MODIS 위성영상 기반 고해상도 가뭄지수를 활용한 재배작물별 가뭄 특성 분석

윤동현 ( Dong-hyun Yoon ),남원호 ( Won-ho Nam ),이희진 ( Hee-jin Lee ),김대의 ( Dae-eui Kim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

가뭄은 다른 자연재해에 비해 발생 시기와 지역이 명확하지 않기 때문에 지역 단위의 가뭄 발생 차이를 파악하는 것이 중요하다. 특히, 농업가뭄은 농업 생산시스템에 직접적인 영향을 주는 재해로 논벼 및 밭작물의 재배지역에 대한 가뭄 특성 분석의 필요성이 증가하고 있다. 농업가뭄 분야에서 위성영상의 활용은 강수량, 증발산량, 토양수분, 식생 활력도, 지표면 온도 등 가뭄과 관련된 다양한 인자의 시계열 자료 및 광역적인 지역에 대한 동일한 수준의 자료 취득이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 소규모 작물 재배지역에 대한 분석을 위해 MODIS (Medium Resolution Imaging Spectradiometer) 위성영상을 활용하였다. MOD16A2 영상을 통해 8일 주기의 500m 해상도 증발산량 자료를 제공하며, 이를 활용하여 증발산 기반 가뭄지수인 ESI (Evaporative Stress Index)을 산정하였다. ESI는 지표면 온도 (LST, Land Surface Temperature)와 잎 면적 지수 (LAI, Land Area Index), 기상인자들을 활용하여 산정된 실제 증발산량과 Penman-Monteith 공식에 의해 산정된 잠재증발산량의 비를 이용하여 계산되며, 이를 표준화한 아노말리 값을 지수화한 가뭄지수이다. ESI를 활용하여 가뭄 시기와 비가뭄 시기의 논벼 및 밭작물에 대한 가뭄 특성을 분석하기 위해 2000년 이후 발생한 시군구 단위의 가뭄을 분석하였다. 또한 강수량, 관개시기 등 작물 상태에 영향을 줄 수 있는 인자 및 시기에 따른 분석을 수행하여, 작물재배지역에 따른 가뭄 특성을 확인하고자 한다.

가뭄 예보의 적극성율 지수 개발 및 2021-2023 가뭄 적극성 분석

이세정(Sejeong Lee),이태삼(Taesam Lee),이주헌(Joo-heon Lee) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.4

