위험회피 개념에 근거한 기상청 장기예보 활용 방법 제안

나우영(Na, Wooyoung),유철상(Yoo, Chulsang) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.2

기상청에서는 1, 2, 3개월의 월강수량 등급을 예측하는 장기예보 전망을 생산하고 있다. 그러나 기상청 장기예보의 예측성능은 충분히 높지 않은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 장기예보 자료를 수자원 관리의 목적으로 활용하기 위한 새로운 방법을 제안하고자 한다. 기본적으로 이 방법은 위험회피 개념에 근거한다. 기존의 접근 방법에서 ‘홍수 발생 가능성이 있느냐 정상 범주냐?’, ‘가뭄 발생 가능성이 있느냐 정상 범주냐?’를 비교하는 것과 달리, 본 연구에서 제안하는 접근 방법에서는 ‘홍수 발생 가능성이 있느냐 없느냐?’, ‘가뭄 발생 가능성이 있느냐 없느냐?’를 비교한다. 본 연구에서는 이 방법론을 충주댐유역에 적용하고, 활용 가능성을 평가하였다. 평가지표 HR, ROC를 이용하여 평가한 결과, 평가지표가 0.6~0.7 정도로 산정되어 예측 정확도가 높은 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 기상청 장기예보 자료를 위험회피 개념에 근거하여 활용하는 것이 홍수 및 가뭄 대응과 같은 수자원 관리 측면에서 유리하다는 것을 보여준다. The Korea Meteorological Administration provides long-term forecasts to predict the grades of monthly precipitation for lead times of 1, 2, and 3 months. However, the performance of long-term forecasts is low. The present study proposes a method for use of long-term forecasts for water resource management. This method is based on the concept of risk aversion and compares “Capable of flood or not?” and “Capable of drought or not?”, while the conventional approach compares “Capable of flood or normal?” and “Capable of drought or normal?”. The proposed method was applied to the Chungju dam basin to assess its forecasting performance. Evaluation indices such as hit rate and relative operating curve were used. Based on the risk-aversion-based approach, the evaluation indices were estimated to be approximately 0.6-0.7, indicating that the forecasting performance is good. These results indicate that the risk-aversion-based approach can be advantageous in long-term forecasts for water resource management purposes, especially for preventing floods and droughts.

확률강수량 추정시 GCM 모의자료에 대한 베이지안 기법의 적용

나우영(Na, Woo Young),유철상(Yoo, Chul Sang) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

베이지안 기법을 이용한 댐운영기법의 대체

나우영(Na, Wooyoung),강민석(Kang, Minseok),김소은(Kim, Soeun),유철상(Yoo, Chulsang) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

확장칼만필터를 이용한 이중편파 레이더 강우추정 관계식의 매개변수 추정

나우영(Na, Wooyoung),강민석(Kang, Minseok),김길도(Kim, Gildo),유철상(Yoo, Chulsang) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

호우의 역추적기법을 적용한 예측강우 편의보정

나우영(Na, Wooyoung),조은샘(Cho, Eunsaem),이진욱(Lee, Jinwook),유철상(Yoo, Chulsang) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.1

요 지 현재 돌발홍수 예경보시스템의 예측강우 보정기법은 호우의 거동 특성을 고려하지 않으며, 이로 인해 예측강우의 편의보정계수인 G/R비가 적절하지 않게 결정되는 문제가 발생한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하기 위해 현재의 예측강우 보정기법과는 달리 호우의 이동경로를 고려하여 G/R비를 결정하고 이를 예측강우에 적용하는 방법을 제시하였다. 여기서는 특히 호우의 역추적기법을 적용하여 수 시간 뒤 대상 지역에 영향을 미치게 되는 호우의 위치를 찾아내는 것이 중요하다. 본 연구에서는 pattern correlation coefficient를 이용하여 호우 역추적을 실시하였다. 본 연구에서는 2016년 7월과 8월에 경기지역에서 발생한 5개의 대류성 호우사상에 대해 보정기법을 적용하였다. 그 결과 현재의 보정방법을 적용하는 경우 비정상적으로 과대하게 보정된 결과를 주는 데 반해, 호우의 이동경로를 고려한 보정방법을 적용한 경우에서는 실제 관측된 강우와 매우 유사한 합리적인 보정치를 제공해 주는 것으로 확인되었다. The correction of rainfall prediction in the current flash flood warning system in Korea does not consider the behavior of the target storm, thus, the correction factor, G/R ratio, has been estimated very abnormally in general. To overcome this problem, this study proposed a method to consider the storm behavior in the estimation of G/R ratio which is to be applied to the rainfall prediction. Especially, it is important to do the backward storm tracking to find the location of the storm which is assumed to affect the target area in a few hours. As a method of backward storm tracking, the pattern correlation coefficient was considered in this study. The proposed methodology was applied to the five convective storm events occurred in the Gyeonggi Province during July and August in 2016. As a result, it was found that the current method provided abnormally overestimated rainfall intensity, but the proposed method reasonable values similar to the observed rainfall intensity.

