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I. 연구과제명
○ 주관과제명 : 이상기후에 따른 취약부문별 영향평가 및 적응대책 이행평가 기술개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
○ 연구개발의 목적
- 기후변화에 의해 빈발하는 이상기후의 과학적 메커니즘을 규명하고 미래 변화를 예측한다.
- 이상기후로 인한 피해 지역과 계층에 대한 상세 시공간 자료를 구축한다.
- 상향식 및 하향식 접근 방법을 통해 정량적 피해 지표를 산출하고 피해 추정 기술을 개발한다.
- 이상기후 관련 기존 적응대책을 평가하고 사후 관리할 수 있는 평가정보 관리시스템 구축을 통해 피해 저감 방안을 도출한다.
○ 연구개발의 필요성
기후변화에 의해 전 세계적으로 이상기후 현상이 빈번하게 나타나며 이로 인한 피해 규모가 증가할 것으로 전망되고 있으나 한반도 이상기후의 특성 및 미래 변화, 이상기후로 인한 취약부문별, 계층별 피해 특성, 지역별 취약성 평가 등 기후변화에 대한 적응 연구는 아직까지 미비한 실정이다. 이에 따라 기후변화와 그에 따른 극한 이상기후 현상 변화에 대한 보다 정량적이고 과학적인 적응 연구가 필요하다. 기존 취약성 평가 연구들은 상향식 방법론만을 이용하고 경험 자료에 근거한 전문가 판단에만 의존하는 정성적인 평가 방법이라는 한계를 갖고 있었다. 이에 따라 본 연구와 같이 이상기후 현상별 발생에 대한 과학적 메커니즘 규명 및 미래 변화 패턴을 예측하고 하향식 취약성 평가를 동반한 정량적인 연구가 필요하다. 또한 본 연구는 이상기후 현상 특성 분석, 이상기후 미래 변화 예측, 이상기후 피해에 대한 상세 시공간 자료 작성, 피해 지표 개발, 취약성 평가 등을 통합하는 기후변화 적응 관리 연구로서의 가치가 있다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
○ 이상기후 현황 분석 및 미래 변화패턴 최적화 기법 개발
- 태풍 강도와 피해 간 상관성 분석을 통해 한반도 각 지역별 태풍 취약성을 분석
- 한반도에 상륙하는 태풍에 대한 군집화 분석을 통해 군집별 피해 양상을 분석
- 동아시아 및 한반도 지역의 한파 특성을 분석하고 최근 한파 사례를 분석
- 전 지구 기후 모델에서 모의하는 한파의 특성을 분석하고 미래 변화 패턴을 최적화함
- 한반도 가뭄과 기후 요소 간의 관련성 분석을 통해 주요 가뭄 예측 인자를 도출
- 예측 인자를 이용한 미래 가뭄의 예측 프로토타입 구축
- 한반도 집중호우 특성 분석 및 연관 기후 변수 분석
- 집중호우의 미래 변화 패턴을 파악하고 취약성 분석의 기초로 활용
○ 이상기후 피해 지역·계층 DB 구축 및 공간상세화 기법 개발
- 한반도 이상기후 현상별로 취약부문별 피해계층을 정의
- 이상기후 변화 예측 및 취약성 평가 결과를 지역단위로 표출하기 위한 공간상세화 기법 개발 및 검토
- 부문별 피해 계층 DB 검토 및 피해 영향 부문에 대한 DB 구축
○ 이상기후 피해 추정 기술 개발 및 영향·취약성 평가
- 한반도 이상기후 현상에 대한 취약성 지수를 정량화하고 이상기후에 따른 피해를 추정할 수 있는 기술 개발
