Journal of the Korean Society of Civil Engineers Vol. 37, No. 4: / August, 2017 DOI: Water Enginee

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태호 염
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1 See discussions, stats, and author profiles for this publication at: Developing Extreme Drought Scenarios for Seoul based on the Long Term Precipitation Including Paleoclimatic Data Article August 2017 DOI: /Ksce CITATIONS 0 READS 70 4 authors, including: Tae-Woong Kim Hanyang University 97 PUBLICATIONS 1,004 CITATIONS Joo-Heon Lee Joongbu University 81 PUBLICATIONS 332 CITATIONS SEE PROFILE SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Water Hazard Information Platform of Korea View project Climate Change Assessment & Projection for Hydrology in Korea View project All content following this page was uploaded by Joo-Heon Lee on 01 September The user has requested enhancement of the downloaded file.

2 Journal of the Korean Society of Civil Engineers Vol. 37, No. 4: / August, 2017 DOI: Water Engineering ISSN (Print) ISSN X (Online) 수공학 고기후자료를포함한장기연속강수자료에의한서울지역의극한가뭄 시나리오개발 장호원 * ㆍ조형원 ** ㆍ김태웅 *** ㆍ이주헌 **** Jang, Ho-Won*, Cho, Hyeong-Won**, Kim, Tae-Woong***, Lee, Joo-Heon**** Developing Extreme Drought Scenarios for Seoul based on the Long Term Precipitation Including Paleoclimatic Data ABSTRACT In this study, long-term rainfall data of more than 300 years including the paleoclimatic rainfall data from Chuk Woo Kee ( ), the modern observed rainfall data ( ), and the climate change scenario ( ), which were provided by KMA (Korea Meteorological Agency), was used to analyze the statistical characteristics of the extreme drought in the Seoul., Annual average rainfall showed an increasing trend over a entire period, and Wavelet transform analysis of SPI (Standardized Precipitation Index) which is meteorological drought index, showed 64 to 80 months (5-6 Year) of drought periods for Chuk Woo Kee and KMA data, 96 to 128 months (8 to 10 years) of drought period for climate change data. The dry spell analysis showed that the drought occurrence frequency in the ancient period was high, but frequency was gradually decreased in the modern and future periods. In addition, through the analysis of the drought magnitude, 1901 was the extreme drought year in Seoul, and was the worst consecutive 9 years long term drought in Seoul. Key words : Extreme drought, Chuk Woo Kee, Periodicity, Trends, Drought Magnitude 초록본연구에서는서울지역의극한가뭄 (Extreme Drought) 에대한통계학적특성을분석하기위해서측우기강수량자료 (1777~1907년) 와기상청에서관측된강수량 (1908~2015년) 자료및기후변화시나리오를반영한강수량 (2011~2099년) 자료를활용한 300년이상의장기강수량자료를이용하여서울지역의가뭄특성을분석하였다. 경향성분석결과, 장기간에걸쳐연평균강우량이증가하는것으로분석되었으며, 기상학적가뭄지수인 SPI에대한 Wavelet transform 분석결과측우기와기상청자료에서공통적으로 64~80개월 (5~6년), 기후변화자료에서는 96~128 개월 (8~10년) 주기로가뭄발생주기가길어지는것으로나타났다. Dry spell 분석결과에서는고대기간에서가뭄발생빈도가높은반면, 근 현대, 미래기간에서는발생빈도가점차감소하는것으로나타났다. 또한, 가뭄규모분석을통해서서울지역의가장극심한가뭄사상으로 1901년이극심한가뭄연도로분석되었고, 1899~1907년이서울지역에서발생한가뭄사상중 9년연속의가장극심한연속가뭄으로나타났다. 검색어 : 극한가뭄, 측우기, 주기성, 경향성, 가뭄규모 * 중부대학교토목공학과박사과정 (Joongbu University hs980216@hotmail.com) ** 중부대학교토목공학과석사과정 (Joongbu University abc-626@nate.com) *** 종신회원 한양대학교공학대학건설환경공학과교수 (Hanyang University twkim72@hanyang.ac.kr) **** 종신회원 교신저자 중부대학교토목공학과교수 (Corresponding Author Joongbu University leejh@joongbu.ac.kr) Received January 1, 2017/ revised February 23, 2017/ accepted June 15, 2017 Copyright c 2017 by the Korean Society of Civil Engineers This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

