Quantile 회귀분석을 이용한 극대강수량 자료의 경향성 분석

소병진,권현한,안정희,So, Byung-Jin,Kwon, Hyun-Han,An, Jung-Hee 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.8

기존 Ordinary Regression (OR) 방법을 이용한 경향성 분석은 경향성을 과소평가하는 문제점을 나타낸다. 이러한 점에서 본 연구에서는 자료의 정규분포 가정과 평균을 중심으로 경향성 평가가 이루어지는 기존 Ordinary Regression (OR) 방법을 개선한 Quantile Regression (QR) 방법을 제안하였다. 본 연구에서는 64개 강우 관측지점의 연 최대 극대강수량 자료에 대하여 QR 방법과 OR 방법에 대하여 통계적 성능을 평가하였다. QR 방법의경향성 분석결과 47개 지점에서 5% 오차수준 내에서 t-검정을 통과한 반면 OR 방법에서는 13개 지점 만이 통계적 유의성을 가지는 것으로 나타났다. 이는 OR 방법이 자료의 평균을 중심으로 경향성을 평가하는 기법인데 반해 QR은 자료의 다양한 분위에서 경향성을 평가함으로써 극대 및 극소 부분에서의 경향성을 보다 유연하게 감지하는 이유로 판단된다. QR 방법을 통한 경향성 평가는 평균 중심의 해석문제점을 개선할 수 있으며 자료가 정규분포를 따르지 않거나 왜곡된 분포형태를 갖는 자료의 수문학적 경향성 평가에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The underestimating trend using existing ordinary regression (OR) based trend analysis has been a well-known problem. The existing OR method based on least squares approximate the conditional mean of the response variable given certain values of the time t, and the usual assumption of the OR method is normality, that is the distribution of data are not dissimilar form a normal distribution. In this regard, this study proposed a quantile regression that aims at estimating either the conditional median or other quantiles of the response variable. This study assess trend in annual daily maximum rainfall series over 64 weather stations through both in OR and QR approach. The QR method indicates that 47 stations out of 67 weather stations are a strong upward trend at 5% significance level while OR method identifies a significant trend only at 13 stations. This is mainly because the OR method is estimating the condition mean of the response variable. Unlike the OR method, the QR method allows us flexibly to detect the trends since the OR is designed to estimate conditional quantiles of the response variable. The proposed QR method can be effectively applied to estimate hydrologic trend for either non-normal data or skewed data.

기상청 차세대 기후변화 시나리오 전망 및 평가 <기상청 RCP 시나리오 중심으로>

소병진,김민지,권현한,So, Byeong-Jin,Kim, Min-Ji,Gwon, Hyeon-Han 한국수자원학회 2012 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.45 No.8

WRF-HYDRO 모형을 이용한 유출량 추정의 국내 적용성 검토

소병진(So, Byung Jin),이주헌(Lee, Joo Heon),권현한(Kwon, Hyun Han) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

RCP 기후변화 시나리오 MME 생산 및 우리나라 기후변화 전망

소병진(So, Byung Jin),권현한(Kwon, Hyun Han) 대한토목학회 2012 대한토목학회 학술대회 Vol.2012 No.10

SCE 최적화 기법과 목적함수를 사용한 Bartlett-Lewis 모형의 보정

소병진(So, Byung Jin),권현한(Kwon, Hyun Han),김동균(Kim, Dong Kyun) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10

강우모의기법과 강우-유출 모형을 연계한 댐 유입량 자료 생성기법 개발

김태정,소병진,유민석,권현한,Kim, Tae-Jeong,So, Byung-Jin,Ryou, Min-Suk,Kwon, Hyun-Han 한국수자원학회 2016 한국수자원학회논문집 Vol.49 No.4

일반적으로 하천의 유량은 댐과 같은 수공구조물에 의해 조정된 유량으로 수자원계획을 위해서 필요한 자연유량과는 차이가 크다. 수자원계획을 수립함에 있어 자연 유입량 정보는 댐 운영과 수문분석을 위한 필수적인 정보이다. 본 연구에서는 댐 유역 일유입량 모의기법을 위한 통합 모형을 개발하였다. 첫째, 장기 강우-유출 모형의 입력강우자료로 사용하기 위하여 평균 및 중앙값과 같은 통계적 모멘트를 효과적으로 재현하고 극치 강우량 재현에 유리한 불연속 Kernel-Pareto 확률분포 기반의 강우모의기법을 통하여 강우모의를 수행하였다. 둘째, SAC-SMA 장기 강우-유출 모형의 매개변수를 Bayesian MCMC 기법을 통하여 최적화하여 산정된 매개변수의 사후분포를 활용하여 댐 유입량 시나리오 도출하였다. 댐 유역을 대상으로 개발된 모형을 평가한 결과 자연유량과 통계적으로 유사한 특성을 가지는 시나리오를 생성할 수 있었으며, 물수지 분석 등과 같은 수자원계획을 위한 시나리오로 활용이 가능할 것으로 판단된다. Generally, a natural river discharge is highly regulated by the hydraulic structures, and the regulated flow is substantially different from natural inflow characteristics for the use of water resources planning. The natural inflow data are necessarily required for hydrologic analysis and water resources planning. This study aimed to develop an integrated model for more reliable simulation of daily dam inflow. First, a piecewise Kernel-Pareto distribution was used for rainfall simulation model, which can more effectively reproduce the low order moments (e.g. mean and median) as well as the extremes. Second, a Bayesian Markov Chain Monte Carlo scheme was applied for the SAC-SMA rainfall-runoff model that is able to quantitatively assess uncertainties associated with model parameters. It was confirmed that the proposed modeling scheme is capable of reproducing the underlying statistical properties of discharge, and can be further used to provide a set of plausible scenarios for water budget analysis in water resources planning.

