• Research Article

    Analysis of debris flow simulation parameters with entrainment effect: a case study in the Mt. Umyeon

    연행작용을 고려한 우면산 토석류 모의 매개변수 특성분석

    Lee, Seungjun,An, Hyunuk,Kim, Minseok,Lim, Hyuntaek

    이승준,안현욱,김민석,임현택

    The shallow landslide-trigerred debris flow in hillslope catchments is the primary geological phenomenon that drives landscape changes and therefore imposes risks as ...

    산지 사면에서 발생하는 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해 중 하나이다. 특히, 도심지역에서 발생된 토석류는 유동 및 퇴적과정에서 막대한 재산피해와 인명피해를 ...

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    The shallow landslide-trigerred debris flow in hillslope catchments is the primary geological phenomenon that drives landscape changes and therefore imposes risks as a natural hazard. In particular, debris flows occurring in urban areas can result to substantial damages to properties and human injuries during the flow and sediment transport process. To alleviate the damages as a result of these debris flow, analytical models for flow and damage prediction are of significant importance. However, the analysis of debris flow model parameters is not yet sufficient, and the analysis of the entrainment, which has a significant influence on the flow process and the damage extent, is still incomplete. In this study, the effects of erosion and erosion process on the flow and the impact area due to the change in the soil parameters are analyzed using Deb2D model, a flow analysis model of debris developed in Korea. The research is conducted for the case of the Mt. Umyeon landslide in 2011. The resulting impacted area, total debris-flow volume, maximum velocity and inundated depth from the Erosion model are compared to the field survey data. Also, the effect of the entrainment changing parameters is analyzed through the erosion shape and depth. The debris flow simulation for the Raemian and Shindong apartment catchment with the consideration of entrainment effect and erosion has been successful. Each parameter sensitivity could be analyzed through sensitivity analysis for the two basins based on the change in parameters, which indicates the necessity of parameter estimation.


    산지 사면에서 발생하는 토석류는 지형변화에 큰 영향을 미치는 대표적인 자연재해 중 하나이다. 특히, 도심지역에서 발생된 토석류는 유동 및 퇴적과정에서 막대한 재산피해와 인명피해를 야기할 수 있으며 이러한 토석류로 인한 피해를 줄이기 위해서는 토석류의 유동과 피해규모를 예측하기 위한 해석모형들이 필수적이다. 하지만 아직 토석류 모형들의 매개변수에 대한 분석은 충분하지 않으며, 특히 토석류의 유동과정 및 피해 규모에 큰 영향을 미치는 연행작용에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 국내에서 개발된 토석류 유동해석 모형인 Deb2D 모형을 통하여 토석류의 매개변수 변화에 따른 흐름, 피해지역에 미치는 영향 그리고 침식과정에 대하여 분석하였다. 2011년 우면산에서 발생한 산사태에 적용하였으며, 수치모형의 객관적인 정확성 판단을 위해 현장 조사를 통해 얻어진 토석류의 피해 범위, 총 퇴적량, 특정 지점에서 관측된 최대 퇴적 높이, 토석류의 첨두 유속를 검토하였다. 또한 매개변수 변화가 연행작용에 미치는 영향에 대하여 침식 형상 및 깊이를 통해 분석하였다. 연행작용을 고려한 래미안 아파트와 신동아 아파트 유역의 모의는 성공적으로 수행되었다. 매개변수 변화에 따른 두 유역에서의 민감도 분석을 통해 각 매개변수의 영향성을 판단할 수 있었다.

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    September 2020
  • Research Article

    Development and assessment of framework for selecting multi-GCMs considering Asia monsoon characteristics

    아시아 몬순특성을 고려한 다중 GCMs 선정방법 개발 및 평가

    Kim, Jeong-Bae,Kim, Jin-Hoon,Bae, Deg-Hyo

    김정배,김진훈,배덕효

    The objectives of this study are to develop a framework for selecting multi-GCMs considering Asia monsoon characteristics and assess it’s applicability ...

    본 연구에서는 아시아 몬순특성을 고려한 전지구모형(General Circulation model, GCM) 선정방법을 개발하고 방법의 적정성을 평가하였다. 몬순기후와 연관된 12개의 기후변수를 선정하였으며, GCM의 과거 ...