3 고기후자료를포함한장기연속강수자료에의한서울지역의극한가뭄시나리오개발 1. 서론 최근지구촌에서는기후변화에의한이상증후가자주목격되고있다. 아르헨티나에선집중호우로우루과이강이 100년만에최고수위를기록한반면, 콜롬비아는가뭄으로인하여수력발전에차질이생기는등지구촌곳곳에서이상기후가감지되고있다. 국내의경우에도 년 2년간에걸친장기가뭄은최근 50년간의기상관측사상가장극심했던가뭄으로평가되고있다. 이처럼이상적인기상현상에의한자연재해가빈번이발생하고있으며, 이중가뭄은장기간에걸쳐서지속되는특징으로홍수처럼즉각적으로인지하기어렵고, 장기기상전망의불확실성으로예측이어려운단점이있다. 이러한가뭄피해를최소화하고대비하기위한연구가진행되고있다 (Chang, 2016; Park et al., 2015; Hwang, 2016). 일반적으로가뭄을정량적으로분석하기위해서는주로 SPI (Standardized Precipitation Index) 및 PDSI (Palmer Drought Severity Index) 등과같은가뭄지수를활용하고있으며 (Jeong et al., 2016; Lee et al., 2015; Lee et al., 2013; Kim et al., 2012), 경우에따라서는강수량과유출량등의수문자료를활용한다양한형태의가뭄관련연구가지속적으로진행되어왔다 (Moon et al., 2014; Jang et al., 2016; Park et al., 2015). 하지만특정지역에서발생했던극한가뭄을정량적으로분석하기위해서는수십년이상의장기간관측자료가필요하며, 관측자료가부족한경우에는이를보완하기위한대안으로빈도해석이라는통계학적방법에의해서극한가뭄사상을정량적으로전망하거나또는기후변화시나리오에근거하여미래의극한가뭄사상을전망하기도한다. 이러한측면에서서울지역의경우에는 1700년대후반부터관측된측우기강우량기록이존재하기때문에측우기에의한조선시대의강수량과근, 현대적관측이시작된 1900년이후의관측강수량그리고최근의기후변화시나리오를반영한 2000년대이후의전망된미래강수량을활용한다면장기간의강수자료를활용한가뭄사상및극한가뭄시나리오를연구하는데매우의미있는결과를제시할수있을것으로판단된다. 본연구에서는고기후자료의활용을위해서서울지역의측우기관측자료를활용하였으며, 측우기자료를활용한선행연구는여러기상학자및수문학자에의해서시도된바있다. Jhun and Moon (1997) 은일성록등의고문서를통하여서울지역의측우기강우량자료를복원하였으며, 복원된강수량의통계학적특성을분석하여강수자료로서의활용가능성을제시하였고 Lim et al. (2012) 은서울의측우기강수량자료와기상오십년보의강수일수자료를이용하여장기강수자료를활용한월강수일수및강수량의변화패턴을분석하였으며, 이자료에내재되어있는기후학적인변동성을 태양흑점활동및화산폭발빈도와의정성적인비교를통하여건조기에대한주기성을분석하여 2100년경의서울지역가뭄을예측하기도하였다. Jung et al. (2000) 은측우기관측자료와현대관측자료로이루어진서울강수량시계열자료에나타난시간에따른주기성분석을통하여주기의변화및변동특성에대하여분석하였으며, 이를통해서서울지역의강수량이 3~5월에평균적으로 8~16mm 정도증가하는것으로분석되었으며, 여름몬순의장주기변동과관련된 20년이상의진동은현대로오면서점점짧은주기로이동하는것으로제시하였다. 최근연구로는 Moon et al. (2014) 이서울지역의측우기관측자료와현대서울강수량관측자료를바탕으로봄철강수량을기반으로산정된 SPI를이용하여서울지역봄가뭄에대한가뭄분석을수행하였으며, 이를통해서서울지역의심한가뭄년도와가뭄의발생빈도를제시하였다. 본연구의목적은서울지역의극한가뭄에대한통계학적특성을분석하기위해서승정원일기와일성록등고문서를통해서복원된기존측우기강우자료 (1777~1907년) 와기상청종관관측지점 (ASOS) 중 100년이상의장기관측자료를보유하고있는서울지점의강우자료 (1908~1949년, 1953~2015년 ) 그리고기후모델 (HadGEM2-ES) 에의한기후변화 RCP 8.5 시나리오를반영하여전망된서울지역의미래강수량자료 (2016~2099년) 를통해서확보된 300년이상의장기간강수량에대한통계적특성치를평가하고, 강수량을통하여산정된 SPI를이용하여가뭄의주기성및발생빈도, 평균가뭄심도등과같은서울지역의극한가뭄발생특성을정량적으로평가한후, 신뢰성있는극한가뭄시나리오를도출하여극한가뭄의평균심도및지속기간등의정보를제공하는것이다. 2. 분석자료 2.1 강수자료 본연구에서는서울지점의 300년이상된장기간강수자료를활용한극한가뭄시나리오를개발하기위해서 Fig. 1과같이 3가지서로다른강수량자료를이용하였으며, 첫번째로는 Cho and Moon (1997), Jhun and Moon (1997) 이승정원일기와일성록에수록된측우기기록을통해서복원한조선시대강수량자료 (1777~1907년) 와두번째로기상청의종관관측지점 (ASOS) 중에서 100년이상의관측자료를보유하고있는관측소중서울관측소의강수량자료 (1908~1949, 1953~2015년 ) 를이용하였다. 세번째로는 HadGEM2-ES 기후모델에서모의한 RCP 8.5 시나리오를반영하여전망된서울지점의미래강수량자료 (2016~2099년) 를사용하였다. 660 Journal of the Korean Society of Civil Engineers

장호원ㆍ조형원ㆍ김태웅ㆍ이주헌 Fig. 1. 3 Different Time Frame of Rainfall Data Used in This Study Table 1.

precipitation 2.62 1.74 2.17 2.14 2.22 2.47 3.56 2.34 1.87 1.52 2.84 3.16 28.65 Snowfall 11.36 8.78 6.58 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.96 7.76 36.44 2.

