표준강수증발산지수를 활용한 미래 가뭄특성의 시계열 변화전망

남원호,Michael J. Hayes,Donald A. Wilhite,Mark D. Svoboda 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.1

Recent droughts in South Korea have had large economic and environmental impacts across the country. Changes in rainfall and hydrologic patterns dueto climate change can potentially increase the occurrence of extreme droughts and affect the future availability of water resources. Therefore, it isnecessary to evaluate drought vulnerability for water resources planning and management, and identify the appropriate mitigation actions to conduct adrought risk analysis in the context of climate change. The objective of this study is changes in the temporal trends of drought characteristics in SouthKorea to examine drought impacts under climate change. First, the changes of drought occurrence were analyzed by applying the StandardizedPrecipitation Evapotranspiration Index (SPEI) for meteorological data on 54 meteorological stations, and were analyzed for the past 30 years(1981-2010), and Representative Concentration Pathways (RCP) climate change scenarios (2011-2100). Second, the changes on the temporal trends ofdrought characteristics were performed using run theory, which was used to compare drought duration, severity, and magnitude to allow for quantitativeevaluations under past and future climate conditions. These results show the high influence of climate change on drought phenomenon, and will contributeto water resources management and drought countermeasures to climate change.

관개취약성 평가모형 및 군집분석을 활용한 용수공급 위험도 평가

남원호,김태곤,홍은미,Michael J. Hayes,Mark D. Svoboda 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.1

Because reservoirs that supply irrigation water play an important role in water resource management, it is necessary to evaluate the vulnerability of thisparticular water supply resource. The purpose of this study is to provide water supply risk maps of agricultural reservoirs in South Korea using irrigationvulnerability model and cluster analysis. To quantify water supply risk, irrigation vulnerability indices are estimated to evaluate the performance of thewater supply on the agricultural reservoir system using a probability theory and reliability analysis. First, the irrigation vulnerability probabilities of 1,346reservoirs managed by Korea Rural Community Corporation (KRC) were analyzed using meteorological data on 54 meteorological stations over the past30 years (1981-2010). Second, using the K-mean method of non-hierarchical cluster analysis and pre-simulation approach, cluster analysis was appliedto classify into three groups for characterizing irrigation vulnerability in reservoirs. The morphology index, watershed area, irrigated area, and ratiobetween watershed and irrigated area are selected as the clustering analysis parameters. It is suggested that the water supply risk map be utilized as a basisfor the establishment of risk management measures, and could provide effective information for a reasonable decision making on drought risk mitigation.

Developing the vegetation drought response index for South Korea (VegDRI-SKorea) to assess the vegetation condition during drought events

Nam, Won-Ho,Tadesse, Tsegaye,Wardlow, Brian D.,Hayes, Michael J.,Svoboda, Mark D.,Hong, Eun-Mi,Pachepsky, Yakov A.,Jang, Min-Won TaylorFrancis 2018 International journal of remote sensing Vol.39 No.5

<P>South Korea has experienced severe droughts and water scarcity problems that have influenced agriculture, food prices, and crop production in recent years. Traditionally, climate-based drought indices using point-based meteorological observations have been used to help quantify drought impacts on the vegetation in South Korea. However, these approaches have a limited spatial precision when mapping detailed vegetation stress caused by drought. For these reasons, the development of a drought index that provides detailed spatial-resolution information on drought-affected vegetation conditions is essential to improve the country's drought monitoring capabilities, which are needed to help develop more effective adaptation and mitigation strategies. The objective of this study was to develop a satellite-based hybrid drought index called the vegetation drought response index for South Korea (VegDRI-SKorea) that could improve the spatial resolution of agricultural drought monitoring on a national scale. The VegDRI-SKorea was developed for South Korea, modifying the original VegDRI methodology (developed for the USA) by tailoring it to the available local data resources. The VegDRI-SKorea utilizes a classification and regression tree (CART) modelling approach that collectively analyses remote-sensing data (e.g. normalized difference vegetation index (NDVI)), climate-based drought indices (e.g. self-calibrated Palmer drought severity index (PDSI) and standardized precipitation index (SPI)), and biophysical variables (e.g. elevation and land cover) that influence the drought-related vegetation stress. This study evaluates the performance of the recently developed VegDRI-SKorea for severe and extreme drought events that occurred in South Korea in 2001, 2008, and 2012. The results demonstrated that the hybrid drought index improved the more spatially detailed drought patterns compared to the station-based drought indices and resulted in a better understanding of drought impacts on the vegetation conditions. The VegDRI-SKorea model is expected to contribute to the monitoring of drought conditions nationally. In addition, it will provide the necessary information on the spatial variations of those conditions to evaluate local and regional drought risk assessment across South Korea and assist local decision-makers in drought risk management.</P>