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    The objectives of this study are to develop a framework for selecting multi-GCMs considering Asia monsoon characteristics and assess it’s applicability. 12 climate variables related to monsoon climates are selected for GCM selection. The framework for selecting multi-GCMs includes the evaluation matrix of GCM performance based on their capability to simulate historical climate features. The climatological patterns of 12 variables derived from individual GCM over the summer monsoon season during the past period (1976-2005) and they are compared against observations to evaluate GCM performance. For objective evaluation, a rigorous scoring rule is implemented by comparing the GCM performance based on the results of statistics between historical simulation derived from individual GCM and observations. Finally, appropriate 5 GCMs (NorESM1-M, bcc-csm1-m, CNRM-CM5, CMCC-CMS, and CanESM2) are selected in consideration of the ranking of GCM and precipitation performance of each GCM. The selected 5 GCMs are compared with the historical observations in terms of monsoon season and monthly mean to validate their applicability. The 5 GCMs well capture the observational climate characteristics of Asia for the 12 climate variables also they reduce the bias between the entire GCM simulations and the observational data. This study demonstrates that it is necessary to consider various climate variables for GCM selection and, the method introduced in this study can be used to select more reliable climate change scenarios for climate change assessment in the Asia region.


    본 연구에서는 아시아 몬순특성을 고려한 전지구모형(General Circulation model, GCM) 선정방법을 개발하고 방법의 적정성을 평가하였다. 몬순기후와 연관된 12개의 기후변수를 선정하였으며, GCM의 과거 기후재현성을 기준으로 모의성능 평가 매트릭스 및 평가체계를 구성하였다. 19개 GCM으로부터 아시아 몬순지역 및 과거(1976 ~ 2005년) 몬순기간에 대한 12개 기후변수를 관측자료와 비교하여 GCM의 기후모의 성능을 평가하였다. GCM의 평가순위 및 강수량 모의성능을 고려하여 적정 5개 GCM (NorESM1-M, bcc-csm1-1-m, CNRM-CM5, CMCC-CMS, CanESM2)을 선정하였다. 과거 몬순계절 및 월 평균 기후에 대하여 선정된 GCM의 기후재현성을 검증하였다. 선정된 5개 GCM은 12개 기후변수에 대한 아시아 지역의 관측 기후특성을 잘 재현하였으며, 전체 GCM을 사용하는 경우에 비해 모의값과 관측값 간의 오차를 줄일 수 있는 것으로 확인되었다.

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    September 2020
  • Research Article

    Determination of proper ground motion prediction equation for reasonable evaluation of the seismic reliability in the water supply systems

    상수도 시스템 지진 신뢰성의 합리적 평가를 위한 적정 지반운동예측식 결정

    Choi, Jeongwook,Kang, Doosun,Jung, Donghwi,Lee, Chanwook,Yoo, Do Guen,Jo, Seong-Bae

    최정욱,강두선,정동휘,이찬욱,유도근,조성배

    The water supply system has a wider installation range and various components of it than other infrastructure, making it difficult to secure ...

    최근 지진재해의 규모가 점차 증대됨에 따라 세계적으로 개별 시설물에 대한 내진성능평가와 관련한 연구가 다수 진행되고 있다. 상수도 시스템은 타 기반시설에 비해 설치범위가 ...

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    The water supply system has a wider installation range and various components of it than other infrastructure, making it difficult to secure stability against earthquakes. Therefore, it is necessary to develop methods for evaluating the seismic performance of water supply systems. Ground Motion Prediction Equation (GMPE) is used to evaluate the seismic performance (e.g, failure probability) for water supply facilities such as pump, water tank, and pipes. GMPE is calculated considering the independent variables such as the magnitude of the earthquake and the ground motion such as PGV (Peak Ground Velocity) and PGA (Peak Ground Acceleration). Since the large magnitude earthquake data has not accumulated much to date in Korea, this study tried to select a suitable GMPE for the domestic earthquake simulation by using the earthquake data measured in Korea. To this end, GMPE formula is calculated based on the existing domestic earthquake and presented the results. In the future, it is expected that the evaluation will be more appropriate if the determined GMPE is used when evaluating the seismic performance of domestic waterworks. Appropriate GMPE can be directly used to evaluate hydraulic seismic performance of water supply networks. In other words, it is possible to quantify the damage rate of a pipeline during an earthquake through linkage with the pipe failure probability model, and it is possible to derive more reasonable results when estimating the water outage or low-pressure area due to pipe damages. Finally, the quantifying result of the seismic performance can be used as a design criteria for preparing an optimal restoration plan and proactive seismic design of pipe networks to minimize the damage in the event of an earthquake.