측우기강우량은당시의관측단위를척 ( 尺 ), 치 ( 寸 ), 푼 ( 分 ) 으로사용했으며, 측우기관측의최소단위인푼 ( 分 ) 의경우에는약 2mm 정도로서그이하의소량의강수현상은관측되지못했고또한겨울철의강설과같은고체성강수가관측기록에포함되지않았기때문에실제의강수량보다적게관측되었다는점을감안해야한다 (Jung et al., 1999).

측우기의일강수량 2mm 이하의결측자료를통계적으로보완하기위한대안으로써기상청산하서울기상관측소의 1960~2015년 56년간의기간에대해서일강우량이 2mm 이하로관측된월별평균강수량을산정하였으며 Table 1의산정된결과를보면연평균 28.65mm 정도로나타났다.

4 장호원ㆍ조형원ㆍ김태웅ㆍ이주헌 Fig Different Time Frame of Rainfall Data Used in This Study Table 1. Monthly Average Observed Precipitation (less than 2mm/day) and Monthly Snowfall (mm) during for Seoul Station Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Sum Less than 2mm of precipitation Snowfall 측우기의미계측강수에대한보정본연구에서활용되는 3개기간강우자료의통계학적특성치를분석하기에앞서서측우기관측강우량의관측방법에대해검토하였다. 측우기강우량은당시의관측단위를척 ( 尺 ), 치 ( 寸 ), 푼 ( 分 ) 으로사용했으며, 측우기관측의최소단위인푼 ( 分 ) 의경우에는약 2mm 정도로서그이하의소량의강수현상은관측되지못했고또한겨울철의강설과같은고체성강수가관측기록에포함되지않았기때문에실제의강수량보다적게관측되었다는점을감안해야한다 (Jung et al., 1999). 본연구에서는복원된측우기강우량을그대로활용할수도있지만, 3개의기간별로다르게관측된강수량의통계적특성치를정량적으로비교함에있어서측우기의미관측된강수량을최대한고려하기위하여최근에관측된서울관측소관측자료와의통계적관계를통하여측우기의미계측강수량을정량적으로보완하여평가하였다. 측우기의일강수량 2mm 이하의결측자료를통계적으로보완하기위한대안으로써기상청산하서울기상관측소의 1960~2015년 56년간의기간에대해서일강우량이 2mm 이하로관측된월별평균강수량을산정하였으며 Table 1의산정된결과를보면연평균 28.65mm 정도로나타났다. 또한, 측우기의겨울철미관측된강설량을보완하기위해서본연구에서는기상청산하서울관측소의 1960~2015년기간에대한 11월 ~3월간의월별신적설량을산정하여각월별평균강설량을산정하였으며 Table 1의산정된강설량은연평균 36.44mm이다. 현대에관측된강수자료에기반한분석결과에의하면, 연평균약 65mm 정도의강수량이측우기관측에서미계측된것으로나타났으며가뭄지수의산정에의한극한가뭄시나리오분석에는이양 (mm) 의반영여부가분석결과에큰영향을미치지는않을것으로판단되지만, 반영전, 후의값을검토함으로써측우기에의한강수량의관측이얼마나정확했는지를간접적으로확인할수있다. 하지만현대의기후자료에서나타난적설량및 2mm 미만의강우량을보정하기위해과거의모든계절에동일한값들을추가함으로써자료자체의시간에따른주기성이변화될가능성이있다. 또한, 현재기간에대한통계적특성치를보정하는방안은고기후의자료가현대기간의변동특성과동일하다는정상성개념에기반한방법이기때문에장기간의변동성을파악하는가뭄분석에있어서원자료와보정된자료간에상이한결과가도출될수있으므로보정전, 후의 2가지자료를모두활용하여분석하였다. 2.3 가뭄지수서울지점의가뭄을정량적으로평가하기위하여강수자료로부터기상학적가뭄지수인지속기간 6개월의 SPI를산정하였으며, Fig. 2는 1777~2099년까지의서울지역의월강수량자료를이용하 Vol.37 No.4 August

고기후자료를포함한장기연속강수자료에의한서울지역의극한가뭄시나리오개발 (1777~1907) Modem & Contemporary (1908~2010) Future (2011~2099) Fig. 2. SPI(6) of Seoul Gaging Station from 1777 to 2099 Table 2.

