준거점 기반 부분 적률 접근법을 통한 폭염 위험성 평가 : 기후 리질리언스를 고려한 위험 구조 분석 = Heatwave risk analysis based on reference point of the partial moment approach: Considering the level of climate resilience

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The increasing frequency of extreme heatwave events under the severe climate crisis has risen to the surface with the impact of systematic, asymmetric tail risks. Regarding these cases, the study evaluates the economic effects of mitigating heatwave risks followed by the level of climate resilience, using data on losses that had been caused by heatwaves from 229 municipalities in South Korea between 2016 and 2022. Heatwave damage represents the socio-economic losses that have been quantified to medical expenses and labor productivity losses in due periods. The study examines the structural risk of heatwaves on behalf of asymmetric and fat-tail distribution and derives the risk premium for each metropolitan area using the predicted heatwave damages on each level of resilience.
Risk analysis in the academic field is used to define the risk in the reference point of mean. However, in the case of asymmetric and fat-tailed distribution, mean-based approach can underestimate heatwave risk, as the mean highly depends on the outliers and leads to systematic misunderstanding of actual risk. To understand the asymmetry of fat-tailed characteristics of heatwave damages, this study quantifies variance, skewness and tail-thickness to define the damages and adopts both the mean and median of the distribution, using partial moment approach to estimate the separate effects of resilience on upper and lower tail heatwave risk.
HWRI, the heatwave resilience index, is considered as a main explanatory variable, including the squared term set to check non-linear effect along with meteorological and population controls. High-dimensional fixed effects regression is adopted for 1-4 degrees of upper and lower partial moments absorbing individual and year effects. By assuming the CARA (Constant Absolute Risk Aversion) utility function, the study progressed using the risk premium formulation based on the Taylor expansion so that the residual risk could be turned into monetary value.
Empirical results supported that HWRI has a tendency of decreasing heatwave risk, not only at mean-level, but also at higher degrees of risk such as variance, skewness and tail-thickness. It is likely that the higher resilience the region has, the more the mitigation of risk is present. Moreover, the latent amount of risk coming from difference of risk recognition at separate reference points tended to decrease when the levels of HWRI were higher.
The risk premiums of 17 metropolitan areas reveal that comparatively urban areas where high levels of damage have existed still have substantial amounts of risk costs due to high degrees of risk. On the other hand, comparatively rural areas have lower risk premiums since the risk distributed in each level is lower than the reference point. HWRI also shortens the difference between mean and median-based reference points, thereby reducing the latent risk costs that come from instability in risk evaluation due to asymmetric distributions. Regional heterogeneity across the 17 provinces further reveals that metropolitan areas with substantially high losses (e.g., Seoul and Gyeonggi) continue to face high residual levels of risk, whereas less urbanized regions with smaller losses do not.
By both integrating a resilience index with a reference point-based partial moment framework and transforming its effects into monetary risk costs, this study offers a novel empirical approach to valuing heatwave resilience. These findings emphasize the need for differential heatwave damage references for each region considering regional risk structures and provide standards to develop policies against heatwave risk under constrained public budgets.

국문 초록 (Abstract)