현재 기후변화 등으로 강우 및 수문 사상의 불확실성이 증가하여 가뭄의 예측이 무엇보다 중요해져 가고 있는 실정이다.하지만, 가뭄을 예측하는 기관 등에서는 다양한 부담 등으로 인하여 가뭄에 대한 예측을 실제로 내리는 데는 한계가 있어왔다.따라서, 본 연구에서는 현재까지 우리나라의 가뭄 예보가 얼마나 적극적으로 이루어지고 있는지에 대한 판단을 위해 적정한인자를 개발하고 2021년부터 2023년까지 발생했던 가뭄 상황을 바탕으로 가뭄 예보의 적극성 분석을 실시하였다. 가장 활발하게가뭄 예보를 발령해 온 행정안전부, 기상청, 농어촌공사, APEC 기후센터의 가뭄 예보 단계별 발령 횟수를 분석하였고 이를통해 조사에 적합한 자료를 선정하였다. 본 연구에서는 기존에 분석되어 오지 않았던 가뭄 예보 적극성에 대해 가뭄 예보 적극성율(AGR)과 가뭄 전이 예보 적극성율(TAGR)의 두가지 지수를 제시하고 최근가뭄에 대해 분석을 실시하였다. 최근 가뭄 현황을 분석한 결과, AGR과 TAGR 모두 기상가뭄과 농업가뭄에 대한 가뭄 예보 발령이 실제 발령보다 적어 보수적인발령이 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다. 이에 반해, 생활 및 공업용수 가뭄의 경우 실제 발령에 근접한 횟수로 발령이 이루어져 적극성이 비교적 높은 비율을 나타냈다. 보수적으로 경보가 발령되는 지역의 발령 횟수에 대한 보완이 필요하며,이를 통해 현재 가뭄 예보의 적극성이 적절하게 유지되도록 하는 방향이 필요할 것으로 판단된다. The frequency and severity of droughts are increasing due to climate change and environmental disturbances brought on due to human development, making drought warning an essential tool in mitigating their effects. Drought warning can, however, be easily overlooked if people disregard its significance or repress water managers with the result of the drought warning. Therefore, in the current study, we developed an Alarm Grit Ratio (AGR) for drought warning to assess how active these have been thus far, and was estimated the ratio for the current drought in Korea from 2021 to 2023. The Korea Meteorological Administration issued three drought warnings, which were classified as agricultural, meteorological, and residential and industrial droughts. We proposed two indices to indicate how an institution issues a drought warning as a forecast for the actual drought warning that follows. These indices were AGR and Transitional Alarm Grit Ratio (TAGR). AGR measures how frequently an institute issues a drought warning forecast based on the number of actual warning conditions. Analysis of the current drought (2021–2023) indicates the issuance of warnings, while TAGR indicates the ratio of the drought warning issuance at each drought. The AGR and TAGR for the agricultural and meteorological droughts indicate underissuance of drought warnings, whereas warnings for residential and industrial droughts were appropriately issued due to the drought impact on residences and industries. Overall, we concludes that AGR and TAGR can be useful indicators of how actively an institution issues drought warnings. An institution in charge of drought warning can track these measurements and control the frequency of drought warnings by including AGR and TAGR data.

국내 돌발가뭄 사상의 메커니즘 분석

이희진(Hee-Jin Lee),남원호(Won-Ho Nam),윤동현(Dong-Hyun Yoon),마크 소보다(Mark D. Svoboda ),브라이언 월로우(Brian D. Wardlow ),제이슨 옥킨(Jason A. Otkin ) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.3

돌발가뭄(Flash Drought)은 기후변화에 따른 기상 이상으로 인하여 기상 및 환경요인의 변화가 급격하게 나타나면서 단기간에 급속하게 발생하는(rapid-onset) 가뭄이다. 장기간 사전징후로 발생하는 일반적인 가뭄과 다르게 비교적 짧은 기간에 가뭄상황 및 피해가 발생하며, 식생에 대한 극심한 스트레스 유발로 인해 작물 손실 및 용수공급 감소 등에 대한 피해를 야기할 수 있기 때문에 이에 대한 모니터링이 요구된다. 본 연구에서는 증발산 기반 가뭄지수 증발스트레스지수(ESI), 증발수요가뭄지수(EDDI)를 활용하여 단기 가뭄 및 돌발가뭄을 평가하고, 우리나라에서 발생한 돌발가뭄 메커니즘에 대하여 분석하고자 한다. 2017년 발생한 극심한 봄 가뭄을 대상으로 ESI 및 EDDI를 분석하였으며, 기상학적 가뭄지수인 표준강수지수(SPI)보다 가뭄상황에 빠른 반응을 보이면서 가뭄 판단 능력을 확인하였다. 미국 가뭄 모니터링(USDM)에서 활용하는 가뭄단계를 기준으로 우리나라 돌발가뭄 감지 조건을 제시하고 평가하였으며, 2014년부터 2018년까지 5년 동안 7회의 돌발가뭄을 감지하였다. 수문기상학적 요소 중 토양수분 및 최고기온과 돌발가뭄에 대한 상관계수가 0.9 (-0.9) 수준의 강한 양(음)의 상관관계를 나타내었으며, 총일차생산량(GPP)을 활용한 탄소 변화 양상은 2018년 돌발가뭄이 발생한 지역에서 -60% 수준의 평균 대비 GPP 감소율을 나타내면서 다른 지역과의 큰 차이를 보였다. 본 연구의 결과는 두 가지 증발산 기반의 가뭄지수를 활용하여 국내 발생했던 돌발가뭄의 메커니즘을 분석하고 적용성을 평가하였으며, 향후 국내 돌발가뭄의 모니터링을 위한 지표로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다. A flash drought is a drought that occurs rapidly within a short period of time, owing to changes in weather and environmental factors that occur rapidly due to extreme weather caused by climate change. Drought damage occurs within a relatively short period of time, and extreme vegetation stress can damage crops due to reduced water supply. Thus, different monitoring methods are required for different drought types. In this study, ESI (Evaporative Stress Index) and EDDI (Evaporative Demand Drought Index) were calculated to evaluate the short-term drought and determine the mechanism that causes flash droughts. The ESI and EDDI both indicates faster responses to the 2017 spring drought event than the SPI (Standardized Precipitation Index), confirming their sensitive drought assessment abilities. A flash drought detection standard was established based on the drought category used in USDM (United States Drought Monitor), and seven flash drought events were detected in South Korea over 5 years (2014-2018). A correlation analysis indicates that, among the hydrometeorological factors, the correlation coefficients between soil moisture/maximum temperature and flash drought occurrence exhibited strong positive (negative) correlations (0.9 and -0.9, respectively). The carbon change pattern obtained using GPP (Gross Primary Productivity) differed, exhibiting a -60% average GPP reduction rate compared to three other regions (JB, CN, and CB) where flash droughts occurred in 2018. We focus our discussion on opportunities to extend flash drought detection and mechanism determination using two drought indices that must be addressed to improve flash drought monitoring in South Korea.

