• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.11
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• pp.737-749
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• 2023

In this study, we analyzed the hydrological impacts of future climate change on Jeju Island using SSP-based climate change scenarios from 18 climate models and watershed modeling (SWAT-K). Despite discrepancies among climate models, we generally observed an increase in evapotranspiration due to rising future temperatures. Furthermore, a significant increase in runoff and recharge was noted due to increased precipitation. These increasing trends were particularly pronounced in the SSP5-8.5 scenario, and differences among GCM models became more significant in the late 21 century. When compared to the historical period (1981-2010), the projected changes for the far-future period (2071-2100) in the SSP5-8.5 scenario showed a 21.4% increase in precipitation, a 19.2% increase in evapotranspiration, a 40.9% increase in runoff, and a 16.6% increase in recharge on an annual average basis. On a monthly basis in the SSP5-8.5 scenario, precipitation was expected to increase by 24.5% in September, evapotranspiration by 34.1% in April, runoff by 58.1% in October, and recharge by 33.8% in September. To further assess projections based on extreme climate scenarios, we selected two models, CanESM5 and ACCESS-ESM1-5, which represented the maximum and minimum future precipitation forecasts, and compared the hydrological changes in the future scenarios. The results indicated that runoff and recharge rates were relatively higher in the CanESM5 model with the highest precipitation forecast, while evapotranspiration rates were higher in the ACCESS-ESM1-5 model with the lowest precipitation forecast. Based on the climate change scenarios used in this study, the overall available water resources on Jeju Island are more likely to increase. However, since results vary by season and region depending on the climate model and scenario, it is considered necessary to conduct a comprehensive analysis and develop response measures using various scenarios.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.12
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• pp.955-967
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• 2023

Climate change is expected to amplify the future flooding risks in rural areas which could have devastating implications for the sustainability of the agricultural sector and food security in South Korea. In this study, spatially disaggregated and statistically bias-corrected outputs from three global circulation models (GCMs) archived in the Coupled Model Intercomparison Project Phases 5 and 6 (CMIP5 and 6) were used to project the future climate by 2100 under medium and extreme scenarios. A hydrological model was developed to simulate the flood phenomena at the Shindae experimental site located in the Chungcheongbuk Province, South Korea. Hourly rainfall, inundation depth, and discharge data collected during the two extreme events that occurred in 2021 and 2022 were used to calibrate and validate the hydrological model. Probability analysis of extreme rainfall data suggested a higher likelihood of intense and unprecedented extreme rainfall events, which would be particularly notable during 2051-2100. Consequently, the flooded area under an inundation depth of >700 mm increased by 13-36%, 54-74%, and 71-90% during 2015-2030, 2031-2050, and 2051-2100, respectively. Severe flooding probability was notably higher under extreme CMIP6 scenarios than under their CMIP5 counterparts.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.234-234
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• 2015

The global patterns of annual and extreme precipitation are projected to be altered by climate change. There are various weather systems which bring precipitation (e.g. tropical cyclone, extratropical cyclone, etc.). It is possible in some regions that multiple weather systems affect the changes of precipitation. However, previous studies have assessed only the changes of precipitation associated with individual weather systems. The relative contributions of the weather systems to the changes of precipitation have not been quantified yet. Also, the changes of the relative importance of weather systems have not been assessed. This study present the quantitative estimates of 1) the relative contributions of weather systems (tropical cyclone (TC), extratropical cyclone (ExC), and "others") to the future changes of annual and extreme precipitation and 2) the changes of the proportions of precipitation associated with each weather system in annual and extreme precipitation based on CMIP5 generation GCM outputs. Weather systems are objectively detected from twelve GCM outputs and six models are selected for further analysis considering the reproducibility of weather systems. In general, the weather system which is dominant in terms of producing precipitation in the present climate contributes the most to the changes of annual and extreme precipitation in each region. However, there are exceptions for the tendency. In East Asia, "others", which ranks the second in the proportion of annual precipitation in present climate, has the largest contribution to the increase of annual precipitation. It was found that the increase of the "others" annual precipitation in East Asia is mainly explained by the changes of that in summer season (JJA), most of which can be regarded as the summer monsoon precipitation. In Southeast Asia, "others" precipitation, the second dominant system in the present climate, has the largest contribution to the changes of very heavy precipitation (>99.9 percentile daily precipitation of historical period). Notable changes of the proportions of precipitation associated with each weather system are found mainly in subtropics, which can be regarded as the "hotspot" of the precipitation regime shift.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.162-162
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• 2018