1 392.0 Modern (1908-2015) 623.5 2355.5 1339.9 347.6 Future (2016-2099) 704.6 3355.2 1708.9 567.2 여 SPI(6) 를산정한결과이다.

5 고기후자료를포함한장기연속강수자료에의한서울지역의극한가뭄시나리오개발 (1777~1907) Modem & Contemporary (1908~2010) Future (2011~2099) Fig. 2. SPI(6) of Seoul Gaging Station from 1777 to 2099 Table 2. Analysis of Basic Statistics for Annual Precipitation (unit : mm) Era Min Max Mean Standard deviation ( ) Before calibration After calibration Modern ( ) Future ( ) 여 SPI(6) 를산정한결과이다. 산정된결과를각기간대별로고대 (1777~1907년), 근 현대 (1908~2015), 미래 (2016~2099) 로분류하였으며대부분의가뭄사상은측우기로관측된고대기간에서다수발생하는것을확인할수있다. 특히, 고대기간중조선말기인 1900년대전후를중심으로대규모의극심한가뭄이연속적으로발생한것으로나타났다. 3. 강수량의통계적특성분석 3.1 기본통계량분석 Table 2는 1777~2099년간의연강수량자료를산정하여각기간별기초통계량을분석한결과이다. 기간별로는측우기에의한고대강수량의경우에는, 미계측자료의보정전은연평균강수량이 mm 이고보정후에는 mm로나타났으며, 최소값은각각 368.3mm, 437.1mm로전기간중가장강수량이적었던것으로나타났다. Fig. 3과같이근현대기간의경우에는연평균강수량이 mm 로써측우기강수량에비해서약 140mm 정도큰것으로나타났고 RCP8.5 기후변화시나리오를반영한미래기간의경우에는연평균강수량이 mm 이고표준편차가 567.2mm로전기간중연평균강수량과표준편차가가장큰것으로나타났다. Fig. 3. Box Plot of Annual Precipitation for 3 Different Era 3.2 계절별강수량추이분석 Fig. 4는 1777~2099년의연강수량및계절별강수량추이를나타내고있으며, 측우기보정전후의강수량추이를나타내고있다. 측우기기간의경우에는보정전후의강수량값에차이가있으나전반적으로비슷한감소추세를나타내었으며, Table 3의 662 Journal of the Korean Society of Civil Engineers

장호원ㆍ조형원ㆍ김태웅ㆍ이주헌 (a) (Before Calibration) (b) (After Calibration) (c) Modern & Future Fig. 4. Trends of Annual and Seasonal Precipitation for 3 Different Era Table 3.

(1908-2015) Future (2016-2099) Spring (MAM) 36.0 623.9 177.6 15.7 90.0 Summer (JJA) 150.3 2018.1 728.8 64.3 334.9 Autumn (SON) 0.0 826.1 197.2 17.4 124.9 Winter (DJF) 0.0 136.1 29.8 2.6 29.

6 장호원ㆍ조형원ㆍ김태웅ㆍ이주헌 (a) (Before Calibration) (b) (After Calibration) (c) Modern & Future Fig. 4. Trends of Annual and Seasonal Precipitation for 3 Different Era Table 3. Statistics of Seasonal Precipitation for 3 Different Era (unit : mm) Era Season Min Max Mean % of annul Prec Standard deviation (Before calibration) ( ) (After calibration) ( ) Modern ( ) Future ( ) Spring (MAM) Summer (JJA) Autumn (SON) Winter (DJF) Spring (MAM) Summer (JJA) Autumn (SON) Winter (DJF) Spring (MAM) Summer (JJA) Autumn (SON) Winter (DJF) Spring (MAM) Summer (JJA) Autumn (SON) Winter (DJF) 기본통계결과에서도보정전후의강수량편차의차이가없는것으로나타났다. 다만, 겨울철강수량의경우에는연평균강수량에대한비율이보정전에는 2.6% 에서보정후에는 5.5% 로증가함으로써현대및미래기간의겨울철강수량비율로비슷한수준으로보정된것을알수있다. 기후변화시나리오를반영한미래기간의경우에는여름철 (6 월 ~8월 ) 강수량이과거에비해서매우크게증가하는것으로나타났으며, 각계절별로도강수량의변동성향이다른기간에비해서매우큰것으로나타났다. 각계절별강수량의표준편차는미래, 고대, 현대의순으로크게 Vol.37 No.4 August

