WRF-Hydro modelling system : Case-study of the Tono dam in West Africa" 12 : 196-209, 2017

9 Daly, C., "Physiographically-sensitive mapping of temperature and precipitation across the conterminous United States" 28 (28): 2031-2064, 2008

10 Gochis, D.J, "National Center for Atmospheric Research"

11 Kim, J. E., "Hydrologic risk assessment of future extreme drought in South Korea using bivariate frequency analysis" 11 (11): 2052-, 2019

12 Hisdal, H., "Have streamflow droughts in Europe become more severe or frequent?" 21 (21): 317-333, 2001

13 유항남, "Estimating carbon stocks in Korean forests between 2010 and 2110: a prediction based on forest volume–age relationships volume–age relationships" 한국산림과학회 9 (9): 105-110, 2013

14 Qi, S., "Effects of forest composition and spatial patterns on storm flows of a small watershed" 45 (45): 1142-1154, 2009

15 Chae, Y., "Economic analysis of climate change damage in Korea using SSP-RCP scenario matrix" Korea Environment Institute 56-72, 2017

16 한우석, "Dyna-CLUE를 이용한 기후 및 토지이용변화를 고려한 미래 홍수 유출 분석 방법" 한국방재학회 15 (15): 361-371, 2015

17 Sung, J. H., "Development of streamflow drought severity-duration-frequency curves using the threshold level method" 18 : 3341-3351, 2014

18 Yucel, I., "Calibration and evaluation of a flood forecasting system : Utility of numerical weather prediction model, data assimilation and satellite-based rainfall" 523 : 49-66, 2015

19 Lee, J. K., "Analysis of climate change researches related to water resources in the Korean peninsula" 3 (3): 97-88, 2012

20 O’Neill, B., "A new scenario framework for climate change research : The concept of shared socioeconomic pathways" 122 : 387-400, 2014

21 Im, E. S., "2018 summer extreme temperatures in South Korea and their intensification under 3℃ global warming" 14 (14): 2019