지난 100년간(1996~2005년)의 전지구 평균 온도는 $0.74^{\circ}C$ 상승하였고 이러한 온도 상승은 온실효과의 영향으로 파악되고 있으며, 장래에는 이러한 상승 경향이 가속화되어 진행될 것으로 예측되고 있다(IPCC 2014; Baek et al 2011). 전지구 기온 상승은 극한 해수면 증가 및 호우 빈도와 평균 강수량 증가로 나타나며, 이로 인한 상당한 홍수 및 침수피해 가능성이 나타나고 있어 이에 대한 선제적 대응책 마련이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 GCMs 모델별 연 최대 일 강수량을 추출하여 정상성 및 비정상성 빈도분석을 수행하고 빈도별 확률강수량을 산정하였다. 정상성 및 비정상성 분석을 위해 모델별 연최대치 일강우 자료를 산정하고, 모델별 경향성 검정을 수행하였다. 또한 각 모델별로 2021년부터 30년을 기준으로 1개년씩 자료이동을 통해 30세트를 구성하고, 각 세트별 80mm 이상의 강우의 평균 발생횟수 및 여름철(6월~9월) 평균 강우 총량의 산정을 통해 순위 도출에 적용하였다. 경향성 검정 및 순위도출 결과를 토대로 8개 GCMs 자료 중에서 4개의 GCMs를 선정하였고, 시나리오별 세트구성에 따른 연 최대 일 강우량의 평균 및 Gumbel 분포형의 위치 및 축척매개변수를 산정하였으며, 이를 토대로 서울지역을 대상으로 위치 및 축척 매개변수 추정에 따른 비정상성 빈도분석을 수행하였다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.26 no.1
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• pp.1-30
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• 2024

The international community adopts the SSP (Shared Socioeconomic Pathways) scenario as a new greenhouse gas emission pathway. As part of efforts to reflect these international trends and support for climate change adaptation measure in the agricultural sector, the National Institute of Agricultural Sciences (NAS) produced high-resolution (1 km) climate change scenarios for the Korean Peninsula based on SSP scenarios, certified as a "National Climate Change Standard Scenario" in 2022. This paper introduces SSP climate change scenario of the NAS and shows the results of the climate change projections. In order to produce future climate change scenarios, global climate data produced from 18 GCM models participating in CMIP6 were collected for the past (1985-2014) and future (2015-2100) periods, and were statistically downscaled for the Korean Peninsula using the digital climate maps with 1km resolution and the SQM method. In the end of the 21^st century (2071-2100), the average annual maximum/minimum temperature of the Korean Peninsula is projected to increase by 2.6~6.1℃/2.5~6.3℃ and annual precipitation by 21.5~38.7% depending on scenarios. The increases in temperature and precipitation under the low-carbon scenario were smaller than those under high-carbon scenario. It is projected that the average wind speed and solar radiation over the analysis region will not change significantly in the end of the 21st century compared to the present. This data is expected to contribute to understanding future uncertainties due to climate change and contributing to rational decision-making for climate change adaptation.

• Journal of Environmental Impact Assessment
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• v.26 no.2
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• pp.114-126
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• 2017

Many studies on climate change and its impacts use a single climate scenario. However, one climate scenario may not accurately predict the potential impacts of climate change. We estimated temperature and precipitation changes by 2070 using 17 of the CMIP5 Global Climate Models (GCMs) and two emission scenarios for three spatial domains: the Asian continent, six East Asia countries, and South Korea. For South Korea, the range of increased minimum temperature was lower than for the ranges of the larger regions, but the range of projected future precipitation was higher. The range of increased minimum temperatures was between $1.3^{\circ}C$ and $5.2^{\circ}C$, and the change in precipitation ranged from - 42.4 mm (- 3.2%) and + 389.8 mm (+ 29.6%) for South Korea. The range of increased minimum temperatures was between $2.3^{\circ}C$ and $8.5^{\circ}C$ for East Asia countries and was between $2.1^{\circ}C$ and $7.4^{\circ}C$ for the Asian continent, and the change in precipitation ranged from 28.8 mm (+ 6.3%) and 156.8 mm (+ 34.3%) for East Asia countries and from 32.4 mm (+ 5.5%) and 126.2 mm (+ 21.3%) for the Asian continent. We suggest climate change studies in South Korea should not use a single GCM or only an ensemble climate model's output and we recommend to use GFDL-CM3 and INMCM4 GCMs to bracket projected change for use in other national climate change studies to represent the range of projected future climate conditions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.89-89
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• 2023

