RCP 기후변화시나리오에 근거한 북한지역의 기후 및 수문순환 변화 영향 평가 :Impact assessments of climate and hydrological cycle changes in North Korea based on RCP climate change scenarios

정세진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 정세진 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 김병식

발행연도: 2019

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수13

이 논문의 연구 히스토리 (12)

2019

RCP 기후변화시나리오에 근거한 북한지역의 기후 및 수문순환 변화 영향 평가

정세진 2019.01 학위논문

RCP 기후변화시나리오를 이용한 미래 북한지역의 수문순환 변화 영향 평가 I. 미계측유역의 장기유출모형 매개변수 추정식 개발

정세진 , 강동호 , 김병식 한국습지학회지 2019.01 학술저널

RCP 기후변화시나리오를 이용한 미래 북한지역의 수문순환 변화 영향 평가 II. 압록강유역의 미래 수문순환 변화 영향 평가

정세진 , 강동호 , 김병식 한국습지학회지 2019.01 학술저널

2018

RCP 기후변화시나리오에 따른 기후변화가 북한의 재해위험에 미치는 영향 평가

정세진 , 김병식 대한토목학회 학술대회 2018.10 학술대회자료

2017

RCP8.5 기후변화시나리오에 따른 북한지역의 수문순환요소 변화 전망

정세진 , 권보라 , 김태형 외 1명 한국수자원학회 학술발표회 2017.01 학술대회자료

2015

기후변화시나리오와 재해위험지수를 이용한 강원지역의 재해취약성 평가

정세진 , 이석호 , 김병식 한국수자원학회 학술발표회 2015.01 학술대회자료

2014

RCP8.5 기후변화시나리오 기반의 기후변화가 극한사상과 장기유출에 미치는 영향 평가

정세진 도시·환경방재 2014.01 학위논문

RCP8.5 기후변화시나리오가 영산강유역의 수문순환에 미치는 영향 모의

정세진 , 홍준범 , 김병식 한국방재학회 학술대회 2014.01 학술대회자료

RCP 8.5 기후변화시나리오를 이용한 기후변화가 영산강유역의 장기유출에 미치는 영향 평가

정세진 , 김병식 , 전계원 외 1명 Crisisonomy 2014.01 학술저널

2013

RCP 기후변화시나리오를 이용한 영산강유역에서의 수문순환에 미치는 영향 분석

정세진 , 성장현 , 김경철 외 2명 대한토목학회 학술대회 2013.10 학술대회자료

RCP 기후변화시나리오를 이용한 극한지수 변화 전망

정세진 , 성장현 , 김병식 외 1명 대한토목학회 학술대회 2013.10 학술대회자료

RCP 기후변화시나리오를 이용한 극한지수 변화 전망

정세진 , 성장현 , 김병식 한국수자원학회논문집 2013.01 학술저널