7 고기후자료를포함한장기연속강수자료에의한서울지역의극한가뭄시나리오개발 나타났고, 계절별로는여름철강수량의변동성향이다른계절에비해서큰것으로나타났다. 하지만, 연강수량에대한계절별강수량의비율은 3개기간모두비슷한비율로나타났다. 즉, 여름철강수량이연강수량의 60% 정도로나타났으며봄철 (3월-5월) 은 16%, 가을철 (9월-11월) 은 18% 그리고겨울철 (12월-2월) 은 5.5% 정도로나타났다. 3.3 경향성분석연강수량및계절별강수량의경향성을파악하기위해서 Mann- Kendall 검정을이용하였으며, Table 4는각기간별연강수량및계절별강수량의경향성분석결과를나타내고있다. 연강수량은고대기간과미래기간에서감소추세를보였으며특히, 근현대기간에서는통계적으로유의한증가추세를나타내었다. 고대기간의경우측우기의미계측치에대한보정전및보정후에대해서경향성분석한결과, 동일한결과로나타났으며강수량보정과정을통하여수정된강수량의크기가경향성분석에영향을미치지는않는것으로나타났다. 계절별경향성분석결과에서는고대기간에서는여름철과가을철의감소추세가뚜렷하게나타났으며가을철의감수추세는통계적으로유의한것으로나타났다. 근대기간에서는겨울철강수량은 감소추세를보이는반면에봄철, 여름철, 가을철강수량은증가추세가나타났고여름철강수량의증가추세는통계적으로유의한것으로나타났다. 미래의전망된계절별강수량은과거나현대에비해서뚜렷한경향성을나타내지는않았지만봄과여름철강수량은감소, 가을과겨울철강수량은증가하는경향성을나타내고있다. 3.4 이상치분석 Fig. 5는연강수량자료를이용하여이상치분석결과이며, 이상치값이 ±1.0σ 을기준으로강수량이적은해를과우해 (Dry year), 많은해를다우해 (Wet year) 로구분하였고 Table 5는기간별과우해와다우해가발생한년도를분류하여정리하였다. Table 5에의하면고대기간의경우에는평년강수량보다강수량이적은해가총 30회로나타났으며관측기간내내주로건조기상태로나타났으며, 현대기간의경우에는다른기간에비해서과우해와다우해발생이상대적으로적게나타났다. 미래기간의경우에는고대기간과는반대로다우해발생횟수가 33회로과거에비하여과우해가많은습윤기상태로전망되었다. Fig. 5에서볼수있듯이이상치분석을통한결과에서는고대기간의건조기가근 현대기간을전환점으로미래기간에서습윤기로변하는것으로나타났으며특히, 1880년대부터시작된건조기는 Table 4. The Results of Mann-Kendall Test for Seasonal Rainfall (Before & After calibration) Modem Future Season MK-Stat * +, - MK-Stat * +, - MK-Stat * +, - Spring (MAM) Summer (JJA) Autumn (SON) Winter (DJF) Annual * Statistically significant (p<0.10) (1777~1907) Modem & Contemporary (1908~2015) Future (2016~2099) Fig. 5. Wet & Dry Year using Outlier (±1σ ) of Annual Precipitation 664 Journal of the Korean Society of Civil Engineers

