Earticle

본 연구에서는 지난 10년간 우리나라 각 지역별 기후변화 인자(온도, 습도, 강수량)와 미세먼지의 농도를 관찰하고 기후변화 관련 질병의 보 건경영적 손실가치를 분석하였다. 즉, 각 지역별 기후변화 인자 및 미세먼지의 발생 농도와 기후변화 원인 질병(호흡기 질환, 만성폐쇄성 질환, 간질성 폐질환 등)의 환자 수, 의료비 등을 추적하였으며, 기후변화 인자와 환자 수 및 의료비의 인과관계를 계량적 기법으로 추정하였다. 분석 결과, 첫째로 기후요소가 호흡기 질환 환자 수에 미치는 영향에 대한 분석은 고정효과모형의 추정결과를 기반으로 하는 경우 전국의 평균기온이 상승할수록 기후변화 관련 질환 환자 수도 증가하는 경향이 있다. 또한 일교차가 클수록, 미세먼지와 초미세먼지 농도가 상승할수 록 관련 질환 환자 수가 증가한다. 두 번째로 패널 VAR 모형의 충격반응 함수를 이용하여 추정한 결과 평균 기온 1도 상승에 따라 1년간 환자 수가 1.71%, 의료비용은 1.365% 증가한다. 이 결과 2018년 1년간 의료비용(85,187억원)에 적용하는 경우 의료비용 증가폭은 최대 1,163억원에 달한다.

This study observed climate change factors (temperature, humidity, precipitation) and fine dust concentrations in each region of Korea over the past 10 years, and analyzed the healthmanagement loss value of climate change diseases. As a result of the analysis, first, the analysis of the effect of climate factors on the number of respiratory disease patients tends to increase the number of patients with climate change diseases as the average temperature increases, based on the estimation results of the fixed-effect model. Second, as a result of estimation using the impulse-response function of the panel VAR model, the number of patients increases by 1.71% and medical expenses by 1.365% per year as the average temperature rises by 1 ℃. As a result, when applied to medical expenses (85,187 billion Kwon) for one year in 2018, the increase inmedical damage cost reaches amaximumof 116.3 billion Kwon. This study introduced a new technique to analyze the causal relationship between climate change factors and the loss costs of climate change disease.

이상호우, 사막화, 빙하융해, 생태계 먹이사슬 변화, 이상기온 등 기후변화의 행태는 지구 곳곳에서 다양하게 발발되고 있으며 그로인해 발생되는 인적 물적 피해가 심각하다. 1996년 집중호우에 의한 연천댐체 파괴, 2002년 8월의 낙동강 유역 장기홍수, 2002년 태풍 루사 및 2003년 태풍 매미 등 국내에서는 기후변화 중에서도 주로 이상호우로 인해 발생하는 피해가 많았으며 이들은 주기성이나 특성을 갖지 않아 예측이 어려운 관계로 망양보뢰 식의 후처리에 급급한 실정이었다. 최근 기후변화에 따른 지역별 홍수량, 가뭄량 등에 관한 연구가 가속화되고 있으며, 이와 더불어 해당 기후모델 발현 시 기존 구조물에 미치는 영향에 대한 연구도 필수적이다. 나아가 기존 구조물 뿐 아니라 새로 시공되는 구조물의 설계에서 기후변화에 대한 안정성을 위해 추가적으로 포함해야 할 요소가 있는지에 대한 연구도 필요하다. 본 연구에서는 가상 기후모델에 대해 그 모델이 예측하는 홍수량이 실제 발현되었을 경우를 가정하여, 기존 수공구조물의 안정성에 미치는 영향을 살펴보고 영향인자의 민감도를 분석하고자 한다. 대상 수공구조물은 붕괴 시 영향력이 큰 정도를 기준으로 필댐, 콘크리트차수벽형석괴댐(CFRD), 콘크리트중력식댐, 제방으로 그 범주를 제한 하였으며 대상유역은 한강으로 가정하였다. 구조물의 안정성 검토방법은 각 구조물의 종류에 따라 상이하다. 흙이 주 재료인 제방과 필댐의 경우, 침투(Piping)와 비탈면(Sliding)에 대한 안정성 평가가 이루어지며 CFRD는 댐체와 벽체로 나누어 안정성평가를 하며 댐체 안정성 평가방법은 필댐과 유사하다. 본 연구에서는 하천설계기준(2009)과 댐설계기준(2005)에 따라 각 구조물의 기준안전율을 책정하였으며 점착력, 내부마찰각, 단위중량 등의 물성치는 해당 지역의 토질특성에 따라 여러 문헌을 참고하여 설정하였고 이를 SEEP/W, SLOPE/W 프로그램을 이용하여 구조해석을 실시하였다. 콘크리트중력식댐은 활동, 전도, 지지력에 대해 각각 안정성을 평가하며 MIDAS와 ABAQUS 프로그램을 병행하여 해석하였다. 민감도(Sensitivity)란 안정성에 영향을 미치는 설계인자들의 변화에 따라 안정성이 어떻게 변화하는 지를 말한다. 기후변화에 의한 수공구조물 설계인자 민감도 연구를 통해 기존 설계과정 또는 안정성 검토 시 해당인자의 기여도를 높이거나 새로운 설계인자를 추가하여 미래 상황에 대한 구조물의 위험 정도를 과거대비 상세히 예측할 수 있으며 나아가 적절한 대응 방안 제시에 기여하여 기후변화에 따른 피해를 감소할 수 있을 것이라고 생각된다.

