비정상성 GEV 모형을 이용한 행정구역별 미래 확률강우량 산정

신지예,박예준,김태웅 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.3

In South Korea, stationary frequency analysis methods are generally used for estimating design rainfalls in practice. However, due to climate change and/or variability, recent rainfall observations have significantly different patterns from the past so that the recent trends need to be considered to estimate extreme rainfall quantiles for hydrologic design. This study focused on estimating extreme rainfall quantiles in administrative districts across South Korea, after building nonstationary GEV model using annual maximum rainfall (AMR) datasets for 228 administrative districts from point rainfall measures from 1973 to 2012. A moving average method with 25-year window was used for investigating time-dependent statistics of AMS, such as mean, variance and skewness, and parameters of GEV distribution. From the analyses of relationships between statistics and distribution parameters, this study derived nonlinear regression equations for distribution parameters, which provide the estimates of distribution parameters at any future time. The overall results achieved in this study illustrate that the nonlinear regression equations can be easily incorporated into the hydrologic frequency analysis and provide appropriate estimates of design rainfalls in the near future. 국내에서는 설계강우량을 산정하기 위해서 정상성 강우빈도해석법이 일반적으로 적용되고 있다. 그러나, 기후변화 또는 기후변동으로 인한 극치사상의 증가 등으로 최근의 강우패턴은 과거와는 다른 양상을 보여주고 있으며, 이러한 경향은 수문학적 설계를 위한 확률강우량 산정에 고려될 필요가 있다. 본 연구에서는 행정구역별 비정상성 강우빈도해석을 수행하였다. 이를 위하여 1973년부터 2012년까지 관측된 지점강우량을 이용하여 행정구역별 연최대강우량 자료를 구축하였다. 25년 이동평균방법으로 관측자료의 통계량과 GEV 분포함수의 모수 사이의 상관성을 검토한 후, 미래 특정 시점에 대한 분포함수의 모수를 추정할 수 있는 비선형 회귀식을 유도하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 관측된 연최대강우량에 대하여 검증을 하였으며, 강우패턴의 변화를 정상성 강우빈도해석법에 비해 보다 적절히 반영하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서 제시하는 행정구역별 비정상성 강우빈도해석법은 가까운 미래의 확률강우량 산정과 최근에 도입된 행정구역별 방재성능 목표강우량 산정에 유용할 것으로 판단된다.

혼합분포함수를 이용한 동해 지진자료의 확률론적 빈도해석

신지예,김태웅,김석천,윤성범 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.5

In Korea, the occurrence frequency of earthquakes has recently increased compared to the past. In neighboring countries such as Japan and China, damage from major earthquakes has also increased leading to high earthquake risk. This study quantitatively estimated the occurrence probability and frequency of huge earthquake using statistical frequency analysis on instrumental earthquake data at East sea in order to cope with earthquake damage. After adapting Various distribution functions such as Gumbel,Lognormal, Gamma, and Weibull for earthquake data, we applied mixed distributions to reflect the characteristics of the occurrence of earthquakes. The results show that the mixed models estimated earthquake magnitude larger than the Gutenberg-Richter (G-R) equation, and the mixed Gumbel distribution estimated most closed values with the G-R equation. It was found that the G-R equation is very limited to estimate a huge earthquake since there is no observed data over magnitude 8.0 and the frequency analysis is also limited to be applied in practice because the lack of data induces high uncertainty on the estimates of 1,000 year-earthquake. However, this study has an experiential significance in that the statistical frequency analysis was applied to instrumental earthquake data at East sea as an alternative. 최근 국내에서는 지진의 발생빈도가 과거와 비교하여 점차적으로 증가하고 있으며, 주변국가인 일본과 중국에서도 대규모의지진으로 인한 피해가 빈번하게 발생하면서 지진에 대한 위험도가 증가하고 있다. 본 연구에서는 지진으로 발생되는 피해에 대비하기 위하여 동해 연안의 지진자료에 확률론적 빈도해석을 적용하여 지진의 발생확률 및 발생빈도를 정량적으로 산정하였다. 연도별 최대값을 활용하는 수문빈도해석과는 다르게 연도별 지진의 발생유무를 반영하기 위하여 혼합분포함수를 활용하였으며,분포모형으로는 Gumbel, Lognormal, Gamma, Weibull 분포를 적용하였다. 적용결과, 국내의 지진-규모식보다 혼합분포모형이재현기간에 대하여 지진규모를 작게 산정되는 것을 확인할 수 있었으며, 분포모형 중 500년 이하의 재현기간에 대해서는 혼합Gumbel, Weibull 분포모형이, 500년 이상의 재현기간에서는 혼합 Lognormal, Gamma 분포모형이 지진-규모식과 가장 근접한결과를 도출하였다. 본 연구의 비교·분석을 위하여 사용된 규모-빈도식에서는 M w 8.0 이상의 관측자료가 존재하지 않아 그 이상 규모의 지진에 대한 발생빈도의 정확도가 낮으며, 지진빈도해석 역시 31개의 적은 수의 지진 관측자료를 이용하여 1,000년빈도의 지진규모를 추정하였으므로, 신뢰성이 낮은 한계가 존재한다. 하지만 본 연구는 국내의 관측자료를 활용하여 확률론적지진빈도해석을 수행함으로써, 새로운 접근방법으로 지진의 발생빈도를 추정하였다는데 의의가 있다.