- 이상기후에 따른 각 지자체별 피해 및 취약성 지수 정량화 및 이를 통한 미래 이상기후 변화에 따른 취약성 변화 예측
- 하향식 방법을 통한 현상별, 부문별 기후변화 취약성 지수 개발
- 각 지자체별 유연성 평가 및 하향식 이상기후 취약성 지수 산출
- 절대적 표준 평가를 통해 도출된 취약성 지수의 절대적 표준화 연구 수행
○ 피해 영향 및 취약성 평가에 따른 적응대책 이행평가 기술개발 및 피해저감 방안 도출
- 기존 이상기후 적응 대책을 유형별로 분류하고 비용 편익적 관점에서 평가
- 성과 지표 체계에 입각하여 기존 정책을 분석하고 집행과정 및 성과 평가를 실시
- 집행 조직의 역량 평가 부문과 과정 및 성과 평가 부문의 통합 모형을 제시
- 정책 영향 평가의 방법론 도입
- 델파이 개념을 활용한 적응대책 이행 평가 방법론 보완
IV. 연구개발 결과
- 총 24개 CMIP5 기후모형의 historical 시나리오와 RCP8.5 시나리오의 앙상블 평균을 활용한 태풍활동 예측에서는 북서태평양 중에서 일본 동쪽 먼 바다의 태풍활동이 미래에 크게 증가할 것으로 전망되었고, 반대로 남중국해 태풍활동이 감소할 것으로 전망되었다. 전반적으로 태풍활동의 중심이 현재 기후에서의 필리핀 해에서 조금 더 북상하여 대만 인근해역에서 주로 발생할 것으로 예측되었고 쿠로시오 난류대가 위치하는 일본 남-동쪽 해양의 태풍활동이 활발해질 것으로 예측된다. 이는 미래에 전망되는 해수면 온도 증가의 공간적 패턴과 연관지어 해석할 수 있다. 향후 중태평양과 동태평양의 해수면 온도가 다른 지역에 비해 더 큰 상승폭을 보일 것으로 전망되며 이것이 여름철 동아시아 몬순 골이 더 동쪽 바다까지 확장하게 하고, 태풍의 진로를 남중국해 대신 중위도로 북상하게 할 것으로 생각된다. 한반도 태풍활동의 경우에는 현재보다 미래에 서해에서 진입하는 태풍의 활동이 증가할 것으로 전망되고 있다. 따라서 현재 태풍의 영향권에 가장 자주 속하는 부산 및 경상도 지역에서 미래에는 전라도 지역이 태풍활동 영향을 많이 받을 것으로 예측된다. 이와 함께 미래에는 서울을 비롯한 수도권의 태풍활동이 현재보다 더 활발할 것으로 전망된다.
- 한반도 상륙 태풍은 한반도 남동쪽 지역에 주로 영향을 주는 유형 1, 한반도와 멀리 떨어진 유형 2, 서해로 진입하는 유형 3, 한반도를 관통하는 유형 4로 나눌 수 있다. 분석 결과, 유형 4의 태풍에 의한 강수량 및 바람의 강도가 다른 유형보다 강하게 나타났다. 한반도 상륙 태풍 유형 분류를 바탕으로 미래 한반도 상륙 태풍의 변화를 살펴본 결과, 유형 1의 태풍은 감소하는 반면 유형 4의 태풍은 뚜렷하게 증가하는 것으로 나타났으며 이에 따라 21세기 초반 및 중반 모두 한반도 남부 지역에서 태풍에 의한 강수량이 증가할 것으로 예측되었다. 또한 상륙 태풍의 강수량 및 바람의 강도와 한반도의 인명 및 재산 피해 사이의 상관성을 분석하였으며, 인구성장, 화폐가치 변화, 국부 증가 등의 사회-경제적 요소까지 통합하여 분석한 결과, 강수와 바람의 강도를 모두 고려한 태풍 피해 예측 모형이 태풍의 피해 규모를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다. 또한 1979년 이후 태풍에 대한 취약성이 전국적으로 꾸준히 감소하고 있음을 확인하였다.