Snakes or Ladders? Measuring the Intergenerational Performance of Chosŏn’s Munkwa Exam Candidates

Robin Wooyeong Na(나우영),Javier Cha 고려대학교 한국사연구소 2021 International Journal of Korean History Vol.26 No.1

본 논문은 네트워크 과학을 이용한 학제적 연구로, 방향성 네트워크의 중심성을 통해 조선시대 문과 급제자 가문의 합격 여부 변화를 측정한다. 이 과정에서 약 14,600명의 문과 방목 데이터베이스를 사용하며, 그 중에서도 활용도가 낮았던 과거 합격자들의 혈연관계 자료에 집중한다. 본 연구는 해당 데이터의 부분적인 결함에도 불구하고, 이를 통해 임진왜란이 실제로 17, 18세기 조선의 새로운 사회 질서를 형성하는 데 결정적인 전환점으로 작용했을 수도 있음을 통계적으로 시사한다. 이에 사용된 네트워크 모델과 데이터 구조 및 파이선 코드는 조선시대를 비롯한 여타 친족 및 혈통 데이터에도 적용될 수 있다. This interdisciplinary study measures the changes in intergenerational exam performance using a model of directed centrality values. Our test case explores the approximately 14,600 higher civil examination degree holders in the Munkwa database (Munkwa pangmok 文科榜目), in particular the underutilized records of each candidate’s agnatic and affinal relations. Despite some imperfections in the data set, our provisional findings statistically demonstrate that the devastating Imjin War may have indeed been the watershed event responsible for the emergence of a new social order in seventeenth and eighteenth-century Korea. The network model, data structure, and the Python code developed for this study can be applied to other kinship and genealogical data from the Chosŏn dynasty 朝鮮 (1392-1910) and elsewhere.

듀얼칼만필터를 이용한 이중편파 레이더 강우의 실시간 편의보정

나우영,유철상,Na, Wooyoung,Yoo, Chulsang 한국수자원학회 2020 한국수자원학회논문집 Vol.53 No.3

This study proposes a bias correction method of dual-pol radar rain rate in real time using the dual Kalman filter. Unlike the conventional Kalman filter, the dual Kalman filter predicts state variables with two systems (state estimation system and model estimation system) at the same time. Bias of rain rate is corrected by applying the bias correction ratio to the rain rate estimate. The bias correction ratio is predicted from the state-space model of the dual Kalman filter. This method is applied to a storm event with long duration occurred in July 2016. Most of the bias correction ratios are estimated between 1 and 2, which indicates that the radar rain rate is underestimated than the ground rain rate. The AR (1) model is found to be appropriate for explaining the time series of the bias correction ratio. The time series of the bias correction ratio predicted by the dual Kalman filter shows a similar tendency to that of observation data. As the variability of the bias correction increases, the dual Kalman filter has better prediction performance than the Kalman filter. This study shows that the dual Kalman filter can be applied to the bias correction of radar rain rate, especially for long and heavy storm events. 본 연구에서는 듀얼칼만필터를 이용하여 이중편파 레이더 강우의 편의를 실시간으로 보정할 수 있는 방법을 제안하였다. 듀얼칼만필터는 기존의 칼만필터와 달리 두 개의 시스템(상태추정시스템, 모형추정시스템)이 동시에 가동되면서 실시간으로 상태변수가 예측된다. 강우강도 추정치에 보정계수를 적용함으로써 편의보정이 이루어지며, 보정계수는 듀얼칼만필터의 상태-공간모형에 의해 실시간으로 예측된다. 해당 기법을 2016년 7월에 발생한 지속시간이 긴 호우사상에 대해 적용하고 편의보정 결과를 평가하였다. 먼저, 보정계수는 대부분 1과 2 사이의 값으로 산정되어 지상관측 강우강도보다 레이더 강우강도가 약간 과소추정되는 경향을 보였다. 보정계수에 대한 시계열을 설명할 수 있는 모형으로는 AR(1) 모형이 적합한 것으로 확인되었다. 아울러 듀얼칼만필터로 예측한 보정계수는 관측된 자료를 이용하여 산정한 보정계수와 유사한 경향을 가지는 것으로 나타났다. 칼만필터와의 비교 결과, 보정계수의 변동성이 커질수록 듀얼칼만필터가 칼만필터에 비해 우수한 예측 성능을 가지는 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해 강우의 변동성이 크고, 지속시간이 긴 호우사상에 대한 듀얼칼만필터의 적합성이 검증되었다.