    최근 지진재해의 규모가 점차 증대됨에 따라 세계적으로 개별 시설물에 대한 내진성능평가와 관련한 연구가 다수 진행되고 있다. 상수도 시스템은 타 기반시설에 비해 설치범위가 광범위하고 그 구성요소가 다양해 고려할 것이 많아 지진에 대한 안정성을 정확하고 효과적으로 확보하기 힘든 실정이다. 따라서 지진을 대비한 상수도 시스템의 내진성능 평가 방안을 연구하고 개발할 필요가 있다. 지진에 의한 상수도 시스템의 내진성능을 평가하기 위해 지반운동예측식(Ground Motion Prediction Equation, GMPE)이 활용된다. GMPE는 지진 규모 등과 같은 독립변수 와 PGV (Peak Ground Velocity), PGA (Peak Ground Acceleration)와 같은 지반운동 등을 고려하여 산정하게 된다. 우리나라에서 발생된 높은 강도의 지진 데이터는 현재까지 많이 축적되지 않아 특정 지진에 국한된 데이터를 활용하여 GMPE를 결정하는 등의 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 우리나라에서 계측된 지진 데이터를 활용하여 국내 지진 모의에 적합한 GMPE를 선정하고자 하였으며, 이를 위해 기존 국내 지진을 기반으로 산정된 GMPE식을 분석하고 그 결과를 제시하였다. 본 연구를 통해 결정된 적정 GMPE는 상수도관망의 수리학적 내진성능 평가에 직접적으로 활용 가능하다. 즉, 파손확률 모형과의 연계를 통한 지진시 관로 파손률의 정량화가 가능하며, 파손 및 누수에 의한 단수지역 파악 등과 같은 피해범위 산정시 보다 객관적이며 합리적인 결과 도출이 가능하다. 최종적으로 이와 같은 내진성능 정량화 결과는 지진재해가 발생하였을 경우 그 피해를 최소화할 수 있는 최적 복구방안 마련과 선제적 관망 내진설계의 기준 자료로 활용될 수 있다.

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    September 2020
  • Research Article

    A network approach to local water management for building collaborative water governance: the case of Jeju special self-governing province

    지방자치단체의 협력적 물 거버넌스 구축을 위한 네트워크 분석: 제주특별자치도의 물관리 사례를 중심으로

    Kim, Boram,Yang, Wonseok,Ahn, Jongho

    김보람,양원석,안종호

    This study aims to explore structural properties and central actors of the local water policy system through a network approach, and to ...

    본 연구는 네트워크 접근을 통해 지역 물관리의 구조적 특징과 주요 행위자를 밝히고 지방자치단체 차원의 협력적 물 거버넌스 구축을 위한 함의를 도출한다. 이를 ...

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    This study aims to explore structural properties and central actors of the local water policy system through a network approach, and to suggest practical implications for establishing collaborative water governance at the local level. Especially, this study conducts a social network analysis to empirically analyze the actors’ roles and relationships of water management in Jeju Special Self-Governing Province and represent them with sociograms. In this study, the local water management network is divided into two dimensions: official work network, public-private policy network based on information-sharing and consultation. Also, the networks are divided into a whole network and two sectoral networks(water-use/water-quality). This study found some meaningful differences of structural properties and central actors not only in the official work networks and the policy networks but also in the water-use networks and the water-quality networks. Thus, public managers should diagnose and manage the relational properties among multiple stakeholders in local water sector through a network perspective. In particular, (1)co-operation between the administrative departments responsible for water-use and water-quality, and (2)information-sharing and consultation among public and private stakeholders should be improved to establish collaborative local water governance.


    본 연구는 네트워크 접근을 통해 지역 물관리의 구조적 특징과 주요 행위자를 밝히고 지방자치단체 차원의 협력적 물 거버넌스 구축을 위한 함의를 도출한다. 이를 위해 본 연구는 사회연결망분석(social network analysis)을 활용하여 제주특별자치도 물관리 네트워크의 주요 행위자와 이들의 역할 및 관계를 실증적으로 분석하고 소시오그램(sociogram)으로 도식화한다. 연구결과, 제주지역의 행정부서 간 물관리 업무 네트워크와 민・관 정책네트워크(정보 공유 및 협의), 전체 네트워크와 이수 및 수질 영역별 네트워크의 구조적 특징과 중심 행위자가 상이한 것으로 나타났다. 향후 지방자치단체의 협력적 물 거버넌스 구축을 위해서는 이수 및 수질 담당 행정부서 간 협업관계를 개선하고, 공공・민간 부문을 포함한 전체 이해관계자 간 정보 공유 및 협의가 활성화되어야 한다. 이처럼 지역 물관리 이해관계자 간의 공식적・비공식적 네트워크를 관리하기 위한 정책적 노력이 중요하다.