인간 활동에 의해 발생한 전 지구적 기후변화는 다양한 분야에 영향을 미치고 있다. 특히, 군락을 기반으로 서식하는 동식물은 기후변화에 가장 취약하며, 대부분의 군락 위치가 북상하거나 멸종 위기에 처해있다. 2022년에 발표된 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 보고서는 섭씨 5도 이상 상승하면 생물군의 60%가 멸종될 것이라고 보고하였으며, 고위도와 고도로 이동하여 봄철 식물 성장이 과거보다 더욱 가속화 될 것으로 예측하였다. 따라서, 온실가스 농도에 따른 전 지구적 기후변화 분석은 다양한 분야에서 지속가능한 완화 및 적응 정책을 결정하는데 필요하다. 본 연구는 SSP2-4.5와 SSP5-8.5를 이용하여 Koppen-Geiger의 기후대 분류에 따른 전 지구 규모(아시아, 유럽, 남아메리카, 북아메리카, 오세아니아, 아프리카)의 과거 및 미래 기후대에 대한 변화를 분석하였다. 과거 기간의 기후대를 추정하기 위해 25개 CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6) GCM(General circulation model)의 월 단위 강수량과 표면 온도를 사용하였으며 6개의 기간으로 구분하여 기후대 변화를 비교하였다. 더 나아가, 미래 기후대를 예측하기 위해 SSP(Shared Socioeconomic Pathways)2-4.5와 SSP5-8.5의 미래 기후변수를 사용하였으며, 전망 기간을 7개로 구분하여 전망 기간의 기후대를 변화를 비교하였다. 본 연구의 결과로는 온실가스 농도가 높은 시나리오에서는 북아메리카, 아시아, 유럽의 툰드라와 영구동토층이 가파르게 감소하였으며, 온대 기후 중 습한 아열대 기후대의 면적이 급속도로 증가하였다. 더 나아가, 남아메리카의 경우 대륙성 기후대가 지속적으로 감소하는 반면에 열대 우림 기후대는 증가한다. 오세아니아의 미래 기후대는 몬순의 영향을 받는 아열대 기후대가 증가하고 열대 우림은 증가할 것으로 예측하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.43-43
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• 2020

보령댐은 충남 서부지역 8개 시·군에 생활용수와 공업용수를 공급하고 있는 중요한 수원으로 최근 우리나라에서 발생한 연속적인 가뭄으로 2015년에는 저수율이 7.5 %까지 감소하여 제한급수가 시행되었다. 본 연구에서는 가뭄으로 인한 물 공급 부족에 취약함을 보인 보령댐 유역(297.4 ㎢)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 모델과 RCP(Representative Concentration Pathways) 시나리오를 활용하여 극한 기후변화 사상이 반영된 보령댐의 내한능력을 평가하였다. SWAT 모형을 활용하여 보령댐의 물수지를 모의하기 위하여 보령댐의 실측 유출량, 저수량, 방류량으로 보령댐 유입량과 저수량을 보정(2002~2004) 및 검정(2005~2007)하였으며, 실측 저수량을 기반으로 미래 댐 운영을 모의하였다. 검·보정 결과, 댐 유입량과 저수량의 PBIAS(%)는 -0.04, -0.09, NSE(Nash and Sutcliffe Efficiency)는 0.52, 0.96, RMSE(Root Mean Square Error)는 1.80 mm/day, 0.67 × 10⁶㎥로 분석되어 신뢰성 있는 모의 결과를 보였다. 보정된 SWAT 모형으로 가뭄 사상이 반영된 기후변화를 모의하기 위하여 APCC의 26개 CMIP5 GCM 시나리오를 SPI (Standardized Precipitation Index)와 연속 이론(Runs theory)으로 분석하여 6개의 극한 가뭄 시나리오 (RCP 4.5, 8.5 CMCC-CM, INM-CM4, IPSL-CM5A-MR)를 선정하였으며, 선정된 시나리오를 모형에 적용하여 가뭄 사상을 반영한 보령댐의 미래 내한능력을 평가하였다. 내한능력평가 및 분석 기간은 Historical(1980~1999; 1990s), Present(2000~2019; 2010s), 그리고 미래 기간 (2020~2039; 2030s, 2040~2059; 2050s, 2060~2079; 2070s, 2080~2099; 2090s)으로 나누었으며, 취약성(Reliability), 회복성(Resilience), 위험성(Vulnerability), 세 가지 지표로 내한능력 평가를 수행하였다. 평가 결과, 미래 취약성은 2050s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.803까지 감소하였으며, 회복성과 위험성은 2070s IPSL-CM5A-MR 시나리오에서 0.003, 3,567.6 × 10⁶㎥까지 감소하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.105-105
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• 2018