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본 논문의 목적은 기후변화가 북한지역의 유역규모의 수문순환에 미치는 영향을 평가하는데 있다. 먼저, CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)의 모형인 MRI-CGCM3모델을 선택하였으며, 추계학적 축소기법의 하나인 SDQDM(Spatial Disaggregation-Quantile Delta Mapping)기법을 이용하여 기후변화시나리오 자료를 편의보정 하였다. 또한 관측 값과 SDQDM 기법의 적용 전?후의 비교를 통해 SDQDM기법의 타당성을 검토하였다.
축소된 기후변화시나리오를 이용하여 koppen-geiger의 기후구분법 기반의 한반도 기후대 변화를 전망하였으며, 그 결과 기후변화 영향으로 인해 몬순의 영향을 받는 대륙성 기후(Dwa)가 최대 23%, 습한 아열대 기후(Cfa)가 최대 8%가 증가하는 것으로 전망되었다. 또한 극치사상의 변화 전망을 위해 ETCCDI(Expert Team on Climate Change Detection and Indices)지수를 이용하였으며, Mann Kendall test를 통해 경향성을 분석하였다. 그 결과, 일습윤지속일수를 위미하는 CWD는 경상도, 전라도 지역에서 증가 경향을 나타냈으며, 충청도, 전라도, 북한전역에서 감소경향을 보였으며, 일교차를 의미하는 DTR지수는 한반도 전역에서 증가하는 것으로 전망되었다.
이처럼 기후변화에 따른 극한기후가 북한의 유역규모 수문순환과 홍수?갈수에 미치는 영향을 평가하고자 한다. 일반적으로 기후변화에 따른 수문순환을 전망하기에 앞서 분석에 사용되는 유출모형의 매개변수 최적화가 우선적으로 수행되어야 하지만 북한지역은 미계측 유역으로 분류되어 있어 관측 유출량 자료를 확보하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 양질의 유량자료가 있는 남한의 16개 유역을 대상으로 M-RAT모형의 최적 매개변수를 산정하였다. 또한 유역특성변수 간 상관분석을 통해 다중공선성을 측정하고, 단계적 회귀분석을 통해 회귀분석을 위한 적절한 변수를 선택하여 미계측 유역에 적용 할 수 있는 매개변수 추정식을 산정하였다. 매개변수 추정식의 검증을 위해 남한의 오십천, 남대천, 용담댐, 영강 유역을 미계측 유역이라고 가정하고 검증을 수행한 결과 4개 유역 모두 NSE가 0.8이상으로 매개변수 추정식이 높은 효율성을 가지고 있다고 판단되어 북한의 대동강, 압록강, 두만강, 청천강 유역에 확대 적용하였다. 적용결과, 4개 유역 모두 기후변화 시 강수량이 증가하였고, 기온상승으로 인한 증발산량의 증가하는 것으로 전망되었다. P-ET를 계산결과 강수량이 증발산보다 더 큰 경향으로 증가하여 유츨량도 증가하였지만, 수문수지에 따라 유역 내 유역저류수량이 감소하는 것을 확인하였다. 유황 분석결과 두만강과 청천강 유역에서 풍수량은 증가하고, 갈수량이 감소할 것으로 전망되었다.
적용결과, 4개 유역 모두 공통적으로 미래로 갈수록 강수량이 크게 증가하고 평균기온의 상승으로 인한 영향으로 실제증발산이 크게 증가하는 것으로 전망되었다. 미래의 P-ET를 계산해본 결과 P-ET가 미래로 갈수록 증가하고 유역저류수량이 미래로 갈수록 감소함을 확인하였다. 또한 유황분석 결과 두만강과 청천강 유역은 미래로 갈수록 풍수량은 증가하지만, 갈수량이 감소할 것으로 전망되었다.