본 연구는 미래 물 관리를 위한 기후변화 대응방안 도출 연구의 사전연구로서 금강유역의 과거 기상 수문요소의 특성변화 분석을 수행하였다. 기상자료로 금강유역 기상관측소 8개소의 37개년(1973~2009)의 기온, 강수량, 상대습도 자료를 수집하였다. 하천수위자료는 수위자료와 수위-유량관계곡선의 신뢰성 문제, 이후 수행될 장기유출분석을 고려하여 최종적으로 공주, 규암 수위관측소의 36개년(1973~2008)의 자료를 이용하였고, 지하수위자료는 강우관측소와 근접하게 위치해 있으면서 과거 자료를 최대한 많이 보유하고 있는 6개 관측소의 10개년(1999~2008)의 자료를 이용하였다. 수집된 자료의 평균, 표준편차, 왜곡도, 변동계수를 산출하여 연 계절별로 수문기상인자의 경년변화를 파악한 결과 기상인자 중 강수량의 변동성이 가장 크게 나타나 경년별 변화가 큰 것으로 분석되었고 하천수위보다는 지하수위가 경년별 변동이 적은 것으로 분석되었다. 수문학적 지속성 분석을 위해 Run 검정, Turning Point 검정, Anderson Exact검정을 이용하여 시계열자료에 주기성이 있는지 분석한 결과 기온과 강수는 무작위성, 상대습도, 하천수위는 지속성을 가지는 인자로 분석되었고 지하수위는 관측소별, 기간별로 무작위성과 지속성이 혼재되어 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 경향성 분석을 위해 단순 선형 회귀분석과 Mann-Kendall 검정을 이용하였다. 그 결과 기온은 연 계절 모두 증가경향이 나타났고, 강수량은 여름에만 증가경향이 나타났으며, 상대습도는 뚜렷한 감소경향을 보였다. 또한 하천수위는 감소경향이 나타났으며 지하수위는 유의수준 범위에서 경향성은 보이지 않았다. 본 연구의 결과는 기후변화로 인해 발생될 수 있는 수자원의 영향을 평가하고 미래 물 관리 적응기술 개발 및 계획 수립을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

As the impacts of climate change have been emerged all the way through society, the potential risks specifically on agricultural water and facilities are recently getting concerned. Evaluating vulnerability of agriculture to climate change on is a time-tested strategy. While a number of researches on the adaption and mitigation of climate change were performed in various aspects for sustainable agricultural production, the vulnerability of management system for agricultural water and infrastructure has not been investigated yet. This study is aimed to clarify the definition of vulnerability to climate change, find the major indicators able to presume the vulnerability, and finally determine the relative importance of the indicators based on the specialist questionnaire survey and its analyses. The lists of indicators for major parts of agricultural water management such as, water use, flood control, reservoir related issues, and pumping and drainage systems are initialized referring to the related precedent studies. The primary survey was conducted in the form of Delphi to complement the list and methods and the main survey was then conducted using AHP(Analytic Hierarchy Process) technique to quantitatively prioritize the indicators. The results derived in this study would be directly adopted in weighting importance of indicators to investigate the indicator-based vulnerability analysis to climate change in agricultural water and infrastructure management.