베이지안 기법의 발전 및 수자원 분야에의 적용

나우영,유철상,Na, Wooyoung,Yoo, Chulsang 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.1

The Bayesian method is a very useful statistical tool in various fields including water resources. Therefore, in this study, the background of the Bayesian statistics and its application to the water resources field are reviewed. First, the history of the Bayesian method from the birth to the present, and the achievements of Bayesian statisticians are summarized. Next, the derivation of the Bayes' theorem, which is the basis of the Bayesian method, is presented, and the roles of the three elements of the Bayes' theorem: priori distribution, likelihood function, and posteriori distribution are explained. In addition, the unique features and advantages of the Bayesian statistics are summarized. Finally, the cases in water resources where the Bayesian method is applied are summarized by dividing them into several categories. With a prevalence of information and big data in the future, the Bayesian method is expected to be used more actively in the water resources field.

강우기반 유출앙상블과 모형기반 유출앙상블 비교 및 합성

강민석(Kang, Minseok),나우영(Na, Wooyoung),김길도(Kim, Gildo),유철상(Yoo, Chulsang) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

지역특성을 고려한 강우 앙상블 멤버 생성 기법 제안

강민석(Kang, Minseok),나우영(Na, Wooyoung),유철상(Yoo, Chulsang) 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.7

본 연구에서는 지역적인 특성을 고려하여 강우 앙상블 멤버를 생성하는 기법을 제안하였다. 지역특성으로는 강우의 이동방향과 강우강도의 공간적 분포를 고려하였다. 본 연구에서는 적용 사례로 지상우량계의 분포밀도가 조밀한 서울특별시에 대해 모의 격자망을 구축하고, 앙상블 기법을 적용하였다. 격자별 특성방향과 강우강도 가중치는 최근 10년 동안 발생한 주요 호우사상의 관측자료를 토대로 결정하였다. 앙상블 멤버는 특성방향의 통계치로부터 유도된 베타분포를 기반으로 생성하였다. 강우의 이동모의를 100회 수행하면 총 100개의 앙상블 멤버가 생성되고, 이 앙상블 멤버들을 단순평균한 결과가 앙상블 평균이 된다. 생성된 앙상블 멤버와 강우 앙상블 평균에 대한 평가는 강우강도 가중치를 기준으로 수행되었다. 여러 형태의 가상의 강우장을 입력하여 생성한 앙상블 멤버는 강우강도 가중치의 공간적 분포와 상당히 유사함을 확인하였다. 또한, 강우 앙상블 평균은 강우 앙상블 멤버들의 평균적인 특성을 가지는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 2018년에 발생한 실제 호우사상을 입력한 경우에서도 확인할 수 있었다. This paper proposes a method for generating rainfall ensemble members by considering regional characteristics. The movement directions of storms (characteristic direction) and spatial distribution of rainfall intensity (rainfall-intensity weight) are considered as the regional characteristics. As a case study, grids for the ensemble simulation are set in Seoul, Korea, where the rain-gauge density is quite high. The characteristic direction and rainfall-intensity weight of each grid are determined based on observations of major storm events that occurred in Seoul during the last 10 years. The rainfall ensemble members are generated by considering the characteristic directions quantified using the beta distribution. A total of 100 rainfall ensemble members are generated by repeating the simulation of the storm movement. The result from the simple average of these ensemble members is considered as the ensemble mean. The rainfall ensemble members and ensemble mean are evaluated based on the rainfall-intensity weights. The rainfall ensemble members generated using various types of rainfall fields are found to be very similar to the spatial distribution of the rainfall-intensity weights. The ensemble mean is also found to exhibit average characteristics of the rainfall ensemble members. The same results are also derived from the simulation of the storm event that occurred in 2018.