8 장호원ㆍ조형원ㆍ김태웅ㆍ이주헌 Table 5. Wet & Dry Year using Outlier (±1σ ) of Annual Precipitation Era Wet / Dry Year Count ( ) Modern ( ) Future ( ) Wet year 1787, 1816, 1821, 1832, 1833, 1839, Dry year 1777, 1778, 1780, 1782, 1783, 1785, 1786, 1790, 1795, 1822, 1831, 1836, 1838, 1841, 1853, 1866, 1870, 1876, 1882, 1887, 1888, 1889, 1894, 1899, 1900, 1901, 1902, 1904, 1906, 1907 Wet year 1925, 1940, 1966, 1990, 1998, 2003, 2010, Dry year 1909, 1939, 1943, 1949, 1988, 2014, Wet year 2016, 2017, 2018, 2019, 2024, 2026, 2027, 2030, 2033, 2035, 2036, 2041, 2042, 2045, 2050, 2051, 2052, 2055, 2061, 2062, 2065, 2067, 2068, 2071, 2077, 2079, 2080, 2086, 2087, 2088, 2090, 2091, 2096, 2098, Dry year 2065, 년대까지이어지며, 조선시대말기에매우극심한가뭄상황을초래했던것으로나타났다. 4. 극한가뭄시나리오의분석 기존의연구에서 Byun and Im (2000) 은 power spectral 분석을통하여 6년, 12년, 55년및 100년이상의주기성을갖고있다는분석결과를제시하고있으며이와같은기존의연구성과를또다른분석을통하여확인할수있다. 4.1 가뭄의주기성분석분석대상자료기간동안발생한가뭄발생의주기성을파악하기위하여강수자료를이용하여산정된가뭄지수인 SPI(6) 와 Wavelet 분석방법을적용하여주기성분석을실시하였으며 Fig. 6에분석된결과를나타내었다. 가뭄의주기성분석은많은연구자들에의해서실시되었지만대부분현대기간의자료를활용하였으며 6년내외의주기성이나타난다는결과를제시하고있다 (Lee et al., 2012; Lee et al., 2016). 한편, 고대기간에대해서는강수량보정전, 후에대해서모두분석을실시하였으며전반적으로강수량보정전후에따른주기성향의변동은미소한것으로분석되었다. Fig. 6(a, b) 에의하면측우기에의한고대기간 ( ) 의주기성분석결과에서는보정전및보정후모두 6년부근에서통계적으로유의한강한주기성이나타났고, 근 현대기간 ( ) 에서는 (Fig. 6(c)) 4~6년부근에서가장강한주기성을나타내고있다. 즉, 가뭄의주기성과관련된기존선행연구와비슷한주기를나타내었다미래기간 ( ) 의경우에는 2개의주기성이나타났으며 (Fig. 6(d)) 각각 3년의단주기와 8~9년부근에서강한주기성이나타났다. 사용된자료의전체기간 ( ) 에대해서도주기성분석을실시하였으며 (Fig. 6(e)) 분석한결과에서는 50년을중심으로하여유의한장주기성이나타남과동시에 120년부근에서도매우강한주기성이나타났다. 전체기간 ( ) 의주기성분석에서는 3개의분리된기간에대한주기성분석에서나타나지않은장주기성향을파악할수있었으며특히, 측우기자료와가뭄지수를활용한주기성분석을시도한 4.2 Dry Spell Table 6은 SPI(6) 를활용하여 Dry Spell 분석결과를나타내었다. Dry Spell 분석은 SPI(6) 가 1.5 이하인심한가뭄에대해서계절별로구분하여각각의 3개기간 ( 과거, 현대, 미래 ) 에대해서월별심한가뭄사상의개수를파악하였다. Dry Spell 분석결과를보게되면, 고대기간이 119회로가뭄발생빈도가가장높은것으로나타났으며근 현대, 미래기간순으로가뭄발생빈도가크게감소하는것으로나타났다. 고대기간의경우에는, 심한가뭄은여름과가을에비해서봄과겨울에자주발생한것으로나타났으며, 근 현대기간과미래기간에는다른계절에비해서봄에심한가뭄이자주발생한것으로나타났다. 특히, 고대기간보다근 현대및미래기간의심한가뭄발생빈도가감소하는현상은기후변화에의한강수량증가에의한영향으로판단된다. 4.3 가뭄규모분석 Table 7은전체기간에대해서평균가뭄심도, 지속기간, 가뭄규모를분석하여상위 15위까지가뭄년도를순위별로나타내었다. 전체적인순위는가뭄규모를기준으로하였으며가뭄규모는평균가뭄심도와가뭄의지속기간을동시에고려한의미이다 (Lee et al., 2015). 평균가뭄심도의하면 1901년이 2.06으로전기간중가장극심한가뭄심도를나타났으며, 가뭄규모의경우에도 1901 년이 로가장큰규모의가뭄으로나타났다. 따라서 300년이상의장기강우자료를통해서본서울지역의가뭄은 1901년이역대가장극심한가뭄으로나타났다. 근 현대기간 ( ) 에서는 1943년과 1949년이 15위안 Vol.37 No.4 August

고기후 자료를 포함한 장기연속 강수자료에 의한 서울지역의 극한가뭄 시나리오 개발 (a) -After Calibration (b) -Before Calibration (c) Modem (d) Future (e) Entire

5) Era/Season Modern Future Spring Summer Autumn Winter Entire season Spell 33 25 28 33 119 % 8.4 6.4 7.1 8.4 30.

2 에 드는 가장 극심한 가뭄연도로 나타났으며, 서울지역의 극심했던 가뭄연도는 대부분 측우기로 관측된 고대기간으로 나타났다.

4 장기연속 극한가뭄연도의 분석 가뭄은 현대적인 기상 관측이 실시된 이래 중북부 지방에서 발생한 Table 8은 단일 가뭄년도에 대해서 분석한 결과 중에서 각 가장 극심한 가뭄이었다는 평가와 일치하는 결과이다.