Copula 함수를 활용한 삼변량 가뭄빈도해석 기법 개발

김진영,소병진,김태웅,권현한,Kim, Jin-Young,So, Byung-Jin,Kim, Tae-Woong,Kwon, Hyun-Han 한국수자원학회 2016 한국수자원학회논문집 Vol.49 No.10

This study developed a trivariate Copula function based drought frequency analysis model to better evaluate the recent 2014~2015 drought event. The bivariate frequency analysis has been routinely used for the drought variables of interest (e.g. drought duration and severity). However, the recent drought patterns showed that the intensity can be regarded as an important factor which is being characterized by short duration and severe intensity. Thus, we used the trivariate Copula function approach to incorporate the trivariate drought characteristics into the drought frequency analysis. It was found that the return periods based on the trivariate frequency analysis are, in general, higher than the existing bivariate frequency analysis. In addition, this study concludes that the increase in drought frequency claimed by the Gumbel copula function has been overestimated compared to the Student t Copula function. In other words, the selection of copula functions is rather sensitive to the estimation of trivariate drought return periods at a given duration, magnitude and intensity. 본 연구에서는 최근 발생한 2014~2015 가뭄 사상을 보다 정확하게 분석하기 위해 삼변량 Copula 함수를 도입하여 연구를 진행하였다. 기존 연구에서는 일반적으로 가뭄 분석시 이변량(가뭄 지속시간, 심도)를 활용한 연구가 다수 진행되었다. 그러나 최근 강우자료의 패턴을 살펴보면 두 변량 이외의 가뭄 강도가 중요한 인자로 평가되어 이를 함께 고려한 삼변량 Copula 분석을 수행하였으며, 기상청 관측소 중 서울 관측소를 대상으로 연구를 진행하였다. 기본적으로, 이변량 빈도해석 결과에 비해 삼변량 해석 결과는 동일한 가뭄 사상에 대해서 다소 증가된 재현기간을 나타내는 것으로 파악됐다. 이와 더불어, Gumbel Copula 함수의 경우 Student t Copula 함수보다 가뭄 위험도 평가 시 다소 과대 추정하는 것으로 확인되었다. 즉, 삼변량 빈도해석 시 고려되는 Copula 함수의 선택이 가뭄의 재현기간을 추정하는데 있어 매우 민감한 사항으로 평가되었다.

질량모멘트 개념을 이용한 시공간적 가뭄해석기법의 적용성 분석

유지영,소병진,김태웅,권현한,Yoo, Ji Young,So, Byung Jin,Kim, Tae Woong,Kwon, Hyun Han 한국수자원학회 2012 한국수자원학회논문집 Vol.45 No.10

본 연구에서는 새로운 시공간적 가뭄해석 방법을 제안하기 위해, 강우관측지점별 가뭄사상을 추출하여 가뭄사상의 시작 시점이 동일한 강우관측지점을 선정하여 CASE를 구분하였다. 그 결과 SPI3에서는 36개, SPI6에서는 38개, SPI9에서는 40개, SPI12에서는 39개의 CASE가 분석대상으로 선정되었으며, 이를 이용한 연구방법의 적용성을 검토하기 위해, 과거 우리나라의 대표적 가뭄사상으로 알려진 장기가뭄과 단기가뭄에 대한 시공간적 가뭄발생특성을 재현하여 비교분석한 결과, 실제 과거가뭄사상에 잘 부합하는 것으로 확인되었다. 또한, 가뭄의 이동경로 및 전이특성을 분석하기 위한 방안으로 질량모멘트 개념을 이용하여 가뭄의 중심 및 영향권을 결정하는 새로운 가뭄해석 기법을 제안하였다. 그 결과 시간의 흐름에 따라 가뭄이 발생한 지역의 순서를 확인할 수 있었으며, 시공간적 가뭄패턴분석을 수행하기 위해서는 크게 두 가지로 구분되는 가뭄의 중심 및 영향권의 변화양상을 선행적으로 고려해야 함을 확인할 수 있었다. In this study, to analyze travelling route and transition characteristics which is a spatial time interpretation method now actively progressed in domestic as well as abroad, it was intended to develop new drought interpretation technique which can decide the centroid and orbit of drought through assuming ellipse using Mass Moment concept. First of all, after estimating Standard Precipitation Index (SPI) per different precipitation observatory station to extract drought events, by selecting precipitation sites where drought starting and end point are same, these were categorized as CASE. As a results, with various CASE selections falling in specific duration for monthly drought analysis, it is possible to find out drought area that additionally occurred, and drought reliving process could be confirmed more definitely. Therefore, if the research methods adopted in this study for drought monitoring are utilized, not only accurate spatio-temporal drought analysis is possible, also pattern of drought centroid movement can be analyzed by establishing statistically significant spatial characteristics data after separating all the drought events that occurred sporadically in Korea Peninsula.