증발스트레스지수를 활용한 국내 돌발가뭄 감지

Lee, Hee-Jin,Nam, Won-Ho,Yoon, Dong-Hyun,Mark, D. Svoboda,Brian, D. Wardlow 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.8

가뭄은 수개월, 수년 이상에 걸쳐 서서히 발생 및 지속되며, 식생에 대한 피해가 발생할 때까지 확실한 인식이 어렵다. 최근에는 기후변화에 따른 기상이변 및 기온상승 등으로 인하여 가뭄의 발생빈도가 증가하고 있으며, 기상 이상으로 몇 주 또는 몇 달 이내 빠르게 발전하는 가뭄을 확인할 수 있다. '돌발가뭄(Flash Drought)은 일반적인 가뭄과 달리 비교적 짧은 기간 동안 표면온도의 상승과 비정상적으로 낮고 빠르게 감소하는 토양수분으로 인하여 식생에 대한 극심한 스트레스를 유발하면서 광범위한 작물 손실 및 용수공급 감소 등에 대한 피해를 야기하는 가뭄으로 정의된다. 짧은 기간의 급속하게 발생하는 (rapid-onset) 돌발가뭄은 발생원인인 토양수분함량의 감소와 강수의 부족, 낮은 습도, 고온 및 강풍 등으로 인한 증발 수요의 증가 등과 유사한 관계가 있기 때문에 농업 및 자연 생태계에 미치는 영향이 크며, 발생원인 또한 농업가뭄의 범주에 속하기 때문에 이에 대한 모니터링이 필수적이다. 본 연구에서는 증발산량을 활용한 위성영상 기반 가뭄지수인 증발스트레스지수(Evaporative Stress Index, ESI)를 활용하여 국내의 돌발가뭄 감지 조건을 제시하였으며, 표준강수지수, 토양수분, 최고기온, 상대습도, 풍속, 강수량 등과 비교를 통하여 돌발가뭄사상의 수문기상학적 특성에 대하여 분석하였다. 돌발가뭄 발생 이전 8주간을 기준으로 상관분석하였으며, ESI와 표준강수지수, 토양수분, 최고기온에 대하여 0.8(-0.8) 이상의 높은 상관관계를 보였다. 본 연구를 통하여 아직 명확하게 정의되지 않은 돌발가뭄에 대한 유형별 분석 및 국내 돌발가뭄의 수문기상학적 특성을 파악하였으며, 위성영상 기반 가뭄지수인 증발스트레스지수는 돌발가뭄사상의 모니터링에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

기후변화대응을 위한 국립가뭄경감센터의 가뭄관리 및 정책방안

남원호 ( Nam Won-ho ),( Michael J Hayes ),( Donald A Wilhite ),( Tsegaye Tadesse ),( Mark D Svoboda ),( Cody L Knutson ) 한국농공학회 2014 韓國農工學會誌 : 전원과 자원 Vol.56 No.2

관개취약성 평가모형 및 군집분석을 활용한 용수공급 위험도 평가

Nam, Won-Ho,Kim, Taegon,Hong, Eun-Mi,Hayes, Michael J.,Svoboda, Mark D. 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.1

