[표지]
기후변화 대비 수자원 적응 기술 보고서
발간사 / 배덕효
기후변화에 따른 북한 수재해 평가 및 분석(Impact assessment of water related disaster in North Korea under climate change)
목차
제1장 개요 17
1.1. 기술보고서의 목적 18
1.2. 기술보고서의 범위 및 분석의 기본 개념 19
1.2.1. 기술보고서의 범위 19
제2장 북한 지역의 지형자료의 수집 및 구축 21
2.1. 위성자료를 이용한 지형자료의 구축 23
2.1.1. 수치표고자료(DEM)의 구축 23
2.1.2. 토지피복자료(Land Cover)의 구축 27
2.1.3. 토양자료(Soil)의 구축 30
제3장 기후변화 전망 및 영향 분석 35
3.1. 과거 강수량 및 온도 자료의 수집과 분석 36
3.1.1. 과거 기상자료의 수집 36
3.1.2. 과거 기상자료의 분석 38
3.2. 미래의 강수량 및 온도 전망 47
3.2.1. 기후변화시나리오의 수집 47
3.2.2. 기후변화 모형 선정 49
3.2.3. 기후변화시나리오의 상세화 55
3.2.4. koppen-geiger 기후구분법을 이용한 기후대 변화 전망 65
3.2.5. 북한지역의 미래 강우 특성분석 69
3.2.6. ETCCDI지수를 이용한 한반도의 미래 극한사상 변화 전망 74
3.3. 기후변화로 인한 수재해 위험성 평가 87
3.3.1. 가뭄지수의 변화 분석 87
3.3.2. Flood Load 분석 93
3.3.3. 인간위험지수(HRI) 산정 및 평가 97
3.3.4. 재해영향지수 산정 및 평가 99
3.3.5. 장기유출량의 변화 분석 101
제4장 분석모형의 이론 및 구조 127
4.1. 모형의 개발 이론 128
4.1.1. 물수지 모형 128
4.1.2. M-RAT모형의 구조 130
4.1.3. 최적화 기법을 이용한 매개변수의 추정 135
4.2. M-RAT모형의 프로그램 구조 138
4.2.1. 프로그램 모듈 구조 138
4.2.2. 프로그램 입출력 구조 140
4.2.3. M-RAT모형의 실행 141
참고문헌 164
판권기 168
[뒷표지] 169
표 2.1. Global SCS CN 기반의 토지피복분류 27
표 2.2. 우리나라 기준의 토지피복분류 27
표 2.3. Global soil Description 기반의 토양도 분류 30
표 2.4. 우리나라 기준의 토양도 분류 30
표 3.1. 북한의 27개 기상관측소 및 기상자료 현황 37
표 3.2. 기후 변동성분석 R-code 40
표 3.3. STARDEX지수 분석에 사용된 지수 현황 41
표 3.4. Wet Sepp, Dry Spell 분석 R-Code 46
표 3.5. 기후변화 모델 수집 R-code 47
표 3.6. 최적 모델 선정 R-code 50
표 3.7. CMIP5 참여모델 27종의 현황 53
표 3.8. CMIP5 참여모델 27종의 순위 부여 54
표 3.9. SDQDM 상세화 R-code 59
표 3.10. koppen-geiger climate classification 66
표 3.11. 관측기후와 현재 모의기후의 기후대 비교 67
표 3.12. 기후변화시나리오를 이용한 Box plot분석 R-Code 71
표 3.13. 기후변화시나리오를 이용한 Matrix 분석 R-Code 72
표 3.14. Components of the ETCCDI Index 75
표 3.15. ETCCDI 지수 산정 R-code 77
표 3.16. Analysis of ETCCDI Index for temperature in the Korean Peninsula 79
표 3.17. Analysis of ETCCDI Index for precipitation in the Korean Peninsula 79
표 3.18. 기온관련 극한지수에 대한 Kendall 분석결과 82
표 3.19. 기온관련 극한지수에 대한 Kendall 분석결과(계속) 83
표 3.20. 강수관련 극한지수에 대한 Kendall 분석결과 84
표 3.21. Mann Kendall Trend 분석 R-code 87
표 3.22. SPI 가뭄지수 분석 R-code 88
표 3.23. SPI, SPEI 가뭄지수 범위 89
표 3.24. SPEI 가뭄지수 분석 R-code 89
표 3.25. FL 선정 R-code 94
표 3.26. Flood Load 분석결과 96
표 3.27. 북한의 도·시별 인구비 현황 97
표 3.28. Human Risk Index(HRI) 분석결과 98
표 3.29. 북한의 도·시별 유통현금량 현황 99
표 3.30. Disaster Impact Index(DII) 분석결과 100
표 3.31. 북한 4개 대표유역의 강우관측소 현황 105
표 3.32. 대동강, 압록강 유역의 유역특성변수 105