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    September 2020
  • Research Article

    Capacity determination for a rainfall harvesting unit using an optimization method

    최적화 기법을 이용한 빗물이용시설의 저류 용량 결정

    Jin, Youngkyu,Kang, Taeuk,Lee, Sangho,Jeong, Taekmun

    진영규,강태욱,이상호,정택문

    Generally, the design capacity of the rainwater harvesting unit is determined by trial and error method that is repeatedly calculating various analysis ...

    일반적으로 빗물이용시설의 설계 저류 용량은 다양한 시나리오(저류 용량, 공급 보장률, 우수 이용률 등)에 대한 반복적인 계산을 통해 결정된다. 이 방법은 ...

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    Generally, the design capacity of the rainwater harvesting unit is determined by trial and error method that is repeatedly calculating various analysis scenarios with capacity, reliability, and rainwater utilization ratio, etc. This method not only takes a lot of time to analyze but also involves a lot of calculations, so analysis errors may occur. In order to solve the problem, this study suggested a way to directly determine the minimum capacity to meet arbitrary target reliabilities using the global optimization method. The method was implemented by simulation model with particle swarm optimization (PSO) algorithms using Python language. The pyswarm that is provided as an open-source of python was used as optimization method, that can explore global optimum, and consider constraints. In this study, the developed program was applied to the design data for the rainwater harvesting constructed in Cheongna district 1 in Incheon to verify the efficiency, stability, and accuracy of the analysis. The method of determining the capacity of the rainwater harvesting presented in this study is considered to be of practical value because it can improve the current level of analytical technology.


    일반적으로 빗물이용시설의 설계 저류 용량은 다양한 시나리오(저류 용량, 공급 보장률, 우수 이용률 등)에 대한 반복적인 계산을 통해 결정된다. 이 방법은 분석에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 많은 계산이 수반되므로 분석 오류가 나타날 수도 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 최적화 기법을 이용하여 임의의 목표 보장률을 만족하는 최소의 저류 용량을 직접적으로 결정할 수 있는 방법을 제시하였다. 해당 방법은 Python 언어를 이용하여 모의 모형과 입자 군집 최적화를 연계하여 구현되었다. 최적화 기법은 Python의 오픈 소스로 제공되는 pyswarm을 이용하였는데, 해당 알고리즘은 전역 최적해 탐색이 가능하고, 제약조건을 고려할 수 있다. 최적화 기법을 이용한 빗물이용시설의 저류 용량 결정 방법은 인천 청라지구 1공구에 설치된 빗물이용시설의 설계자료에 적용하여 분석의 효율성, 안정성, 정확성을 검증하였다. 본 연구에서 제시한 빗물이용시설의 저류 용량 결정 방법은 현재의 분석 기술 수준을 개선할 수 있으므로 실용적 가치가 있는 것으로 판단된다.

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    September 2020
  • Research Article

    Calculating virtual water for international water transactions : Korea focused international trade analysis

    국제 물거래 대비 가상수 거래량 산정 : 한국 중심 국제교역량 분석

    Park, Sungje,Lee, Minhyeon,Park, Kyeyoung,Shin, Jihye

    박성제,이민현,박계영,신지혜

    South Korea’s available water resources per capita is very small compared to global average as there is a high population on ...

    한국은 좁은 국토에 많은 인구가 거주하여 1인당 가용 수자원량이 세계 평균에 비하여 매우 적다. 이에 따라 국민 개개인이 안정적인 생활을 영위하는데 필요한 ...

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    South Korea’s available water resources per capita is very small compared to global average as there is a high population on small land. Thus, it is imperative to secure water resources for the safe livelihood of the citizens. As an advanced, industrialized country, South Korean economic dependence on agricultural has greatly lowered. Unless South Korea utilizes foreign water resources, it is impossible to provide agricultural and livestock products the same as current levels. However, virtual water-related research in South Korea is still inadequate. When establishing the water resources plan, it does not consider the international trade of virtual water. This research aims to solve this issue by analyzing the international virtual water trends focusing on South Korea. Consequently, the export and import of virtual water trade was identified according to country and item for 248 countries and South Korea. According to the results, South Korea’s agricultural and livestock virtual water has much higher imports than exports, which outputs with agricultural by-products being the main import . In 2018, South Korea imported 72.2 billion m3, which is 29 times the exported amount of 2.5 billion m3. The research results can be used as baseline data for establishing the national water resources plan in the future.


