KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
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Drought Frequency Analysis Using Cluster Analysis and Bivariate Probability Distribution

군집분석과 이변량 확률분포를 이용한 가뭄빈도해석

  • 유지영 (한양대학교 대학원 건설환경공학과) ;
  • 김태웅 (한양대학교 건설환경공학과) ;
  • 김상단 (부경대학교 환경시스템공학부)
  • Received : 2010.07.23
  • Accepted : 2010.09.07
  • Published : 2010.12.31
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Abstract

Due to the short period of precipitation data in Korea, the uncertainty of drought analysis is inevitable from a point frequency analysis. So it is desired to introduce a regional drought frequency analysis. This study first extracted drought characteristics from 3-month and 12-month moving average rainfalls which represent short and long-term droughts, respectively. Then, the homogeneous regions were distinguished by performing a principal component analysis and cluster analysis. The Korean peninsula was classified into five regions based on drought characteristics. Finally, this study applied the bivariate frequency analysis using a kernel density function to quantify the regionalized drought characteristics. Based on the bivariate drought frequency curves, the drought severities of five regions were evaluated for durations of 2, 5, 10, and 20 months, and return periods of 5, 10, 20, 50, and 100 years. As a result, the largest severity of drought was occurred in the Lower Geum River basin, in the Youngsan River basin, and over in the southern coast of Korea.

우리나라의 경우 짧은 강우 관측 기간으로 인해 지점빈도해석에 의한 가뭄분석은 불확실성이 크다는 문제가 있어 가뭄에 대한 지역빈도해석의 적용이 필요하다. 본 연구에서는 강우의 경향이나 크기를 고려하기 위해 단기가뭄을 나타내어 줄 수 있는 3개월 이동평균강우량과 장기가뭄을 나타내어 줄 수 있는 12개월 이동평균강우량을 산정한 후, 가뭄분석을 수행하기 위한 가뭄특성변수를 추출하였다. 가뭄특성변수를 이용하여 주성분분석과 군집분석을 수행하여 가뭄의 동질성을 갖는 관측지점들을 구분하였다. 또한, 본 연구에서는 지역별 가뭄빈도해석을 위해 이변량 확률분포함수를 적용하였으며, 가뭄 특성(가뭄 지속기간과 심도)의 상호 관계를 고려하여 지역적 가뭄특성을 종합적으로 판단하였다. 또한 이변량 핵밀도함수의 적용을 통해 가뭄 발생의 분포 및 경향성을 가장 근접하게 나타내어 줄 수 있는 결합 확률밀도함수를 추정하고, 군집지역별 2개월, 5개월, 10개월, 20개월의 가뭄지속기간과 5년, 10년, 20년, 50년, 100년의 재현기간에 따른 지역적 가뭄특성을 분석하였다. 그 결과 금강하류, 영산강의 일부 권역 및 남해안 일대에서 상대적으로 큰 가뭄심도가 발생하는 것으로 나타났다.

Keywords

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