선형혼합모형을 활용한 표준강수지수 계산 인자들의 불확실성에 대한 기여도 평가

신지예,이배성,윤현철,권현한,김태웅 한국수자원학회 2023 한국수자원학회논문집 Vol.56 No.8

Various drought indices are widely used for assessing drought conditions which are affected by many factors such as precipitation, soil moisture, and runoff. The values of drought indices varies depending on hydro-meteorological data and calculation formulas, and the judgment of the drought condition may also vary. This study selected four calculation components such as precipitation data length, accumulation period, probability distribution function, and parameter estimation method as the sources of uncertainty in the calculation of standardized precipitation index (SPI), and evaluated their contributions to the uncertainty using root mean square error (RMSE) and linear mixed model (LMM). The RMSE estimated the overall errors in the SPI calculation, and the LMM was used to quantify the uncertainty contribution of each factor. The results showed that as the accumulation period increased and the data period extended, the RMSEs decreased. The comparison of relative uncertainty using LMM indicated that the sample size had the greatest impact on the SPI calculation. In addition, as sample size increased, the relative uncertainty related to the sample size used for SPI calculation decreased and the relative uncertainty associated with accumulation period and parameter estimation increased. In conclusion, to reduce the uncertainty in the SPI calculation, it is essential to collect long-term data first, followed by the appropriate selection of probability distribution models and parameter estimation methods that represent well the data characteristics. 가뭄은 강수량, 토양수분 그리고 유출량 등 여러 가지 요인으로부터 영향을 받으며, 가뭄의 상황 판단을 위하여 다양한 가뭄지수가 널리 활용되고 있다. 가뭄지수의 산정에 활용되는 수문기상학적 자료와 가뭄지수 산정공식에 따라서 지수값은 달라지며, 가뭄 상황에 대한 판단에도 차이가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내외에서 널리 활용되는 표준강수지수(SPI)의 산정과정에서 결정해야 하는 강수량의 자료길이, 누적기간, 확률분포모형, 매개변수 추정기법 등을 불확실성 영향 요인으로 가정하고, 각각의 조합에 대한 불확실성을 평균제곱근오차와 선형혼합모형(LMM)을 활용하여 평가하였다. 평균제곱오차는 SPI 산정과정에 발생되는 전반적인 오차를 추정하며, LMM은 영향 요인들의 상대적인 불확설성을 평가하는데 활용되었다. 그 결과, SPI 산정에 활용된 자료의 기간과 누적기간이 길어질수록 평균제곱오차가 감소하였다. LMM을 통하여 불확실성 영향요인들의 기여도를 비교한 결과, SPI의 불확실성에는 자료기간의 영향이 가장 크게 나타났다. 또한, 자료기간이 증가하면, 자료기간에 의한 불확실성은 감소하고 누적기간과 매개변수 추정기법에 의한 불확실성이 상대적으로 증가하였다. 본 연구 결과, SPI 산정과정에서 발생되는 불확실성을 줄이기 위해서는 장기간의 자료 확보가 우선이며, 자료의 특성을 적절히 반영하는 확률분포모형과 매개변수 추정기법이 적용되어야 한다.