기후변화와 지구온난화현상은 지구 전체에 걸쳐 분명하게 나타나고 있으며 그에 따라 발생할 수 있는 수문 변화에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 기후변화에 따른 유역 유출의 민감도를 평가하기 위하여 SWAT 모형을 이용하였으며 대청댐유역에 적용하였다. 모형의 보정은 1982-1995년의 월평균 하천유량을 이용하였고 1996-2005년의 자료를 이용하여 검증하였다. 기후변화에 따른 수문 변동을 정량적으로 분석하기 위하여 1988-2002년을 기준시나리오 기간으로 설정하였으며 이산화탄소 농도, 기온, 강수의 변화에 따른 총 7개의 시나리오를 구성하였다. 7개의 시나리오 중 배증 이산화탄소와 기온의 5.4℃ 증가를 반영하는 시나리오는 연평균 4～5%의 하천유량 증가를 예측하였고, 강수량의 변화를 반영하는 시나리오는 -42, -17, 17, 42%의 변화에 따라 -55, -24, 25, 64%의 비선형적인 하천유량 증감이 예측되었다. 기후인자의 변화를 복합적으로 반영하고 있는 시나리오에서는 평균 12%(봄, 여름, 가을)와 63%(겨울)의 하천유량 변화를 예측하였다. 또한 유황분석 결과 대청댐유역의 유출은 기후변화에 매우 민감한 것으로 나타났으며, 이러한 기후변화는 가뭄과 홍수의 심도와 발생기간에 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.

Climate change and global warming are prevalent all over the world in this century and many researchers including hydrologists have studied on the climate change. This study also studied the impact of climate change on streamflows of a basin in Korea. The SWAT model was used to assess the impacts of potential future climate change on the streamflows of the Daecheong Dam Basin. Calibration and validation of SWAT were performed on a monthly basis for the year of 1982-1995 and 1996-2005, respectively. The impact of seven 15-year(1988-2002) scenarios were then analyzed for comparing it to the baseline scenario. Among them, scenario 1 was set to show the result of doubling $CO_2$, scenario 2-6 were set to show the results of temperature and precipitation change, and scenario 7 was set to show the result of the combination of climatologic components. A doubling of atmospheric $CO_2$ concentration is predicted to result in an maximum monthly flow increase of 11 percent. Non-linear impacts were predicted among precipitation change scenarios of -42, -17, 17, and 42 percent, which resulted in average annual flow changes in Daecheong Dam Basin of -55, -24, 25, and 64 percent. The changes in streamflow indicate that the Daecheong Dam Basin is very sensitive to potential future climate changes and that these changes could stimulate the increased period or severity of flood or drought events.

본 연구는 AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)과 MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer) 위성관측을 바탕으로 산출된 남한지역의 장기간(1981-2006년) 순 일차생산량(Net Primary Production, NPP)의 시공간적 변화를 분석하고 그 변화에 영향을 미치는 기후요소와의 상관성을 분석하였다. 남한지역의 AVHRR과 MODIS에서는 연간순 열차생산량이 AVHRR의 경우 893-1068 $g{\cdot}C/m^2$ /yr과 MODIS의 경우 610-695 $g{\cdot}C/m^2$/yr로 나타나고 있으며 두 자료는 통계적으로 약 325 $g{\cdot}C/m^2$/yr 의 차이를 보이고 있다. 해상도 등의 차이가 있으나 지상 관측과 비교한 결과 MODIS 센서에 의한 관측이 보다 근접한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 위성관측자료 분석결과 NPP 값은 식생의 밀도가 높은 산림지역 및 연평균기온이 높은 지역에서 큰 것으로 나타났다. 두개의 위성센서로 산출된 순 열차생산량은 경년변화가 다소 크지만, 각각 장기간에 걸쳐 서서히 증가하고 있는 것으로 나타났으며 1981-2000년 동안 AVHRR에서 매년 평균 2.14 $g{\cdot}C/m^2$/yr, 2000-2006년 동안 MODIS에서 매년 평균 6.08 $g{\cdot}C/m^2$/yr 만큼 증가하였다. 특히 남서해안 지역은 두 위성관측결과 모두 순 일차생산량의 증가가 상대적으로 높았다. 토지피복 지도와 대조결과 그 이유는 논 밭 등의 관개와 비료시용에 의한 농작물의 생산성 증대와 관계가 있는 것으로 추정된다. NPP값은 월별 강수량 및 평균기온에 밀접한 관계가 있는 것으로 확인되었으며, 특히 남한지역의 여름몬순시기에서 강수량과 기온이 모두 가장 큰 상관관계를 보이고 있다. NPP 절대값의 차이 외에도 두 센서로 산출된 순 일차생산량과 기후요소와의 상관성 등의 차이는 두 자료의 토양호흡 등을 포함하는 등 위성자료 복원과정 및 관련 모텔의 차이에 의해 발생하는 것으로 사료된다. 또한 향후 보다 정확한 순 일차생산량을 계산하기 위해 복원과정에서 기상 실측자료 및 보다 현실적인 토지피복 등을 고려해야 할 것이다.