- 동아시아 및 한반도에 영향을 끼치는 한파는 웨이브 트레인 한파와 블로킹 한파의 두 가지 유형으로 분류되며 블로킹 한파가 더 강하고 지속기간이 길다. 군집 분류 방법 및 웨이브 트레인 지수와 블로킹 지수를 이용하여 1979년부터 2011년까지의 한파를 분석한 결과 블로킹 한파가 웨이브 트레인 한파에 비해 지속 기간은 약 1일 길고 강도는 약 -5℃ 만큼 더 강한 것으로 나타났다. CMIP5 전구 기후 모형 결과에 대해서도 한파 분류 방법을 이용하여 분석한 결과, 관측에 비교하여 한파 발생 횟수는 다소 줄었지만 강도는 오히려 증가하는 모습을 보였다. RCP8.5 미래 기후 자료에 대한 한파 분석 결과, 한파의 발생 횟수는 두 가지 유형 모두 20세기 후반에 비해 줄었으나 한파의 강도 변화는 크지 않은 것으로 나타났다.
- 관측 자료를 이용하여 집중호우의 현황을 분석한 결과, 집중호우는 주로 수도권 지역, 영동 지역, 충청 지역, 남해안 지역에서 빈번한 것으로 나타났다. 한반도 집중호우는 매해 평균 5회에서 6회 가량 나타났으며, 최근 들어 빈도가 소폭 증가했다. 계층적 클러스터링을 수행한 결과, 집중호우는 크게 저기압에 의해 유발되는 남부형 집중호우, 대기 불안정성에 의해 발생하는 것으로 추정되는 중부형 집중호우, 하층 저기압으로 인해 발생하는 남해안형 집중호우, 태풍 접근 시 발생하는 태풍형 집중호우로 나타났다. 지역기후 모형 자료를 이용하여 집중호우 분석을 수행한 결과, 모형에 따라 차이가 있었으나 공통적으로 향후 미래 환경에서 수도권 지역의 집중호유가 빈번해질 것으로 전망되었다. 지역기후 모형 자료에 계층적 클러스터링을 적용한 결과, 21세기 중반 들어 수도권 지역에 영향을 미치는 집중호우 유형이 지배적인 집중호우 유형이 되는 것을 확인할 수 있었다. 수도권 지역에 집중된 사회경제적 인프라를 고려할 시, 이와 같은 변화는 향후 집중호우 피해의 증가로 이어질 수 있을 것으로 보인다.
- SPI 가뭄 지수를 이용하여 20세기 중후반 한반도에서 발생한 단기 및 장기 가뭄의 특성을 분석한 결과, 한반도의 가뭄은 대체적으로 대기 상층 제트류의 비정상적인 남하와 그에 따른 대기 순환장 변화로 한반도에 유입되는 수분속이 감소하며 한반도 근처에 고기압이 자리 잡기 때문인 것으로 나타났다. 한반도 가뭄 발생 시기는 200 hPa 동서바람, 500 hPa 지위 고도 및 상대와도, 850 hPa 비습과 같은 기후 변수들과 매우 높은 상관성을 보였다. 이와 같은 한반도 가뭄의 특징은 강수량 및 가뭄 지수를 바꾸었을 때도 비슷하게 나타났다. 더욱 세밀한 한반도 가뭄 분석을 위해 지역기후모형 실험 결과 및 DSI, EDI 두 가지 가뭄 지수를 이용하였으며 대체적으로 모델 결과는 관측에 비해 가뭄 발생 횟수가 증가하는 것으로 나타났다. 미래 기후에서의 가뭄 변화는 강수량 변화와 큰 관련이 있었으며 21세기 초반 및 중반 모두 가뭄 발생 빈도가 증가하였다. 또한 21세기 초반에는 한반도 남서부 지역에, 21세기 중반에는 중부 지방에서의 가뭄 발생 빈도 증가가 두드러졌다.
- 이상기후 현황별 취약부문을 정의하기 위해 농업, 국토 해양과 같은 여러 가지 분야에서 나타나는 분야별 이상기후에 따른 영향을 파악하였으며 이상기후 현상별 취약부문을 농업, 재해, 물관리, 산림의 4개로 선정하였다. 이에 따른 피해계층 DB 구축을 위해 국가통계자료를 바탕으로 영향부문을 선정하고 이를 상세화 할 수 있는 공간상세화 기법을 개발하였다. 이와 같은 공간상세화 방법을 바탕으로 기후변화 시나리오 자료 및 이상기후 변화와 취약성 평가 결과에 대한 DB를 구축하였다.