기후 위기로 인해 폭염 현상은 날이 갈수록 빈번해지고 있으며, 이상 기후 현상의 구조적 특징인 두꺼운 꼬리(fat-tail), 즉 지역별로 비대칭적이고 극단적인 피해 발생이 대두되고 있다. 이에 따라 폭염의 위험성을 체계적으로 저감할 기후 리질리언스 확보의 필요성이 강조되고 있다. 본 연구는 기후 리질리언스에 따른 위험 완화 정도를 평가하기 위해 2016~2022년 전국 229개 기초지자체(시군구)의 폭염 리질리언스 지수(HWRI)를 구축하고, 폭염 진료비와 노동 생산성 감소액을 바탕으로 폭염 위험을 정량화하였다. 이후 폭염 위험 구조를 분석하고, 회귀 예측값을 바탕으로 지역별 위험비용을 도출하여 HWRI 수준별 폭염 위험을 평가하였다. 이때 HWRI는 폭염 취약성을 사전에 완화하고 발생한 충격을 흡수하는 구조적 능력으로 정의된다.
평균-분산 분석(mean-variance analysis)으로 대표되는 기존 위험성 분석 연구는 위험성을 주로 평균 기준점에서 평가하고 평균(mean) 수준과 분산(variance) 수준에서 분석을 진행하였다. 하지만 강한 비대칭성과 두꺼운 꼬리를 분포의 특성으로 가질 경우 평균 기준점이 극단치에 크게 좌우되어 실제 위험을 왜곡할 우려가 있다. 이에 본 연구는 폭염 피해의 비대칭적이고 두꺼운 꼬리 특성을 반영하기 위해 위험을 정의하는데 있어 변동성과 비대칭성, 꼬리 두께를 고려하였다. 이후 분포의 평균과 중위수를 준거점(reference point)으로 설정하고 부분 적률(partial moments) 접근법을 적용하여 위험 분석에 중요한 준거점 이상 상위 피해액 구간의 폭염 위험에 대한 리질리언스의 영향을 추정하였다.
연구 과정에서 모형의 주요 설명변수인 HWRI의 비선형적 효과를 포착하기 위해 제곱항을 추가로 고려하였고 이어 기상 변수, 인구 규모 통제변수를 추가하여 해당 변수들의 효과를 분석하였다. 종속변수는 폭염에 대해 각 기초지자체가 직면한 위험성과 안전성 변수를 구축하여 적용하였으며, 구체적으로는 1차부터 4차 준거점 상위 부분 적률이 위험성으로, 하위 부분 적률이 안전성 개념으로 반영된다. 이어 개체·연도 고정효과를 흡수하는 고정효과 회귀분석을 진행하였고, 분석 결과 도출되는 예측값을 활용한 위험비용을 산출하였다. 개별 지자체의 효용함수는 CARA(Constant Absolute Risk Aversion) 효용함수로 가정하였고, 테일러 전개를 기반으로 한 위험 프리미엄 함수를 응용하여 리질리언스의 추가 확보에 대한 효과 발생 이후의 잔여 위험을 위험비용으로 변환하였다.
실증분석 결과 HWRI의 한 단위 상승은 피해액의 평균적 감소에도 기여하지만, 상위 부분 적률에서 변동성과 비대칭성, 꼬리 두께 등 고차 위험에 대해 더 큰 음(-)의 상관관계를 보였다. 이는 리질리언스 수준이 상대적으로 높은 관측치들에 대해 피해가 완화되는 경향이 존재함을 보여준다. 더불어 HWRI 수준이 높아질수록 평균, 중위수 준거점에서의 위험 인식 차이, 즉 잠재위험이 완화되어 비대칭적 구조에서 발생할 수 있는 추가 위험에 대해서도 유의한 감소 관계가 확인되었다.
분석 내용을 바탕으로 17개 시도별 위험비용을 도출한 결과, 상방 피해가 집중된 광역지자체에서는 고차 위험이 누적되어 비교적 높은 위험비용이 도출되었다. 반면 준거점 미만의 피해가 집중된 지역의 경우 위험비용이 낮은 수준으로 산출되었다. 서로 다른 준거점의 차이에서 기인하는 잠재위험비용을 분석한 결과, 중위수 준거점 미만의 피해가 많은 상대적 저위험 지역의 경우 잠재위험이 존재하지 않았고, 오히려 음(-)의 값으로 도출되어 평균 준거점에서 폭염 위험이 과대평가되는 양상이 나타났다. 반면 피해 수준이 중위수 이상 구간에서 자주 형성되는 지역에서는 잠재위험이 큰 값으로 산출되었고, 평균 준거점에서 위험의 과소 평가가 이루어지고 있음을 보였다. 이는 평균 준거점 위주의 분석이 지역별 기후 위험을 구조적으로 왜곡하고 있음을 보여주며, 지역에 따른 위험 인식과 구조가 이질적임을 의미한다.
본 연구는 기후 리질리언스 지수와 준거점 기반 부분 적률 모형을 접목하여 분석을 진행하였고, 분석 결과를 활용하여 위험 프리미엄을 추정하였다. 이로써 지역별 위험 구조에 따른 차등적 폭염 대응 정책의 필요성을 제시하며, 폭염 위험 저감 정책에 활용될 수 있는 기초 자료를 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구의 배경 1
• 제 2 절 선행연구 검토 3
• 제 3 절 연구의 구성 5
• 제 2 장 연구 방법 및 자료 7
• 제 1 절 분석자료 7
• 1. 폭염 리질리언스 지수 7
• 2. 엔트로피 가중치 방법 8
• 3. 폭염 피해액 및 통제변수 12
• 제 2 절 분석 모형 및 추정방법 17
• 1. 준거점 기준 폭염 위험 함수 정의 17
• 2. 피해분포 기반 폭염 위험 분석 20
• 3. HWRI 수준별 위험성 설명 모형 22
• 4. 위험비용 추정 24
• 제 3 장 분석 결과 29
• 제 1 절 1차 적률 분석 결과 31
• 제 2 절 고차 적률 분석 결과 32
• 제 3 절 준거점에 따른 잠재위험 분석 결과 37
• 제 4 절 위험비용 산출 및 해석 39
• 제 4 장 강건성 검정 및 민감도 분석 44
• 제 1 절 부트스트래핑 강건성 검정 44
• 제 2 절 절대위험회피도 민감도 분석 46
• 제 5 장 결론 및 시사점 51
• 참고문헌 53
• 표 목차
• <표 2-1> HWRI 구성요소 9
• <표 2-2> 심평원 온열질환 진료비용 청구자료 12
• <표 2-3> 노동 강도별 WBGT 평균 및 표준편차 13
• <표 2-4> 연도별 기초통계량 16
• <표 2-5> 광역지자체별 기초통계량 16
• <표 3-1> 피해 구간별 기술통계 30
• <표 3-2> 1차 적률 위험 완화효과 분석 32
• <표 3-3> 평균 준거점 고차 적률 위험 완화효과 분석 35
• <표 3-4> 중위수 준거점 고차 적률 위험 완화효과 분석 36
• <표 3-5> 잠재위험 완화효과 분석 38
• <표 3-6> 평균 준거점 위험비용 41
• <표 3-7> 중위수 준거점 위험비용 42
• <표 3-8> 잠재위험비용 43
• <표 4-1> 평균 준거점 분석의 부트스트래핑 검정 결과 45
• <표 4-2> 중위수 준거점 분석의 부트스트래핑 검정 결과 45
• <표 4-3> 잠재위험 분석의 부트스트래핑 검정 결과 46
• <표 4-4> 평균 준거점 위험비용 민감도 분석 결과 48
• <표 4-5> 중위수 준거점 위험비용 민감도 분석 결과 49
• <표 4-6> 잠재위험비용 민감도 분석 결과 50
• 그림 목차
• <그림 1> 리질리언스의 구성 3
• <그림 2> HWRI 분포도 11
• <그림 3> 2016~2022년 폭염 피해액 분포 17