Spatial and temporal variabilities of NPP(Net Primary Production) retrieved from two satellite instruments, AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer, 1981-2000) and MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer, 2000-2006), were investigated. The range of mean NPP from A VHRR and MODIS were estimated to be 894-1068 $g{\cdot}C/m^2$/yr and 610-694.90 $g{\cdot}C/m^2$/yr, respectively. The discrepancy of NPP between the two instruments is about 325 $g{\cdot}C/m^2$/yr, and MODIS product is generally closer to the ground measurement than AVHRR despite the limitation in direct comparison such as spatial resolution and vegetation classification. The higher NPP values over South Korea are related to the regions with higher biomass (e.g., mountains) and higher annual temperature. The interannual NPP trends from the two satellite products were computed, and both mean annual trends show continuous NPP increase; 2.14 $g{\cdot}C/m^2$/yr from AVHRR(1981-2000) and 6.08 $g{\cdot}C/m^2$/yr from MODIS (2000-2006) over South Korea. Specifically, the higher increasing trends over the Southwestern region are likely due to the increasing productivity of crop fields from sufficient irrigation and fertilizer use. The retrieved NPP shows a closer relationship between monthly temperature and precipitation, which results in maximum correlation during summer monsoons. The difference in the detection wavelength and model schemes during the retrieval can make a significant difference in the satellite products, and a better accuracy in the meterological and land use data and modeling applications will be necessary to improve the satellite-based NPP data.

In this study, we analyzed changes and projections of various climatic impact drivers (CIDs) in Ulleungdo using observation (1939-2023) and future scenario data (2021-2100). Among the mean CIDs, the rise in the temperature and the decrease in the wind speeds were most prevalent. The changing rates of annual mean and minimum temperature in Ulleungdo were smaller than the Korea national mean due to the modulation effect of the ocean. However, the maximum temperature showed a greater increasing rate than the national mean. Annual precipitation has not changed while summer precipitation has significantly increased and is expected to increase in the future. Precipitation is essential for the regional water resource management in Ulleungdo. In particular, snowfall has a significant impact on water resources and water cycle patterns in the region. Changes in cold CIDs were clearly pronounced while hot CIDs showed fewer significant changes. Dry CIDs showed no significant change in Ulleungdo indicating a relatively lower potential risk of dry conditions. Many wet CIDs had enhanced their intensity. Since Ulleungdo has geographical characteristics of a non-urban oceanic area, the aspect and scale of climate change also appear differently. These characteristics of Ulleungdo’s climatic conditions might determine the long-term impact of climate change on Ulleungdo. Changes in the existing climate system will affect the ecosystem and socioeconomic system, so appropriate adaptation measures are necessary to reduce various risks of climate change.

수증기는 지구 장파 복사에너지의 주요 흡수인자이다. 따라서 수증기량의 변화를 모니터링하고 변화의 원인을 세밀하게 조사하는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 위성관측에 의해 얻어지는 Total Precipitable Water (TPW)자료를 사용하여 가강수량의 변화패턴을 모니터링 하고자 한다. 또한 기후인자들 중 수증기를 통해 생성되어 수증기의 변화패턴을 분석하는데 있어 중요한 역할을 하는 강수량과 다른 기후인자들에 비해 비교적 주기적으로 나타나는 엘니뇨를 통해 가강수량의 변화패턴과 기후인자와의 상관성분석을 실시하고자 한다. 본 연구에서는 TERRA/AQUA 위성의 Moderate-Resolution Imaging Spectroadiometer (MODIS) 센서를 통해 관측된 TPW의 장기적인 변화와 한반도 중남부지방의 강수량변화를 정량적으로 분석하고, 이들의 관계를 엘니뇨와 함께 비교하였다. 이를 통해 엘니뇨의 발생이 한반도 중남부지방의 강수량과 TPW의 변화에 영향을 주고 있는 지에 대해 조사하고자 한다. 먼저, 시계열 분석을 통해 TPW와 중남부지방 강수량의 변화를 정량적으로 산출하고 anomaly분석을 통해 이들의 변화를 세밀하게 분석한 결과 서로 반대의 양상을 띠는 부분이 발견되어 엘니뇨의 anomaly분석결과와 비교하였다. 그 결과 대부분 같은 양상을 띠고 있던 TPW와 강수량이 엘니뇨가 발생한 후 서로 반대의 양상을 띠는 것을 확인하였다.