밭가뭄에 따른 지하수위 및 토양수분 변동성 분석

전민기 ( Min-gi Jeon ),남원호 ( Won-ho Nam ),홍은미 ( Eun-mi Hong ),옥정훈 ( Jung-heun Ok ),황선아 ( Seon-ah Hwang ),허승오 ( Seung-oh Hur ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

국내 논 재배의 경우 저수지, 양수장 등 농업수리시설물에서 농업용수를 공급받고 있으나, 밭의 경우 농업수리시설물 등에서 용수를 공급받는 관개전은 전국 밭 면적의 18.5% 수준으로 가뭄 대비 및 대응 능력이 부족한 실정이다. 농업수리시설물에서 용수공급을 받지 않는 대부분의 밭작물은 자연강우에 대부분의 용수공급을 의존하고 있으며, 이로 인해 장기간 가뭄 발생 시 극심한 피해가 발생한다. 따라서 가뭄 발생 주기가 짧아짐에 따라 미래 가뭄 발생에 대한 선제적인 밭가뭄 위험지역 예측이 필요하다. 현재 기상청, 농업가뭄관리시스템, 국가가뭄정보포털 등 다양한 기관에서 가뭄정보를 제공하고 있으나, 작물의 특성과 실제 재배기간을 고려한 가뭄 분석은 이루어지지 않아 밭가뭄 대응에 어려움이 있다. 미국지질조사국(United States Geological Survey, USGS)에서는 월 단위 지하수위 데이터를 보통 이하(Below-normal), 보통(Normal), 보통 이상(Above-normal) 3단계로 구분하고 있으며, 지하수위 데이터가 전체 기간중 하위 25%의 보통 이하 단계를 가뭄으로 판단하고 있다. 토양수분의 경우 밭작물 생육에 영향을 미치는 주요한 인자 중 하나로 평가되고 있으며, 농촌진흥청의 토양수분관측망 실측 자료 및 토양 특성과 포장용수량 및 위조점을 활용한 토양유효수분율을 밭가뭄 모니터링으로 활용하고 있다. 본 연구에서는 최근 발생했던 밭가뭄 사상을 바탕으로 지하수위 및 토양수분의 변동성을 분석하고자 한다. 토양수분의 경우 농촌진흥청 토양수분관측망에서 전국 농업기상대와 연계하여 표토 10cm 지점에 토양수분센서를 설치하여 토양수분 데이터를 수집하고 있으며, 전국 168개 지점에 설치 및 운영되고 있다. 기상관측망의 경우 기상청에서 종관기상관측소(Automated Synoptic Observing System, ASOS) 102개 지점, 방재기상관측소(Automatic Weather System, AWS) 510개 지점에서 기상 데이터를 수집하였고, 지하수위는 농림축산식품부와 환경부 자료를 활용하였다.