2017년 이상기후 보고서에 따르면, 지난해 장마기간(6월 24일~7월 29일) 동안 전국 평균 강수량은 291.7mm로 평년(356.1mm)의 81%에 그쳤고, 7월 전국 평균기온은 $26.4^{\circ}C$로 평년($24.5^{\circ}C$) 보다 $1.9^{\circ}C$ 높았으며, 폭염일수는 평년대비 1.5배 많았음을 보고했다. 이러한 극심한 기후변화는 유역환경에 영향을 미쳐 미래 수자원 계획과 관리에 어려움을 가중시킬 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 금강유역($9,865km^2$)을 대상으로 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)모형과 RCP(Representative Concentration Pathway) 기후변화 시나리오를 이용하여 극한 기후변화 사상에 따른 수문 수질 거동을 평가하고자 하였다. 유역의 물수지 분석을 위해 금강 유역을 표준단위유역으로 구분 하였고, 기상자료와 다목적댐 2개(대청댐, 용담댐)과 다기능 보 3개(공주보, 백제보, 세종보)의 운영 자료와 국가 수자원관리 종합 정보 시스템(WAMIS)에서 관측 및 관리하고 있는 수문, 기상 자료를 수집하였다. SWAT 모형의 신뢰성 있는 수문 및 수질 보정을 위해 금강 소유역 내 위치하는 다목적 댐 2개 및 다기능 보 3개의 실측 방류랑을 이용하여 댐 운영모의를 하였으며, 댐 운영 자료와 수질 자료를 이용하여 모형의 검정 및 보정(2000~2015)을 실시하였다. 미래 극한 기후변화 사상을 모의하기 위해 기후변화 시나리오는 APCC의 26개 CMIP5 GCM 자료 중 RCP 8.5 시나리오를 활용했으며, 극한 기후 시나리오 선정을 위해 STARDEX에서 제시한 강우관련 극한지수를 이용했다. 선정된 홍수 및 가뭄 시나리오에 대해 Historical기간(1976~2005)과 미래기간(2006~2099)을 설정하여 미래 극한 기후변화 사상에 따른 금강유역의 수문 및 수질의 거동을 평가하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.17-17
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• 2019

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 기후변화 전망보고서에 따르면 RCP 4.5 시나리오 기준, 21세기 전 지구 평균기온은 $2.5^{\circ}C$ 상승(한반도 $+3.0^{\circ}C$)하며, 전 지구 평균강수량은 4.1% 증가(한반도 +16.0%)할 것이라 전망하고 있다(기상청, 2012). 최근 기후변화와 기상이변에 따른 도심지 폭우특성이 변화하고 있음을 많은 연구결과에서 말해주고 있으며, 그 발생 빈도와 강도가 점차 증가하고 있는 추세이다. 특히, 서울시의 경우 인구와 재산이 밀집해 있어 폭우 발생에 의한 시민의 인명과 재산 피해 우려가 크다. 따라서 본 연구에서는 서울시를 대상으로 근미래(~2050년) 기후변화 하에서의 재현기간에 따른 확률강우량 변화 특성을 분석하여 비교 평가한 후 설계 강우량 산정에 활용하고자 하였다. 관측자료 기반 강수량의 변동 특성 분석과 Non-stationary GEV방법을 이용한 비정상성 빈도해석을 수행하였으며, 근미래 폭우특성 변화분석을 위하여 CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project 5)에 참여한 GCMs(General Circulation Models)을 활용한 강우빈도해석을 수행하였다. Mann-Kendall Test와 Quantile Regression을 통한 서울지점 여름철 강수량(June to September)과 기준강수량 초과 강수(30, 50, 80, 100mm/hr), 연간 10th 최대 강수량(Annual Top 10th Precipitation) 등을 분석한 결과 최근 증가 경향이 뚜렷하게 나타났으며, 비정상성 빈도해석에 의한 확률강우량 분석의 가능성과 신뢰성을 확인하였다. 또한 19-GCMs을 통하여 모의된 일(Daily) 단위 강수량자료를 비모수통계적 상세화(Nonparametric Temporal Downscaling) 기법을 적용하여 시간(Hourly) 강우로 다운스케일링하였으며, 서울시 미래 확률강우량에 대한 IDF 곡선(Intensity-Duration-Frequency Curve)을 작성하여 비교?분석한 결과 지속시간 1시간 강우에 대하여 재현기간 30년, 100년 조건에서 확률강우량이 약 4%~11% 수준에서 증가하고 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과는 도심지 수공구조물의 설계빈도 영향을 진단하고, 근미래 발생가능한 확률강우량 변화에 따른 시간당 목표 강우량설정의 방법론을 제시하였다는데 의의가 있으며, 서울시의 방재성능목표 설정과 침수취약지역 해소를 위한 기후변화에 따른 수공구조물 설계 시 활용이 가능할 것으로 기대된다.