Water vapor is main absorption factor of outgoing longwave radiation. So, it is essential to monitoring the changes in the amount of water vapor and to understanding the causes of such changes. In this study, we monitor temporal variability of Total Precipitable Water (TPW) which observed by satellite. Among climate variables, precipitation play an important part to analyze temporal variability of water vapor because it is produced by water vapor. And El $Ni{\tilde{n}}o$ is one of climate variables which appear regularly in comparison with the others. Through them, we analyze relationship between temporal variability of TPW and climate variable. In this study, we analyzed long-term change of TPW from Moderate-Resolution Imaging Spectroadiometer (MODIS) data and change of precipitation in middle area of Korea peninsula quantitatively. After these analysis, we compared relation of TPW and precipitation with El $Ni{\tilde{n}}o$. The aim of study is to research El $Ni{\tilde{n}}o$ has an impact on TPW and precipitation change in middle area of Korea peninsula. First of all, we calculated TPW and precipitation from time series analysis quantitatively, and anomaly analysis is performed to analyze their correlation. As a result, TPW and precipitation has correlation mostly but the part had inverse correlation was found. This was compared with El $Ni{\tilde{n}}o$ of anomaly results. As a result, TPW and precipitation had inverse correlation after El $Ni{\tilde{n}}o$ occurred. It was found that El $Ni{\tilde{n}}o$ have a decisive effect on change of TPW and precipitation.

전지구적 기온상승으로 인해 증발량이 증가할 것으로 예견되었으나, 다양한 지역에서 관측된 팬증발량은 지난 수십 년간 뚜렷한 감소추세를 나타내고 있다. 본 연구에서는 1960년부터 2007년까지 관측된 국내 18개 기상관측소의 팬증발량과, 증발에 관련된 강수량, 온도, 상대습도, 풍속, 일조시간, 일조율에 대한 변화를 분석하였다. 분석결과 팬증발량은 뚜렷한 감소현상을 나타내었으며, 강수량과 온도는 증가추세를, 상대습도, 풍속, 일조시간, 일조율은 감소추세를 나타내었다. 특히, 일조시간과 일조율의 감소추세는 팬증발량과 지역적으로 상당히 일치하고 있음을 확인하였다. 산점도를 그려 상관관계를 확인해본 결과, 일조시간과 일조율은 팬증발량과 양의 상관관계를 강하게 나타내고 있으며, 강수량의 경우는 팬증발량과는 음의 상관관계가 존재하였다. 강릉관측소 사례연구에서 Penman공식에 의해 추정된 개방된 수면에서의 증발량은 팬증발량에서 보인 것 같은 뚜렷한 하향추세가 검증되지 않아, 기존에 팬증발량 관측값으로부터 증발량을 추정하는 것은 장기적인 증발량 변화를 검토하기 위해서는 부적절함을 확인하였다. 마지막으로 팬증발량이 실제증발량과 서로 상호보완적 관계를 갖기 때문에, 팬증발량이 감소하더라도 실제증발량은 증가할 수 있음을 설명하였다.

Evaporation over the world is expected to increase owing to increase in temperature by global warming. However, pan evaporation around the world has decreased in the past few decades. This study, which has been conducted in 18 meteorological gauging stations in Korean peninsula, investigates the changes in pan evaporation and climate variables such as precipitation, temperature, relative humidity, wind speed, sunshine hours, and percentage of sunshine, which can affect evaporation processes; the changes in these variables have been recorded between 1960 and 2007. At most gauging stations, pan evaporation shows statistically significant downward trends. The relative humidity, wind speed, sunshine hours, and percentage of sunshine also show downward trends. On the other hand, precipitation and temperature show upward trends. The spatial distribution of the downward trend in sunshine hours and percentage of sunshine correspond to that of the downward trend in pan evaporation. Scatter plots imply that pan evaporation has a strong positive correlation with the sunshine hours and percentage of sunshine, while it has a negative correlation with precipitation. At the Gangneung gauging station, the open water evaporation estimated using the Penman equation does not show the significant downward trend shown by pan evaporation. This result implies that pan evaporation is not a good indicator of potential or open water evaporations during the investigation of their long-term variability. Finally, this study explains the complementary relationship between pan and actual evaporations. Decreases in the pan evaporation can act as an evidence for the ever-increasing actual evaporation.