농업가뭄대응을 위한 Web 및 GIS 기반 가뭄정보시스템 개발

남원호 ( Wonho Nam ),최진용 ( Jin-yong Choi ),김한중 ( Han-joong Kim ),장민원 ( Min-won Jang ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ),김태곤 ( Taegon Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

가뭄의 진행에 따른 적절한 대응책을 수립하기 위해서는 시간적인 가뭄의 발생과 가뭄상황의 공간적인 분포의 파악이 필요하며, 이는 적절한 가뭄평가 수단 및 가뭄 모니터링을 통하여 가뭄단계를 설정함으로써 수행될 수 있다. 본 연구에서는 농업가뭄을 극복하고 농촌수자원의 안정적 확보와 효율적인 이용을 위해서 적절한 농업가뭄상황을 분석하고 평가할 수 있으며 농업가뭄대책의 수립과 시행을 뒷받침할 수 있는 기술적ㆍ과학적 근거가 될 수 있는 통합농업가뭄지수 (Integrated Agricultural Drought Index)를 제안하였다. 또한 현재의 농업가뭄상태를 분석하고 농업가뭄대응을 위한 다양한 기상시나리오를 설정하여 향후 지역별 농업가뭄의 위험과 피해를 예측하고, 적절한 농업가뭄대응책 수립 및 농업수자원 관리의 의사결정을 지원하는 시스템을 개발하였다. 본 연구에서 제안한 Web 및 GIS 기반 농업가뭄정보시스템은 물 관리자뿐만 아니라 일반 대중들에게 가뭄 정보를 신속하고 손쉽게 접근할 수 있으며, 효과적인 장ㆍ단기 사전가뭄대책을 위한 기반을 제공하고 가뭄 예보 및 가뭄 시 적절한 대응책을 수립하는데 기초자료로써 활용 가능성이 클 것으로 판단된다.

농업용수 물관리를 위한 Web-GIS 기반 농업가뭄정보시스템

남원호 ( Won-ho Nam ),최진용 ( Jin-yong Choi ),이남호 ( Nam-ho Lee ),김한중 ( Han-joong Kim ),장민원 ( Min-won Jang ),유승환 ( Seung-hwan Yoo ),김태곤 ( Tae-gon Kim ),고광돈 ( Gwang-don Ko ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

가뭄의 진행에 따른 적절한 대응책을 수립하기 위해서는 시간적인 가뭄의 발생과 가뭄상황의 공간적인 분포의 파악이 필요하며, 이는 적절한 가뭄평가 수단 및 가뭄 모니터링을 통하여 수행될 수 있다. 본 연구에서는 농업가뭄을 극복하고 농촌수자원의 안정적 확보와 효율적인 이용을 위해서 농업가뭄상황을 분석하고 평가할 수 있으며 농업가뭄대책의 수립과 시행을 뒷받침할 수 있는 농업가뭄정보시스템을 개발하였다. 본 시스템은 농업가뭄평가, 농업가뭄전망, 농업가뭄대책의 세단계로 구성되며, 농업가뭄평가 단계에서는 기존의 토양수분지수와 저수지가뭄지수를 통합한 통합농업가뭄지수 (Integrated Agricultural Drought Index)를 사용하여 현재의 농업가뭄상태를 분석하였다. 농업가뭄전망 단계에서는 농업가뭄대응을 위한 다양한 기상시나리오를 설정하여 향후 지역별 농업가뭄의 위험과 피해를 예측하고, 농업가뭄대책 단계에서는 농업가뭄대응책 수립 및 농업수자원 관리의 의사결정을 지원하는 시스템을 개발하였다. 본 연구에서 제안한 Web 및 GIS 기반농업가뭄정보시스템은 물 관리자뿐만 아니라 일반 대중들에게 가뭄 정보를 신속하고 손쉽게 접근할 수 있으며, 효과적인 장·단기 사전가뭄대책을 위한 기반을 제공하고 가뭄 예보 및 가뭄 시 적절한 대응책을 수립하는데 기초자료로써 활용 가능성이 클 것으로 판단된다.