The purpose of this study is to assess the influence of climate change on the hydrological cycle at a watershed scale in the North Korean region. First, the study selects the MRI-CGCM3, a version of the CMIP(Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5) and uses the SDQDM(Spatial Disaggregation-Quantile Delta Mapping) for bias-correction of the data of climate change scenarios. In addition, the study conducts feasibility analysis on the SDQDM by comparing the before and after the observed data and SDQDM are applied.
It projects change in climate zones of the Korean peninsula that are based on the climate classification proposed by Koppen-Geiger, using a down-scaled climate change scenario. The result forecasts that climate change will increase the continental climate (Dwa) under the influence of monsoon and the humid sub-tropical climate (Cfa) by up to 23% and 8%, respectively. The study also predicts change in extreme climate events by using the ETCCDI (Expert Team on Climate Change Detection and Indices) and applies the Mann Kendall test to analysis of the trends. The result shows an increasing trend of the consecutive wet days (CWD) in Gyeongsang-do and Jeolla-do areas of South Korea, while a decreasing trend Chungcheong-do and Jeolla-do areas of South Korea and the whole area of North Korea. It is projected that the diurnal temperature range (DTR) will increase in the entire Korean peninsula.
With this background, the study assesses influences of extreme events with climate change on the hydrological cycle at a watershed scale on flood and drought of North Korea. In general, prior to forecasting a hydrological cycle in connection with climate change, the parameters applied to a discharge model should be optimized. However, as classified into a group of ungauged watersheds, the North Korean region is lack of observed discharge data. For this reason, this study generates optimal parameters of the M-RAT model targeting 60 watersheds of South Korea for which good quality of flow data is secured. In addition, the study assesses multicollinearity based on analyzing correlation between variables of watershed characteristics and conducts stepwise regression analysis to select the variables suitable for regression analysis, in order to provide a formula to predict parameters that can be applied to ungauged watersheds. To verify the parameter prediction formula, the study assumes that Osipcheon, Namdaecheon, Yongdam dam, and Yeonggang are ungauged watersheds. The verification results show that the NSE is 0.8 and higher for all of the four watersheds, indicating high efficiency of the formula which then be extended for its application to Daedong River, Amnok River, Duman River, and Cheongcheon River watersheds. As a result, precipitation is forecasted to increase at all of the four watersheds with climate change. It is also predicted that the increasing temperature will lead more evaporation. The P-ET calculation result shows that, compared to evaporation, precipitation is on a more significant, escalating trend that leads more discharge, however, depending on which watershed is approached, decrease in water storage of a watershed is also found. Based on flow duration analysis, it is predicted that ninety-five-day flow will increase, while drought will decrease at Duman River and Cheongcheon River watersheds.
The result also forecasts that for all of the four watersheds will sees a significant increase of precipitation in the future, and the rising average temperature will rapidly enhance actual evaporation. The calculation of the P-ET indicates that the P-ET increases and water storage of a watershed decreases in process of time. In addition the flow duration analysis result predicts that ninety-five-day flow will increase, while drought will decrease at Duman River and Cheongcheon River watershe

I. 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 4
1.2.1 북한의 수자원 4
1.2.2 기후변화시나리오의 통계적 축소기법 6
1.2.3 기후변화 영향 전망 8
1.2.4 미계측 유역의 유출량 추정 11
1.3 연구방법 및 범위 15
II. 이론적 배경 18
2.1 기후변화시나리오를 이용한 기후변화영향 전망 18
2.1.1 CMIP5 GCM모형 18
2.1.2 RCP기후변화시나리오 20
2.1.3 기후변화시나리오의 상세화 23
2.2 남북한지역의 기후변화 영향 평가 26
2.2.1 기후구분법 26
2.2.2 ETCCDI(Expert Team on Climate Change Detection and Indices) 29
2.2.3 Mann Kendall 검정 32
2.3 M-RAT(Monthly Runoff Assessment Tool)모형 34
2.4 지역회귀기법 43
III. 기후변화가 한반도 기후대에 미치는 영향 전망 46
3.1 한반도 지형 및 기후특성 46
3.2 GCM모형의 선정 49
3.3 SDQDM 축소기법을 이용한 지점 기상변화시나리오 생성 51
3.4 koppen-geiger 기후구분법을 이용한 기후대 변화 전망 64
IV. ETCCDI지수를 이용한 한반도의 미래 극한사상 변화 전망 71
4.1 ETCCDI지수 변화 전망 71
4.2 Mann Kendall를 이용한 경향성 분석 75
V. 기후변화가 북한지역의 수문순환에 미치는 영향 전망 89
5.1 대상유역 선정 91
5.1.1 대상유역 현황 91
5.1.2 대상 유역의 기후현황 96
5.2 M-RAT모형의 구축 100
5.2.1 M-RAT모형의 매개변수 검보정 100
5.2.2 지역회귀분석을 이용한 매개변수 추정식 개발 125
5.2.3 매개변수 추정식의 검증 135
5.3 기후변화시나리오에 따른 북한지역의 미래 유출특성 변화 전망 140
VI. 요약 및 결론 170
참고문헌 173

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