베이지안 네트워크와 코플라 함수의 결합을 통한 가뭄전이 발생확률의 정량적 분석

신지예,유재희,권현한,김태웅,Shin, Ji Yae,Ryu, Jae Hee,Kwon, Hyun-Han,Kim, Tae-Woong 한국수자원학회 2021 한국수자원학회논문집 Vol.54 No.7

Meteorological drought originates from a precipitation deficiency and propagates to agricultural and hydrological droughts through the hydrological cycle. Comparing with the meteorological drought, agricultural and hydrological droughts have more direct impacts on human society. Thus, understanding how meteorological drought evolves to agricultural and hydrological droughts is necessary for efficient drought preparedness and response. In this study, meteorological and hydrological droughts were defined based on the observed precipitation and the synthesized streamflow by the land surface model. The Bayesian network model was applied for probabilistic analysis of the propagation relationship between meteorological and hydrological droughts. The copula function was used to estimate the joint probability in the Bayesian network. The results indicated that the propagation probabilities from the moderate and extreme meteorological droughts were ranged from 0.41 to 0.63 and from 0.83 to 0.98, respectively. In addition, the propagation probabilities were highest in autumn (0.71 ~ 0.89) and lowest in winter (0.41 ~ 0.62). The propagation probability increases as the meteorological drought evolved from summer to autumn, and the severe hydrological drought could be prevented by appropriate mitigation during that time.

남성이 페미니스트가 되는 사회

신지예,지승호,권영탕(사진) 인물과사상사 2019 인물과 사상 Vol.- No.251

내수침수시나리오와 침수피해곡선을 활용한 도시지역 내수침수피해특성 분석

신지예,임성민,김중훈,김태웅,Shin. Ji Yae,Lim. Sung Min,Kim. Joong Hoon,Kim. Tae-Woong 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.1

최근 우리나라에서는 기후변화에 의한 집중호우의 영향으로 여름철마다 내배수 시설물의 설계빈도를 벗어나는 강우사상이 빈번하게 발생하고 있다. 특히 불투수성이 큰 도시지역의 경우에는 우수관거 및 펌프장에 대한 의존도가 높아 극치강우로 인한 내수침수의 발생 및 그 피해가 증가하고 있다. 본 연구에서는 내수침수 위험도가 높은 지역의 내수침수피해 특성을 분석할 수 있는 방법을 제시하였다. 부산시 연제구 거제지구를 대상으로 다양한 지속시간과 강우강도를 고려한 강우시나리오를 구축하였으며, XP-SWMM을 활용하여 내수침수시나리오를 구축하였다. 본 연구에서는 다차원법을 바탕으로 만들어진 내수침수피해액 산정법을 활용하여, 침수심과 침수면적에 따른 침수피해액을 산정한 후, 내수침수시나리오에 따른 침수피해곡선을 작성하였다. 또한 이를 바탕으로 대상지역의 내수침수피해 특성을 분석하였다. 본 연구를 통하여 침수가 발생하기 시작하는 강우량 및 큰 침수피해를 유발하는 호우사상을 파악하며, 침수가 발생되는 지역의 침수면적, 침수심, 침수피해액을 예측하는 수단으로 활용할 수 있을 것이다. Recently, in Korea, localized heavy rainfall events have occurred frequently due to climate change. Especially, since urban areas depend heavily on pump and pipe systems, extreme rainfalls that exceed the design capacity of drainage facility result in increasing inland flood damage. This study proposed a methodology to analyze urban flood damage characteristics in inland flood prone areas. After firstly constructing rainfall scenarios which have various durations and intensities, inland flood scenarios were developed using XP-SWMM. This study presented the inland flood damage analysis (IFDA) to calculate inland flood damage from the inland flood scenarios. Based on the inland flood scenarios and corresponding flood damage curves, the characteristics of damage due to inland flood were analyzed using the relationships among precipitation depth, flood depth, and flood area. The proposed method can be used to identify the storm event resulting in heavy flood damage, and to predict the flood area, depth and damage from various storm events.