가뭄 경보기준과 모니터링 시스템

이동률,이대희,강신욱 한국수자원학회 2003 한국수자원학회논문집 Vol.36 No.3

우리나라는 거의 5년마다 심한 가뭄이 발생하고 있고 과거에 발생한 많은 가뭄의 경험으로 제도적 측면에서 중앙정부, 지방정부 및 물 관리기관의 제휴에 의하여 원활한 가뭄대책을 수행하고 있다. 그러나 이들 가뭄 대책은 가뭄이 심하게 진행된 상황에서 이루어지는 경우가 많이 발생하고 있다. 이와 같은 원인은 체계적인 가뭄 모니터링과 가뭄단계 기준의 미비에서 찾을 수 있다. 본 연구에서는 가뭄지수의 시공간적인 해석과 과거 정부의 가뭄대책을 통하여 경보를 위한 가 Severe drought tends to occur in almost event five years in Korea. Drought responses have been well operated in close collaboration with the central, local government and the water management authorities on the institutional framework. However, the respon

기상학적 가뭄, 농업 가뭄 및 빅데이터 현장가뭄간의 상관성 평가

이지완 ( Ji Wan Lee ),장선숙 ( Sun Sook Jang ),안소라 ( So Ra Ahn ),박기욱 ( Ki Wook Park ),김성준 ( Seong Joon Kim ) 한국지리정보학회 2016 한국지리정보학회지 Vol.19 No.1

본 논문의 목적은 SPI 기상학적 가뭄지수, 농업용 저수지 저수율, 농업가뭄 빅데이터간의 관계를 평가함으로써 빅데이터의 활용 가능성을 평가하는데 있다. 2014년 1월부터 2015년 9월까지의 장기가뭄을 대상으로, SPI-12개월 가뭄지수, 평년대비 강수부족율, 농업용저수지 저수부족율, 인터넷포털 검색을 통한 농업가뭄 빅데이터를 월단위 도별로 수집 및 분석하였다. SPI-12의 최대 가뭄심도와 최대 저수 부족율이 나타난 시기를 비교한 결과, 전국적으로 2014년은 7월, 2015년은 8월과 9월에 시기를 같이 하면서 발현되었다. 한편, 빅데이터의 도별 최대 발현시기는 2014년 6월과 7월, 2015년은 3월, 6월~9월에 나타나, SPI-12와 저수 부족율의 최대심도보다 2014년은 1개월, 2015년은 여름에 2개월 이르게 나타났다. 이는 빅데이터가 3월부터의 봄가뭄, 6월의 늦장마, 7월의 마른장마에 이어 2015년은 9월까지의 강우량 부족에 따라 기상학적 가뭄과 농업가뭄에 민감하게 반응하는 것을 의미하며, 농업가뭄관련 빅데이터의 활용이 가뭄의 위험관리에 효과가 있을 것으로 판단된다. The purpose of this study is to find the relationship between precipitation deficit, SPI(standardized precipitation index)-12 month, agricultural reservoir water storage deficit and agricultural drought-related big data, and to evaluate the usefulness of agricultural risk management through big data. For the long term drought (from January 2014 to September 2015), each data was collected and analysed with monthly and Provincial base. The minimum SPI-12 and maximum reservoir water storage deficit compared to normal year were occurred at the same time of July 2014, and August and September 2015. The maximum frequency of big data was occurred at June and July of 2014, and March and June to September of 2015. The maximum big data was occurred 1 month advanced in 2014 and 2 months advanced in 2015 than the maximum reservoir water storage deficit. The occurrence of big data was sensitive to spring drought from March, late Jangma of June, dry Jangma of July and the rainfall deficit of September 2015. The big data was closely related with the meteorological drought and agricultural drought. Because the big data is the in situ feeling drought, it is proved as a useful indicator for agricultural risk management.