9 고기후 자료를 포함한 장기연속 강수자료에 의한 서울지역의 극한가뭄 시나리오 개발 (a) -After Calibration (b) -Before Calibration (c) Modem (d) Future (e) Entire Period Fig. 6. Wavelet Analysis of SPI(6) Table 6. Seasonal Dry Spell for 3 Different Era (SPI(6) < -1.5) Era/Season Modern Future Spring Summer Autumn Winter Entire season Spell % Spell % Spell % 에 드는 가장 극심한 가뭄연도로 나타났으며, 서울지역의 극심했던 가뭄연도는 대부분 측우기로 관측된 고대기간으로 나타났다. 근현대기간의 경우에는 유일하게 2014~2015년 가뭄이 매우 극심했던 연속가뭄으로 5위 안에 포함되었으며 평균심도는 1.09, 지속기간은 34개월, 가뭄규모는 26.15로 나타났다 년 4.4 장기연속 극한가뭄연도의 분석 가뭄은 현대적인 기상 관측이 실시된 이래 중북부 지방에서 발생한 Table 8은 단일 가뭄년도에 대해서 분석한 결과 중에서 각 가장 극심한 가뭄이었다는 평가와 일치하는 결과이다. 실질적으로 기간별 상위 30위 안에 해당하는 극심한 가뭄년도를 선정하여 2014년 가뭄은 상반기(1월-6월), 2015년은 하반기(7~12월)에 강 연속된 가뭄기간을 조사함으로써 장기간 지속된 연속가뭄연도를 수부족이 상대적으로 심각하였음을 감안하면, 년을 연 분석하였다. 장기연속가뭄 분석결과, 고대기간의 경우에는 1899~ 속가뭄으로 평가하였을 경우에는 SPI(6)기반의 평균 가뭄심도는 1902, 1887~1889, 1894~1895, 1782~1783년 총 4건의 연속가뭄 실제보다 덜 심한 것으로 평가될 수 있다. 이 도출되었다. 이 중 가장 극심한 연속가뭄은 1899~1902년으로 RCP시나리오 8.5를 가정한 미래기간의 경우에는 2년 이상 지속 4년 연속의 장기가뭄으로 평균심도는 1.60, 지속기간이 47개월, 된 심각한 수준의 연속가뭄사상은 나타나지 않는 것으로 분석됐다. 가뭄규모는 75.15로 나타났다. 666 Journal of the Korean Society of Civil Engineers 한편, 조선시대의 가뭄기록은 조선왕조실록을 통하여도 확인이

10 장호원ㆍ조형원ㆍ김태웅ㆍ이주헌 Table 7. Drought Severity, Duration and Magnitude of Drought Year Rank 가능하며조선말기 1886년 ( 고종 24년 ) 부터시작된극심한가뭄은 1889년까지 4년간지속되었고, 3년간의약한가뭄상황에이어서 1893년 ( 고종 31년 ) 부터 1895년까지또한번의 3년간극심한가뭄을이어갔다. 이후다시 3년간의약한가뭄상황을이어가다가 1899년 ( 고종 37년 ) 부터 1904년까지 6년간의극심한가뭄상황을이어가는역사상가장극심한장기연속가뭄이이어졌던것으로확인되었다. 5. 결론 Year Average severity Duration (months) Magnitude Table 8. Drought Magnitude for Consecutive Multi Year Droughts Rank Year Duration (year) Average severity Drought months Magnitude 본연구에서는서울지역의극한가뭄을정량적으로평가하기위하여측우기에의한고대기간관측강수량, 기상청의현대관측강수량및기후변화시나리오를통해서전망된미래강수량등서울지역의 300년이상의강수량자료를구축하였으며구축된강수량자료를기반으로서울지역의 3개기간별로관측된강수량및극한가뭄 의통계학적특성을분석하였다. 서울지역의기본통계량분석결과고문서를통하여복원된측우기, 기후변화시나리오를반영하여전망된미래강수량모두남한지역의기후특성을잘반영하고있는것으로나타났으며, 서울지역의전기간에대한기초통계분석을통해서장기간에걸쳐서울지역의강수량이고대기간에비하여뚜렷하게증가하는것으로나타났다. 특히, 현대기간에서가장크게증가하고있는것으로나타났으며측우기자료의결측치에대하여현대관측자료의통계적특성을고려하여보정한강수량에대하여강수량추이, 경향성, 주기성분석을통해보정전후에대하여평가하였다. 이를통해보정후의강수량이가지고있는특성이보전전의강수량자료가갖는자료자체의계절적변동성과같은시간특성이왜곡되지않고기존보정전자료의특성을잘반영하고있는것으로나타났다. 이상치분석의경우에는강수량이상대적으로부족했던과우해가고대기간에는 30회, 근 현대기간은 7회, 미래기간에는 3회로고대기간에서과우해발생빈도가가장높은반면, 미래기간에는다우해발생빈도가상대적으로높은것으로나타내었다. 따라서 300년이상의장기강수자료를통해서서울지역의기상상태가고대기간동안건조기상태에서현재기간을기점으로미래기간에는습윤기상태로전환되는장기간의기상패턴의변화를확인할수있었다. 가뭄의주기성을분석한결과를통해서측우기에의한고대기간의가뭄주기는 6년정도로나타났고, 기상청관측자료에의한근현대기간은 4-6년, 미래기간의경우에는 3년의단주기와 8~9년부근에서강한주기성이나타났다. 전체기간 ( ) 에대한주기성분석결과에서는 50년부근에서장주기성이나타남과동시에 120년부근에서도매우강한주기성이나타남으로써기존의측우기를활용한주기성분석연구성과와비슷한결과로나타났다. 가뭄규모분석의경우에는서울지역의역대가장극심한가뭄은 1901년으로나타났으며, 연속가뭄분석결과에서도 1901년이포함된 1899~ 1902년이서울지역에서역대가장극심한가뭄으로나타났다. 가장최근에발생했던 2014~2015년연속가뭄은 1907년이후의근현대기간에서발생한가장극심한연속가뭄으로나타났다. 특히, 조선말기 ( 고종 ) 에발생한 10년이상지속된장기연속가뭄은우리나라역사상가장극심했던가뭄사상으로평가되었다. 본연구를통하여, 측우기자료가가뭄연구에충분히활용될수있다는것을확인할수있었다. 본연구에서제시한서울지역의극한가뭄시나리오도출결과는국가가뭄대응체계수립을위한가뭄기준으로활용될수있을것으로기대되며, 단순히 1-2년지속되는가뭄이아니고향후에는 10년정도지속되는가뭄에도충분히대비할수있는대응책마련이절실히필요하다. Vol.37 No.4 August

