연구정보

위성강우를 이용한 북한 홍수분석(2020년 8월 홍수사례)
  • 게시일2021-06-29
  • 조회수201

위성강우를 이용한 북한 홍수분석(2020년 8월 홍수사례)

 

 

▲ 김주훈 국토보전연구본부 연구위원 / 최윤석 국토보전연구본부 수석연구원

 

위성강우를 이용한 북한 홍수분석(2020년 8월 홍수사례)

 

위성강수


수자원 및 대기과학 분야에서 원격탐사 기술은 지구 강수를 관찰하는 데 많은 도움을 주는 기술로 인식되고 있다. 위성자료를 이용한 강수 추정은 지상관측소 및 기상레이더와 비교하여 광역적 공간범위를 대상으로 하며, 지속적이고 균일한 강수를 생산한다는 장점을 갖고 있다(Hong et al., 2016).


위성을 이용한 강수추정은 1960년 4월, 최초로 기상영상을 제공하기 위해 TIROS-1(Television Infra Red Observation Satellite)위성이 발사되면서 시작되었다. 1979년에 Arkin에 의해 적외선(IR) 자료를 이용한 강수추정 방법이 제시되었고, 1987년 다중 채널의 수동 마이크로파 복사계인 SSM/I(Special SensorMicrowave/Imager)를 탑재한 DMSP(Defense Meteorological Satellite Program) 위성의 발사로 강수추정에 대한 연구가 활발하게 이루어지게 되었다. 이후 전지구 강수량 추정의 중요성이 부각되면서 1990년대에 미국 NASA는 Missionto Planet Earth Program에 의해 우주공간으로부터 강수량을 측정하는 연구가 본격적으로 시작되었다. 실질적인 위성강수 자료 생산은 1997년 미국 NASA와 일본 JAXA(Japanese Aerospace eXploration Agency) 공동으로 열대지역과 아열대지역(35°N-35°S)의 강우를 추정하기 위해 TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission) 위성이 발사되었으며, 본격적으로 강우와 관련된 수문학적 지식을 획득하기 시작하였다. 1997년 TRMM 위성이 발사된 이래로 TMPA(Multi-satellite Precipitation Analysis), 미국 NOAA의 기후예측 센터의 CMORPH(NOAA CPC Morphing), 일본 JAXA의 GSMaP(Global Satellite Mapping of Precipitation) 등 다수의 다중위성강수가 생산되고 있다(김주훈 등, 2015).

 

 

2014년 GPM Core 위성은 TRMM 위성을 대체하기 위한 것으로 GPM 미션으로 생산되는 IMERG 위성강수는 시·공간 해상도가 크게 향상되어 60N-60S의 공간적 범위에 대하여 시간해상도 30분, 공간해상도 0.1도의 위성강수 자료를 생산하고 있다. 이러한 위성강수 자료는 일반적으로 전 세계 강수량에 대한 지식과 글로벌 생태-수문학적 모델의 개발을 촉진하고 있으며, 광역적 혹은 지역적 홍수를 분석하기 위한 수문학적 연구에 다양하게 적용되고 있다(Hong et al., 2019). 특히, 동아시아, 동남아시아, 아프리카 등지에는 수문학적 미계측 지역이 많기 때문에 위성강수 자료를 이용한 강수량 평가에 대한 연구가 다수 진행되고 있다. IMERG, GSMaP 등의 위성강수자료는 그림 1과 같은 GPM 위성군의 정보를 결합하여 지구 표면 대부분의 강수량을 추정한다. 그림 2와 같이 전지구 규모의 강수량 자료를 생산하고 있으며, 미국 NASA에서는 IMERG(30분 시간해상도와 0.1deg. 공간해상도), 일본 JAXA에서는 GSMaP(1시간 시간해상도와 0.1deg. 공간해상도) 위성강수자료를 생산하고 있다.

 

 

 

위성강우 활용 북한 홍수 분석


북한에 대한 수문기상학적 정보는 북한의 언론보도와 WMO를 통해 북한 27개 관측소의 6시간 간격의 강우량 정보를 획득할 수 있다. 그러나 필자가 기상청 기상자료개방포털 사이트의 자료검색에서 2020년 7월 28일 03시부터 8월 7일 09시까지 북한 27개 관측소의 강우량 자료를 분석한 결과, 결측률이 42.8%로 북한에서 관측되는 강수 자료는 전체 시계열 자료 확보가 곤란하며, 자료의 신뢰성도 확신할 수 없는 단점이 있다.