가상가뭄 훈련 프로토타입 개발

김지태,라다혜,윤형욱 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 학술대회 Vol.2019 No.09

기존의 가뭄연구는 수문 ․ 기상 중심의 분석을 통해 수행되면서 재난으로서의 가뭄 연구는 부족한 상황이이다. 또한 법 ․ 제 도 및 매뉴얼 중심의 훈련 체계가 구성되어 있어 재난으로써의 가뭄에 대한 현실적인 이해가 부족하여 가뭄이 발생하면 어떤 일이 벌어지는지에 대한 개념의 가뭄 훈련이 필요하다고 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 과거 가뭄 발생 사례 기반의 시나 리오를 제시 및 교육 ․ 훈련 프로토타입을 구축하여 중앙 및 지자체 가뭄 재난 담당자의 예방 ․ 대응 역량 강화와 가뭄 재난의 대응 방법에 대한 체계적인 교육 ․ 훈련 프로세스 확립을 목표로 하였다. 과거 가뭄 발생 사례뿐만이 아니라 가뭄 훈련이 잘 정비되어있는 미국 사우스캐롤라이나의 가뭄 도상 훈련 프로세스를 분석하여 훈련절차 및 내용을 분석하여 가상가뭄 훈련 프로토타입에 반영하였다. 미국 사례의 경우 가뭄에 대해서 도상훈련이 일반화 되어 있지만 국내 적용에는 한계가 있기 때문 에, 가상 가뭄 훈련은 컴퓨터를 활용한 훈련으로 계획했으며, 가뭄 재난 이해 및 가상가뭄 재난 훈련의 두 가지 목표로 진행된 다. 가뭄 재난 이해의 경우 재난으로의 가뭄 정의, 법적 근거 및 관리 규정, 과거 가뭄 대응 사례 분석, 비상대처계획 및 가뭄 취약성 및 위험지도를 제공을 목표로 구성하였다. 가상 가뭄 재난 훈련은 담당자로 하여금 가뭄 예경보 기준에 대응하는 훈련 질문지를 제공하여 매뉴얼 및 비상대처계획 숙련을 목표로 구성하였다. 가상가뭄프로토 타입구축을 통해 행정안전부 국립 재난안전연구원 국가통합 가뭄정보서비스에 연계하여 탑재하여 가뭄에 대한 재난으로써의 접근, 관리, 훈련 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

다양한 시계열을 이용한 가뭄지표 산정

임경진,심명필,성기원,이현재 한국수자원학회 2001 한국수자원학회논문집 Vol.34 No.6

본 연구에서는 수자원 계획 및 가뭄관리를 위해 비교적 넓은 지역에 활용할 수 있는 가뭄지표 산정을 위해 강우량, 일최고기온, 유출량, Palmer 지수 등의 다양한 계열의 자료를 이용하였다. 가뭄감시를 위해 가뭄단계를 가뭄주의보, 가뭄경보, 비상가뭄으로 구분하였으며, 각각 가뭄단계는 산정된 지수의 25%, 10%, 5%에 대한 비초과확률치로 정의하였다. 또한 가뭄지수들이 과거의 가뭄을 얼마나 잘 표현하고 있으며, 가뭄감시를 위한 가뭄지표로 활용할 수 있 In this study, the drought indicator is calculate from the rainfall, daily highest temperature, streamflow and Palmer Drought Severity Index(PDSI) for water plan and drought management in a relatively wide region. Three levels of drought severity, called