- 태풍을 중심으로 상향식 방법 중 하나인 VRI를 이용하여 기후변화 취약성 지수를 계산하고 이상기후에 대한 기후 노출 대용변수에 가중치를 부여하였으며, 상대적 지표 문제를 보완하여 VRI를 정량화했다. 정량화된 VRI를 4단계로 구분하여 단계별로 해당되는 태풍 피해액으로 환산 후, 최종적으로 계산된 VRI의 공간 분포를 통해 태풍에 대한 취약성 평가 결과를 제시했다. VRI＝1 일 경우, 약 450억원의 태풍 피해를 받는 지역으로 평가되었으며 통계적인 태풍 피해액과 같이 경남, 부산, 전남과 같이 남해안과 가까운 지역에서 VRI의 값이 상대적으로 높게 나타났다. 또한 미래 기후에서 나타나는 태풍의 변화를 바탕으로 이에 대응하는 VRI를 전망하고 이에 따른 피해액을 추산하였다.
- 태풍에 의한 경제적 손실은 경제적 형태 및 규모에 의해 좌우된다. 결합 지수를 이용한 취약성 평가 결과 경제성장률이 태풍에 의한 피해를 상당히 줄일 수 있었지만 피해를 극복할 수 있는 변수는 아닌 것으로 나타났다. 또한 소득이 높은 지역에 상대적으로 인구가 높게 밀집되어 있다면 피해의 가능성이 높아진다. 뿐만 아니라 특정한 임계수준을 넘어서는 기후극한 현상이 발생한다면 안전문제와 관련된 예상치 못한 피해가 발생할 수 있다. 그러므로 태풍과 같은 극한 기후 현상이 임계수준을 초과하는 순간을 대비하는 조치가 필요하다.
- 이상기후 변화에 대한 대응능력을 평가하고 이에 대한 개선 방안 및 피해저감 방안을 제시하기 위하여 우선적으로 적응 대책을 이행하는 집행 조직에 대한 평가 모형을 구축하였다. 이는 조직역량, 이상기후 변화 대응, 운영시스템, 환류시스템의 네 가지 부문에 대해 이루어졌으며 각 부문에 대한 가중치를 산정하였다. 가중치 산정에 있어 메타분석법, 계층분석방법과 델파이 기법을 이용하였다. 델파이 기법에 따른 설문조사는 14명의 전문가를 선정하여 2차에 걸쳐 진행되었으며, 설문조사 결과를 계층분석방법으로 분석하였다. 1차 능력이 가장 중요하며, 세부적으로는 조직 역량이 가장 중요한 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 하여 2차 설문 조사를 실시하고 가중치를 조정하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 미래 이상기후 변화에 대한 중장기 가중치 변화를 위한 심사항목별 가중치 결정 방법을 제시하였으며 이에 따른 법규 개정 사항에 대해 논하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획
- 태풍 및 한파, 집중호우, 가뭄을 포함한 조합적인 이상기후에 대한 연구 및 예측 결과는 국내 이상기후 연구에 대한 새로운 기반으로 활용될 것이며 특히 기후, 환경 분야의 이상기후 예측 및 취약성 평가방안 마련에 중요할 것이다.
- 이상기후의 영향, 예측, 취약성 등 기존의 개별적인 연구 분야들을 통합하는 새로운 시도이기 때문에 추후 학계에서 수행할 이상기후 관련 통합 연구 및 다른 분야에서 자연과학과 취약성 평가를 묶는 통합연구의 선례로서 요긴하게 활용될 것이다.
- 이상기후 변화 예측 및 취약성 평가 방법에 따른 지역별/계층별 취약성 평가 결과를 통합하여 구축한 DB는 관련 정부 부처 및 기관에서 이상기후에 대한 피해 예측 뿐 아니라 이를 저감하기 위한 방안 마련에 기초 자료로서 활용될 것이다.
- 이상기후 적응 대책 평가 결과 및 이를 바탕으로 한 중장기적 제언과 법규 개정 사항은 앞으로 관련 부처에서 적응 대책을 마련할 때 활용할 수 있을 것이다.
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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