표 3.33. 유역 현황 및 유역특성변수 108
표 3.34. 선정유역의 강우관측소 현황 및 Thiessen 계수 108
표 3.35. M-RAT모형의 매개변수 검보정 결과 110
표 3.36. M-RAT모형의 매개변수 산정결과 110
표 3.37. 유역특성변수간의 상관계수행렬 112
표 3.38. 회귀모형의 결과 114
표 3.39. 회귀계수 산정 결과 117
표 3.40. 대동강, 압록강 유역의 매개변수 추정 118
표 3.41. 북한의 미래 기간의 유황 분석 결과 124
표 4.1. M-RAT 모형의 입출력 인터페이스 설계 140
표 4.2. 프로그램 실행 환경 142
표 4.3. 메뉴 구성 142
표 4.4. New Project 화면제어 및 입력 자료 144
표 4.5. Project Open 화면제어 및 입력 자료 145
표 4.6. Project Information 화면제어 및 입력 자료 146
표 4.7. GIS Data 화면제어 및 입력 자료 147
표 4.8. Input Hydrological Data 화면제어 및 입력 자료 150
표 4.9. Calibration 화면제어 및 입력 자료 153
표 4.10. Simulation 화면제어 및 입력 자료 157
표 4.11. North Korea DB 화면제어 및 입력 자료 162
그림 1.1. 대상지역 현황(관측소, 행정구역, 유역) 19
그림 2.1. 지형자료 수집 및 구축 흐름도 22
그림 2.2. MODIS 위성영상의 레스터 파일 24
그림 2.3. 위성영상자료(MODIS)를 이용한 1km Global scale DEM 25
그림 2.4. 한반도 DEM DB구축 26
그림 2.5. 대동강 유역 DEM 26
그림 2.6. 압록강 유역 DEM 26
그림 2.7. MODIS 위성영상의 16분류 토지피복도 28
그림 2.8. MODIS 위성영상의 8분류 토지피복도 28
그림 2.9. 한반도 토지피복도 DB구축 29
그림 2.10. 대동강 유역 토지피복 현황 29
그림 2.11. 압록강 유역 토지피복도 현황 29
그림 2.12. MODIS 위성영상의 16분류 토양도 31
그림 2.13. MODIS 위성영상의 4분류 토양도 31
그림 2.14. 한반도 토양도 DB구축 31
그림 2.15. 대동강 유역 토양도 현황 32
그림 2.16. 압록강 유역 토양도 현황 32
그림 3.1. 북한 기상관측소 36
그림 3.2. 북한 기후변화 전망 및 수재해 위험성 평가 흐름도 37
그림 3.3. 기상 자료 수집 사이트 38
그림 3.4. 한반도의 기후 현황 39
그림 3.5. 북한과 남한의 강수량, 최고기온, 최저기온의 변동성 분석 40
그림 3.6. STATE를 이용한 극한지수 산정 42
그림 3.7. STATE를 이용한 극한지수 산정 결과(개성) 43
그림 3.8. 평양관측소 강수량 평가결과 44
그림 3.9. 개성관측소 강수량 평가결과 45
그림 3.10. 기후변화시나리오 수집 47
그림 3.11. 최적 기후변화 모델 선정 52
그림 3.12. AIMS tool의 SDQDM 상세화 흐름 57
그림 3.13. SDQDM 축소기법의 검증 흐름도 57
그림 3.14. 관측값과 SDQDM기법 적용 전·후의 비교(평양) 58
그림 3.15. 관측값과 SDQDM기법 적용 전·후의 PDF 비교(평양) 58
그림 3.16. 관측값과 SDQDM기법 적용 전·후의 비교(신의주) 58
그림 3.17. 관측값과 SDQDM기법 적용 전·후의 공간분포(강수량) 62
그림 3.18. 관측값과 SDQDM기법 적용 전·후의 공간분포(온도) 62
그림 3.19. RCP4.5 기후변화시나리오에 따른 연강수량 변화 63
그림 3.20. RCP4.5 기후변화시나리오에 따른 연평균기온 변화 63
그림 3.21. RCP8.5 기후변화시나리오에 따른 연강수량 변화 64
그림 3.22. RCP8.5 기후변화시나리오에 따른 연평균기온 변화 64
그림 3.23. 기후대 전망 연구흐름도 65
그림 3.24. 기후대의 공간분포(관측 vs 모의) 67
그림 3.25. RCP4.5기후변화 시나리오에 따른 기후대 분석 69
그림 3.26. RCP8.5기후변화 시나리오에 따른 기후대 분석 69
그림 3.27. RCP 4.5 기후변화시나리오에 따른 월강수량변화 전망(평양) 70
그림 3.28. RCP 4.5 기후변화시나리오에 따른 월기온변화 전망(평양) 70
그림 3.29. RCP 8.5 기후변화시나리오에 따른 월강수량변화 전망(평양) 70
그림 3.30. RCP 8.5 기후변화시나리오에 따른 월기온변화 전망(평양) 71
그림 3.31. Research flow of extreme index prospect 74
그림 3.32. RClimdex를 이용한 극한지수 산정 76
그림 3.33. RCP8.5 시나리오에 따른 기온관련 극한지수 공간분포도(SU25) 80