Because reservoirs that supply irrigation water play an important role in water resource management, it is necessary to evaluate the vulnerability of this particular water supply resource. The purpose of this study is to provide water supply risk maps of agricultural reservoirs in South Korea using irrigation vulnerability model and cluster analysis. To quantify water supply risk, irrigation vulnerability indices are estimated to evaluate the performance of the water supply on the agricultural reservoir system using a probability theory and reliability analysis. First, the irrigation vulnerability probabilities of 1,346 reservoirs managed by Korea Rural Community Corporation (KRC) were analyzed using meteorological data on 54 meteorological stations over the past 30 years (1981-2010). Second, using the K-mean method of non-hierarchical cluster analysis and pre-simulation approach, cluster analysis was applied to classify into three groups for characterizing irrigation vulnerability in reservoirs. The morphology index, watershed area, irrigated area, and ratio between watershed and irrigated area are selected as the clustering analysis parameters. It is suggested that the water supply risk map be utilized as a basis for the establishment of risk management measures, and could provide effective information for a reasonable decision making on drought risk mitigation.

표준강수증발산지수를 활용한 미래 가뭄특성의 시계열 변화전망

Nam, Won-Ho,Hayes, Michael J.,Wilhite, Donald A.,Svoboda, Mark D. 한국농공학회 2015 한국농공학회논문집 Vol.57 No.1

Recent droughts in South Korea have had large economic and environmental impacts across the country. Changes in rainfall and hydrologic patterns due to climate change can potentially increase the occurrence of extreme droughts and affect the future availability of water resources. Therefore, it is necessary to evaluate drought vulnerability for water resources planning and management, and identify the appropriate mitigation actions to conduct a drought risk analysis in the context of climate change. The objective of this study is changes in the temporal trends of drought characteristics in South Korea to examine drought impacts under climate change. First, the changes of drought occurrence were analyzed by applying the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI) for meteorological data on 54 meteorological stations, and were analyzed for the past 30 years (1981-2010), and Representative Concentration Pathways (RCP) climate change scenarios (2011-2100). Second, the changes on the temporal trends of drought characteristics were performed using run theory, which was used to compare drought duration, severity, and magnitude to allow for quantitative evaluations under past and future climate conditions. These results show the high influence of climate change on drought phenomenon, and will contribute to water resources management and drought countermeasures to climate change.

위성영상 토양수분 기반 FDII를 활용한 돌발가뭄의 메커니즘 분석

이희진,남원호,서찬양,Jason A. Otkin,Yafang Zhong,Mark D. Svoboda 한국농공학회 2023 한국농공학회논문집 Vol.65 No.3

A flash drought is a rapid-onset drought that develops over a short period of time as weather and environmental factors change rapidly, unlike generaldroughts, due to meteorological abnormalities. Abnormally high evapotranspiration rates and rapid declines in soil moisture increase vegetation stress. In addition, crop yields may decrease due to flash droughts during crop growth and may damage agricultural and economic ecosystems. In this study,Flash Drought Intensity Index (FDII) based on soil moisture data from Gravity Recovery Climate Experiment (GRACE) was used to analyze flashdrought. FDII, which is calculated using soil moisture percentile, is expressed by multiplying two factors: the rate of intensification and the droughtseverity. FDII was developed for domestic flash drought events from 2014 to 2018. The flash drought that occurred in 2018, Chungcheongbuk-doshowed the highest FDII. FDII was higher in heat wave flash drought than in precipitation deficit flash drought. The results of this study show thatFDII is reliable flash drought analysis tool and can be applied to quantitatively analyze the characteristics of flash drought in South Korea.

Evaporative Demand Drought Index (EDDI)와 Evaporative Stress Index (ESI)를 활용한 Flash Drought 모니터링

이희진 ( Hee-jin Lee ),남원호 ( Won-ho Nam ),( Mark D. Svoboda ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