Quantile Regression과 Bayesian 빈도해석을 통한 미래 해수면 상승 전망

송빛나(Song, BitNa),소병진(So, Byung Jin),권현한(Kwon, Hyun Han) 한국연안방재학회 2014 한국연안방재학회 학술발표대회 논문집 Vol.2014 No.-

미래 해수면 상승 시나리오 구축 시 해수면은 태풍, 바람 및 조위 등 해양수문기상자료의 신뢰성에 따라 예측 결과의 신뢰성이 결정되므로, 자료의 불확실성을 정량적으로 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 Quantile Regression 빈도해석과 Bayesian 빈도해석을 연계하여 조위 자료의 불확실성을 정량적으로 평가하였다. 장기 데이터의 연극치 및 연평균 값의 경향성을 분석하기 위해 선형회귀분석 및 Quantile Regression 기법을 이용하여 분석하였다. 검정을 위해 우리나라 연안 20 개소 조위의 비정상성 빈도해석을 실시한 결과, 100년 빈도 기준 약 3.35m~3.70m의 불확실성 범위를 보였으며, 정상성 기준 빈도해석에 비해 약 0.5m 이상 해수면 상승이 미래 발생할 것으로 전망되었다.

강우장의 시공간적 특성 추출을 위한 기하학적 모멘트 기반 등가타원 모형 개발

권현한(Kwon Hyun-Han),소병진(So Byung-Jin),김민지(Kim Min-Ji),박세훈(Pack Se-Hoon) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.6B

기상학적으로 극치강수사상의 특성을 정확하게 이해하기가 어렵고 이를 모형을 통해서 구현하기는 더욱이 어려운 것이 현실이다. 이러한 점에서 본 연구는 극치시장과 연관된 대규모 기상장을 이해하기 위한 수단으로서 과거자료를 비탕으로 한강수장 추출기법을 개발하였다. 본 연구에서 관심을 가지는 수문기상학적 특성은 강수장의 위치 크기 방향 등이며 이를 전 지구자료로부터 추출할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 본 연구에서는 극치강수량에 따른 강우의 이동을 평가하기 위하여 NOAA에서 제공하는 NCEP 전지구기상자료를 활용하였으며 바람벡터자료와 비습도를 활용하여 우선적으로 강우장을 정의하였다. 본 연구에서는 정의된 강수장의 특성을 정의하기 위해서 감시 구역내 강우장의 1 2차모멘트를 계산하고 이를 토대로 강우장의 공분산을 추정하여 최종적으로 기하학적 타원체를 기본으로 하는 정의방법을 개발하였다. 합성자료를 대상으로 모형의 적합성을 평가한 결과 정규화된 분포를 가지는 강우장의 형태뿐만 아니라 불규칙하게 분포된 강우장에 대해서도 모멘트개념에 근거한 타원체를 통해서 강우장의 특성을 효과적으로 정의할 수 있었다. 마지막으로 실제 강우장을 대상으로 모멘트개념에 근거한 타원체를 정의하여 강우장의 위치 이동방향 영향반경 등을 효과적으로 추출할 수 있음을 확인할 수 있었다. It has been widely acknowledged that climate system associated with extreme rainfall events was difficult to understand and extreme rainfall simulation in climate model was more difficult. This study developed a new model for extracting rainfall filed associated with extreme events as a way to characterize large scale climate system. Main interests are to derive location size and direction of the rainfall field and this study developed an algorithm to extract the above characteristics from global climate data set. This study mainly utilized specific humidity and wind vectors driven by NCEP reanalysis data to define the rainfall field. Geometric first and second moments have been extensively employed in defining the rainfall field in selected zone and an ellipsoid based model were finally introduced. The proposed geometric moments based ellipsoid model works equally well with regularly and irregularly distributed synthetic grid data. Finally the proposed model was applied to space-time real rain-fall filed. It was found that location size and direction of the rainfall field was successfully extracted.