2020년 6월 6일 방송된 MBC의 통일전망대 프로그램에서 탈북민 출연자가 언급한 “수령님도 속이는 기상예보사”와 기상청 대변인이 언급한 “날씨 예보는 충성심만으로는 안된다.”와 같이 북한의 기상예측 및 관측 기술은 남한의 90년대 수준으로 평가되고 있다. 이 글에서는 2020년 8월에 북한에 많은 피해를 입힌 호우에 대하여 위성으로부터 관측된 자료를 이용하여 북한 강우현황을 분석하고 강우-유출 모형을 이용하여 개략적인 홍수량을 추정한 결과를 제시함으로써 위성강수자료를 이용한 북한 지역의 강우 및 홍수특성 등을 추정하였다.

 


위성강우의 정확도 분석을 위해 북한과 인접한 연천군의 한강수계 3개 관측소(청양리, 오덕초교, 상리초교)와 GSMaP 위성강우의 총강우를 분석한 결과 상관계수가 0.996 정도로 위성강우의 정확도가 매우 높은 것으로 평가되었으나 지상계측강우보다 과소추정되고 있어 위성강우 보정계수 1.69를 고려하여 북한 지역의 강우량 분포를 그림 4와 같이 산정하였다.


홍수량 평가를 위한 분석도구는 한국건설기술연구원의 GRM 모형을 이용하였다. 북한 지역에서의 관측유량이 없기 때문에 모의 결과를 검증하기 어렵다. 그러므로 GRM 모형에서 제시하고 있는 기본매개변수를 이용하여 유출을 모의하고 별도의 관측 유량을 이용한 모형 보정은 수행하지 않았다. 이에 따라 이 글에서 제시하고 있는 모의유량은 실제 값이 아닌 추정치 임을 밝힌다. 유출모의 시 댐, 유역변경 등에 의한 영향은 고려하지 않았으며, 모든 유량이 자연유출되는 상황으로 모의하였다. 모의 영역(그림 4)은 북한 전역과 압록강 및 두만강 유역에 속해 있는 중국 및 러시아 지역을 일부 포함하였으며, 임진강과 북한강은 남한 지역이 일부 포함되었다. 유출모의에 적용된 강우 자료는 2020년 8월 1일 00시 00분~8월 16일 00시 00분의 기간에 대해서 보정된 위성강우를 적용하였으며, 강우자료의 시간 간격은 1시간이다

 


그림 5는 한탄강 철원군(한탄대교) 지점에 대해서 보정된 위성강우자료를 이용하여 모의된 유량과 관측 유량을 비교한 수문곡선이다. 한탄대교 지점의 유역 면적은 약 1,014㎢으로 유역의 약 50%가 북한지역에 속해 있으며, 상류 북한 지역에 유역 면적 약 50㎢ 정도의 저수지가 있다. 그림 5에서 한탄대교 지점의 모의된 유량은 관측수문곡선의 상승과 하강의 경향은 잘 반영하고 있지만 8월 5일 15시 경에 발생한 첨두홍수량은 관측값(4,785㎥/s)에 비해서 과대 추정(6,048㎥/s) 되었다.


이러한 모의결과는 유출모형을 보정하지 않고 모형의 기본값을 그대로 적용한 것과 북한 지역에 다수 분포하고 있는 댐과 유역 변경등의 영향을 반영하지 않은 것 등 복합적으로 작용한 것으로 판단되며, 이러한 사항들이 보완될 경우 북한 지역의 홍수량 추정값의 정확성을 향상시킬 수 있을 것이다.


위성강수자료는 강수의 지상 관측 자료가 없거나 지상관측에 대한 공간 및 시간적 범위가 열악한 지역의 지상관측 자료를 대체할 수 있으며, 공간 확대에 대한 통일된 정보를 제공해 주는 장점이 있다. 향후 본 연구를 통해 얻어진 결과를 반영하여 북한을 포함한 한반도 전체에 대한 강수량의 정확도를 평가하는 연구를 수행할 계획이다.

QUICK