그림 3.34. RCP4.5 시나리오에 따른 강수관련 극한지수 공간분포도(RX1day) 81
그림 3.35. CWD지수의 Kendall 공간분포도 85
그림 3.36. DTR지수의 Kendall 공간분포도 86
그림 3.37. RCP 8.5 시나리오 연강수량과 기온 91
그림 3.38. RCP8.5 기후변화시나리오에 따른 SPEI분석 결과(평양) 91
그림 3.39. RCP8.5 기후변화시나리오에 따른 SPEI분석 결과(개성) 92
그림 3.40. RCP 8.5 시나리오 가뭄발생빈도 공간분포 92
그림 3.41. 북한지역의 Flood Load 분석결과(평강) 95
그림 3.42. 각 지역별 Flood Load 분석결과 96
그림 3.43. 각 지역별 HRI 분석결과 도시 98
그림 3.44. 각 지역별 DII분석 결과 도시 100
그림 3.45. M-RAT모형의 기본개념 102
그림 3.46. M-RAT(Monthly Assessment Tool) 모형의 계산 흐름도 102
그림 3.47. 분석대상유역 위치도 103
그림 3.48. 대동강유역의 수치표고모형 및 티센망 104
그림 3.49. 압록강유역의 수치표고모형 및 티센망 104
그림 3.50. 대동강 유역의 기후변화시나리오 자료 구축 106
그림 3.51. 압록강 유역의 기후변화시나리오 자료 구축 106
그림 3.52. 남한 16개 유역도 107
그림 3.53. 선정유역의 Thiessen Network 109
그림 3.54. 남한강 상류유역의 매개변수 검보정 결과 110
그림 3.55. 평창강유역의 매개변수 검보정 결과 111
그림 3.56. 각 매개변수의 회귀분석결과 115
그림 3.57. 각 매개변수의 회귀분석결과(계속) 116
그림 3.58. 대동강유역의 월 유출수문곡선 118
그림 3.59. 압록강유역의 월 유출수문곡선 118
그림 3.60. 대동강유역의 기간별 수문순환 성분의 월평균 비교 119
그림 3.61. 압록강유역의 기간별 수문순환 성분의 월평균 비교 120
그림 3.62. 대동강유역의 수문순환 성분의 연시계열 비교 121
그림 3.63. 압록강유역의 수문순환 성분의 연시계열 비교 121
그림 3.64. 대동강유역의 수문순환 성분의 계절 비교 122
그림 3.65. 압록강유역의 수문순환 성분의 계절 비교 122
그림 3.66. 대동강유역의 기간별 수문순환 성분의 구성비 비교 123
그림 3.67. 압록강유역의 기간별 수문순환 성분의 구성비 비교 123
그림 3.68. 미래 기간에 따른 P-E 변동성 분석 124
그림 3.69. 대동강 유역의 미래 기간별 유황곡선 비교 125
그림 3.70. 압록강 유역의 미래 기간별 유황곡선 비교 125
그림 4.1. Black Box 모형 128
그림 4.2. 개념적 모델의 구조 129
그림 4.3. M-RAT 모형의 기본개념 130
그림 4.4. st, spt-₁, mt, PT 의 관계[이미지참조] 132
그림 4.5. M-RAT 모형 프로그램 모듈 구성도 139
그림 4.6. M-RAT 프로그램 개발 Architecture 구성도 139
그림 4.7. M-RAT 모형의 계산 흐름도 141
그림 4.8. M-RAT 실행화면 142
그림 4.9. New Project 생성 화면 143
그림 4.10. Project Open 화면 144
그림 4.11. 저장 확인 화면 145
그림 4.12. Project Information 화면 146
그림 4.13. GIS Input 화면 147
그림 4.14. 지형 분석 화면 148
그림 4.15. 토지피복의 분포현황 148
그림 4.16. 지형자료 결과보기 화면 149
그림 4.17. Input Hydrological Data 입력화면 149
그림 4.18. 기상정보 월평균 분석 결과 150
그림 4.19. 기상정보 시계열 분석 결과 151
그림 4.20. Climate Result 화면 152
그림 4.21. Calibration 화면 152
그림 4.22. 보정을 통한 장기유출모의 화면 153
그림 4.23. 관측과 모의값의 Q-Q Plot 화면 154
그림 4.24. 파라미터 최적화 화면 154
그림 4.25. Statistic 화면 155
그림 4.26. 강우유출 결과 보기 155
그림 4.27. 월별 분석 결과 보기 156
그림 4.28. 강우유출 모의 설정 화면 157
그림 4.29. 파라미터 설명 158
그림 4.30. 장기유출모의 결과보기 158
그림 4.31. 관측과 모의값의 Q-Q Plot 화면 159
그림 4.32. 장기유출모의 통계분석 159
그림 4.33. 장기 유출모의 결과 보기 159
그림 4.34. 장기 유출모의 월별 분석 결과 보기 160
그림 4.35. 북한 지형 분석 화면 161
그림 4.36. 대상지역현황 161
그림 4.37. 북한지역의 기상자료 162
그림 4.38. 북한지역의 장기유출모의 수행 163