11 고기후자료를포함한장기연속강수자료에의한서울지역의극한가뭄시나리오개발 감사의글 본연구는국토교통부물관리사업 (14WMP-B ) 과기상청기상기술개발사업 (KMIPA ) 의지원으로수행되었습니다. References Byun, H. R. and Im, B. H. (2000). Drought forecast of 2000 year using drought periodicity of Korea. Proc. of KWRA Conf., KWRA, pp Chang, I. G. (2016). Study on drought of Kangwon-do using SPEI and PMDI, M. S. dissertation, Kangwon national university. Cho, J. G. and Moon. B. K. (1997). Restorations and analyses of rainfall amount observed by chukwookee. Asia-Pacific Journal of Atmo spheric Sciences, KMS, Vol. 33, No. 4, pp Hwang, J. H. (2016). Multivariate drought frequency analysis using hidden markov chain model and copula function, M. S. dissertation, Chonbuk national university. Jang, H, W., Cho, H. W., Kim, T. W. and Lee, J. H. (2016). Quantitative characterization of historical drought events in Korea -focusing of outlier analysis of precipitation-. J. Korea Water Resour. Assoc, KWRA, Vol. 49, No. 2, pp Jeong, M. S., Kim, J. S., Jang, H. W. and Lee, J. H. (2016). ROC evaluation for MLP ANN drought forecasting model. J. Korea Water Resour. Assoc, KWRA, Vol. 49, No. 10, pp Jhun. J. G. and Moon. B. K. (1997). Restorations and analyses of rainfall amount observed by chukwookee. Journal of Korean Meteorlogical Society, KMS, Vol. 33, No. 4, pp Jung, H. S., Lim, G. H. and Oh, J. H. (1999). A study on the dry period of Korea using Chuk Woo Kee observed rainfall data. Proc. of KWRA Conf., KWRA, pp Jung, H. S., Park J. S., Lim, G. H. and Oh, J. H. (2000). Trend analysis and wavelet transform of time series of precipitation including the Chukwookee observation in Seoul. The Korean Journal of Applied Statistics, Vol. 13, No. 2, pp Kim, M. S., Moon, J. W., Moon, Y. I. and Lee M. R. (2012). Spatial characteristics analysis of drought using SPI index and satellite image in the Korea peninsula. Korean Society of Civil Engineers Conf., KSCE, pp Lee, J. H., Jang, H. W., Kim, J. S. and Kim, T. W. (2015). Quantitative characterization of historical drought events in Korea Focusing on drought frequency analysis in the five major basins. J. Korea Water Resour. Assoc, KWRA, Vol. 48, No. 12, pp Lee, J. H., Jang, H. W., Kim, J. S. and Lee, J. C. (2013). Drought forecasting using the multi layer perceptron (MLP) artificial neural network model. J. Korea Water Resour. Assoc, KWRA, Vol. 46, No. 12, pp Lee, J. H., Kwon, H. H., Jang, H. W. and Kim, T. W. (2016). Future changes in drought characteristics under extreme climate change over south Korea. Hindawi Publishing Corporation Advances in Meteorology, Vol. 2016, pp. 19 Lee, J. H., Seo, J. W. and Kim, C. J. (2012). Analysis on trends, periodicities and frequencies of Korean drought using drought indices. J. Korea Water Resour. Assoc, KWRA, Vol. 45, No. 1, pp Lim G. H., Choi, E. H., Koo, K. S. and Won, M. S. (2012). The 17 th century dry period in the time series of the monthly rain and snow days of Seoul. Atmosphere, KMS, Vol. 22, No. 3, pp Moon, J. W., Jung, C. G. and Lee, D. R. (2014). Analysis of spring drought in seoul. Proc. of KWRA Conf., KWRA, pp Park, M. W., Lee, O. J., Park, Y. K. and Kim, S. D. (2015). Future drought projection In korea under ar5 rcp climate change scenarios., J. Korea Soc. Hazard Mitig, KOSHAM, Vol. 15, No. 6, pp Journal of the Korean Society of Civil Engineers View publication stats

03이경미(237~248)ok

03이경미(237~248)ok The recent (2001-2010) changes on temperature and precipitation related to normals (1971-2000) in Korea* Kyoungmi Lee** Hee-Jeong Baek*** ChunHo Cho**** Won-Tae Kwon*****. 61 (1971~2000) 10 (2001~2010).