가뭄재해 예방을 위한 수문학적 가뭄과 가뭄취약성의 이해

신지예,김태웅,Sin, Ji-Ye,Kim, Tae-Ung 한국방재학회 2015 한국방재학회지 Vol.15 No.2

베이지안 네트워크 및 의사결정 모형을 이용한 위성 강수자료 기반 기상학적 가뭄 전망

신지예,김지은,이주헌,김태웅 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.4

Unlike other natural disasters, drought is a reoccurring and region-wide phenomenon after being triggered by a prolonged precipitation deficiency. Considering that remote sensing products provide consistent temporal and spatial measurements of precipitation, this study developed a remote sensing data-based drought outlook model. The meteorological drought was defined by the Standardized Precipitation Index (SPI) achieved from PERSIANN_CDR, TRMM 3B42 and GPM IMERG images. Bayesian networks were employed in this study to combine the historical drought information and dynamical prediction products in advance of drought outlook. Drought outlook was determined through a decision-making model considering the current drought condition and forecasted condition from the Bayesian networks. Drought outlook condition was classified by four states such as no drought, drought occurrence, drought persistence, and drought removal. The receiver operating characteristics (ROC) curve analysis were employed to measure the relative outlook performance with the dynamical prediction production, Multi-Model Ensemble (MME). The ROC analysis indicated that the proposed outlook model showed better performance than the MME, especially for drought occurrence and persistence of 2- and 3-month outlook. 가뭄재해는 다른 재해와 다르게 광범위한 공간에 걸쳐서 충분한 강우가 발생하기 전까지 오랜 기간 동안 발생되는 특성이 있다. 위성 영상은 시공간적으로 지속적인 강수량 관측을 제공할 수 있다. 본 연구는 위성 영상 기반의 강수자료를 활용하여 기상학적 가뭄 전망 모형을 개발하였다. PERSIANN_CDR, TRMM 3B42와 GPM IMERG 영상을 활용하여 강수 자료를 구축한 뒤, 표준강수지수(SPI)를 기반으로 기상학적 가뭄을 정의하였다. 과거의 가뭄 정보와 물리적 예측 모형 기반의 가뭄 예측 결과를 결합할 수 있는 베이지안 네트워크 기반 가뭄 예측 기법을 이용하여 확률론적 가뭄 예측 결과를 생산하였으며, 가뭄 예측결과를 가뭄 전망 의사결정 모형에 적용하여 가뭄 전망 결과를 도출하였다. 가뭄 전망 정보는 가뭄 발생, 지속, 종결, 가뭄 없음의 4단계로 구분하였다. 본 연구의 가뭄 전망 결과는 ROC 분석을 통하여 물리적 예측 모형인 다중모형 앙상블(MME)을 활용한 가뭄 전망 결과와 전망 성능을 비교하였다. 그 결과, 2∼3개월 가뭄 전망에 대한 가뭄 발생 및 지속의 단계에서는 MME 모형보다 높은 전망 성능을 보여주었다.

수자원조사의 지속가능한 발전을 위한 KIHS 수자원 포럼 소개

신지예,이주헌,김태웅,권현한,Sin, Ji-Ye,Lee, Ju-Heon,Kim, Tae-Ung,Gwon, Hyeon-Han 한국수자원학회 2022 물과 미래(한국수자원학회지) Vol.55 No.5

국민건강영양조사를 이용한 성인의 혈중 중금속 농도와 생선 섭취 및 심혈관 질환과의 관련성-국민건강영양조사 (2008~2010년)

신지예,김지명,김유리 한국영양학회 2012 Journal of Nutrition and Health Vol.45 No.4

Limited studies are available concerning the effect of heavy metal exposure on cardiovascular diseases. As environmental pollution increases, food contamination, including heavy metal contamination of fish, also increases. However, researches based on the intake of heavy metals, cardiovascular disease, and fish intakes are inconclusive. We assessed an association of heavy metal exposure with cardiovascular disease and fish intake in a nationally representative group of general Korean adults. We used data from the combined 2008-2010 Korean National Health and Nutrition Examination Survey (KNHANES), and analyzed the data of 5,139 Koreans who participated in KNHANES. All participants were older than 20 years, and were diagnosed with stroke, ischemic heart disease, or hypertension. The mean blood cadmium, lead concentration, and mercury concentration of subjects were 1.07 ± 0.01 μg/L, 2.49 ± 0.02 μg/dL, and 5.19 ± 0.08 μg/L, respectively. We used the survey logistic regression model to account for the complex sample design of the cardiovascular disease risk in order to estimate the odds ratios (OR). After adjusting for age, education, income, alcohol, smoking, and BMI, the increase of serum cadmium in blood was associated with the increase in the prevalence of hypertension. Further, the increase in blood cadmium concentration was associated with the increase of both systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP). Although higher fish intakes were significantly associated with higher blood mercury concentration (p for trend < 0.0001), fish intakes did not affect either blood cadmium or lead concentration. Comparing the highest fish intake group with the lowest intake group, the OR of hypertension was 0.31 (95% CI: 0.19-0.59) in the crude model for total fish. However, these associations were no longer significant after the adjustment for potential confounding factors. In conclusion, cadmium in blood was associated with an increased risk of hypertension in the general Korean adult population. However, we found no evidence of a clear relationship between cardiovascular disease and frequency of fish consumption.