가뭄은 장기간 동안 물 부족 현상이 누적되어 나타는 자연재해 중 하나로써 경제적, 사회적 영향이나 물리적으로 큰 피해를 가져온다. 일반적으로 가뭄은 수개월 또는 수년이 걸리며 천천히 발생하는 기후 현상으로 여겨진다. 하지만 최근 기후변화로 인해 전 세계적으로 가뭄이 빈번하게 발생하고 있으며, 극심한 기상 이상으로 몇 주 또는 몇 달 이내 빠르게 발전하는 가뭄을 확인할 수 있다. 이러한 현상을 Flash Drought라고 하며, Flash Drought는 비교적 짧은 기간 동안 표면온도의 상승과 비정상적으로 낮고 빠르게 감소하는 토양수분으로 인하여 발생한다. 강수의 부족, 낮은 습도, 고온 및 강풍 등으로 인한 증발 수요의 증가와 같은 극단적인 기상 이상이 토양수분함량을 감소시키며, 이에 따른 식물 스트레스의 증가로 인하여 Flash Drought가 발생하는 것이다. Flash Drought는 농업 및 자연 생태계에 미치는 영향이 크며, 발생원인 또한 농업가뭄의 범주에 속하기 때문에 이에 대한 모니터링이 필수적이다. 본 연구에서는 증발산을 활용한 가뭄지수인 Evaporative Stress Index (ESI), Evaporative Demand Drought Index (EDDI)를 활용하여 우리나라의 Flash Drought에 대한 모니터링을 진행하였다. 가뭄 발생이 잦아진 2000년 이후부터 2018년까지의 데이터를 이용하여 ESI와 EDDI를 산정하고, 실제로 가뭄이 발생하였던 시기와 비교를 통하여 Flash Drought 모니터링에 대한 적용성 및 농업가뭄 특성에 대해 분석하였다.

Evaporative Stress Index (ESI)의 국내 가뭄심도 분류기준 제시

이희진 ( Hee-jin Lee ),남원호 ( Won-ho Nam ),윤동현 ( Dong-hyun Yoon ),김대의 ( Dae-eui Kim ),( Mark D. Svoboda ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

자연재해 중 하나인 가뭄은 지구온난화, 엘리뇨 현상 등과 같은 기후변화에 영향을 받고 있으며, 최근 전 세계적으로 국내외 가뭄 피해 및 발생빈도가 점차 증가하고 있다. 우리나라의 경우 2000년대 이후 가뭄 주기가 점점 짧아져 2013년 이후 매년 가뭄이 발생하는 추세이다. 지속되는 가뭄의 경향과 특성을 파악하기 위해서는 정량적인 분석이 요구되며, 위성영상을 활용한 원격탐사 기술은 동일한 정확도와 주기적인 관측으로 가뭄 취약성 평가, 가뭄 피해에 대한 예측 등이 가능하다. 위성영상 기반 농업가뭄 모니터링은 국내 농업분야에 활발히 연구되고 있으며, 본 연구에서는 실제 증발산량과 잠재 증발산량의 비를 통해 산정되는 Evaporative Stress Index (ESI)를 활용하였다. ESI는 빠른 가뭄 판단과 단기적인 가뭄 분석에 활용될 수 있으며, Flash drought의 가뭄판단지표로 활용되고 있다. 하지만 아노말리 (anomaly)를 지수화한 지표이며, 일반적인 가뭄 평가로 활용되는 표준강수지수 (Standardized Precipitation Index, SPI), 파머가뭄심도지수(Palmer Drought Severity Index, PDSI) 등과 같은 가뭄지수와 달리 가뭄심도에 대한 명확한 기준이 정립되어 있지 않다. 미국 항공우주국 (National Aeronautics and Space Administration, NASA)에서 제공하는 해상도 5km의 ESI가 국내 농업가뭄 판단에 활용 가능하다는 연구 결과를 토대로 2001년부터 2018년까지의 ESI 데이터를 취득하여 가뭄심도 분류기준에 대하여 분석하였다. 미국 United States Drought Monitor (USDM)은 지역적 특성에 맞추어 가뭄 단계를 D0부터 D4까지 구분하여 가뭄심도를 분류하였으며, 우리나라 기상청의 경우 SPI의 가뭄심도 분류를 6단계로 나누어 나타내고 있다. 국내에 적용할 수 있는 ESI의 가뭄심도 분류기준을 제시하여 가뭄의 정도를 정량화하고, 가뭄 진행상황을 모니터링함으로써 가뭄 평가에 대한 적용성을 분석하고자 한다.