    한국은 좁은 국토에 많은 인구가 거주하여 1인당 가용 수자원량이 세계 평균에 비하여 매우 적다. 이에 따라 국민 개개인이 안정적인 생활을 영위하는데 필요한 수자원의 확보가 절실하다. 더구나 한국은 이미 선진화된 공업국가로서 농업에 대한 국가경제의 의존도가 크게 낮아졌다. 따라서 한국은 외국의 수자원을 활용하지 않으면 국민 개개인에게 현재와 같은 식생활 수준에 맞는 농축산물의 제공이 불가능하다. 그럼에도 불구하고 한국은 아직 가상수에 대한 연구가 미흡하여 수자원계획 수립에서 가상수의 국제교역을 고려하지 못하고 있다. 본 연구는 이러한 상황을 타개하기 위하여 한국을 중심으로 교류하는 가상수의 국제적인 흐름을 분석하였다. 이를 위하여 한국과 세계 248개국과의 국가별, 품목별 가상수 수출입 거래량을 파악하였다. 본 연구의 결과에 따르면, 우리나라의 농축산물 가상수의 국제교역은 수입량이 수출량보다 월등히 많고, 수입 가상수는 농산물 부산물을 수입하면서 발생하는 양이 월등히 많았다. 2018년 한국이 전 세계에서 수입한 가상수량은 722억 m3으로 수출한 가상수량 25억 m3에 비해 무려 29배나 많다. 본 연구의 결과는 향후 국내에서 수립되는 국가 수자원계획의 수립에 필요한 기초자료를 제공하게 될 것이다.

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    September 2020
  • Research Article

    Evaluation of improvement effect on the spatial-temporal correction of several reference evapotranspiration methods

    기준증발산량 산정방법들의 시공간적 보정에 대한 개선효과 평가

    Kim, Chul-Gyum,Lee, Jeongwoo,Lee, Jeong Eun,Kim, Hyeonjun

    김철겸,이정우,이정은,김현준

    This study compared several reference evapotranspiration estimated using eight methods such as FAO-56 Penman-Monteith (FAO PM), Hamon, Hansen, Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Makkink, Priestley-Taylor ...

    본 연구에서는 FAO-56 Penman-Monteith (FAO PM)를 비롯하여 Hamon, Hansen, Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Makkink, Priestley-Taylor, Thornthwaite 등 총 8가지 기준증발산량 산정방법을 이용하여 전국 ...

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    This study compared several reference evapotranspiration estimated using eight methods such as FAO-56 Penman-Monteith (FAO PM), Hamon, Hansen, Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Makkink, Priestley-Taylor, and Thornthwaite. In addition, by analyzing the monthly deviations of the results by the FAO PM and the remaining seven methods, monthly optimized correction coefficients were derived and the improvement effect was evaluated. These methods were applied to 73 automated synoptic observation system (ASOS) stations of the Korea Meteorological Administration, where the climatological data are available at least 20 years. As a result of evaluating the reference evapotranspiration by applying the default coefficients of each method, a large fluctuation happened depending on the method, and the Hansen method was relatively similar to FAO PM. However, the Hamon and Jensen-Haise methods showed more large values than other methods in summer, and the deviation from FAO PM method was also large significantly. When comparing based on the region, the comparison with FAO PM method provided that the reference evapotranspiration estimated by other methods was overestimated in most regions except for eastern coastal areas. Based on the deviation from the FAO PM method, the monthly correction coefficients were derived for each station. The monthly deviation average that ranged from -46 mm to +88 mm before correction was improved to -11 mm to +1 mm after correction, and the annual average deviation was also significantly reduced by correction from -393 mm to +354 mm (before correction) to -33 mm to +9 mm (after correction). In particular, Hamon, Hargreaves-Samani, and Thornthwaite methods using only temperature data also produced results that were not significantly different from FAO PM after correction. It can be also useful for forecasting long-term reference evapotranspiration using temperature data in climate change scenarios or predicting evapotranspiration using monthly or seasonal temperature forecasted values.


    본 연구에서는 FAO-56 Penman-Monteith (FAO PM)를 비롯하여 Hamon, Hansen, Hargreaves-Samani, Jensen-Haise, Makkink, Priestley-Taylor, Thornthwaite 등 총 8가지 기준증발산량 산정방법을 이용하여 전국 기상청 ASOS 지점을 대상으로 각 방법에 따른 기준증발산량을 산정하여 비교하였다. 또한 가장 신뢰성이 높은 것으로 알려진 FAO PM값을 기준으로 나머지 7가지 방법에 의한 월별 편차를 분석하여 지점별 월별 보정계수를 도출하고, 보정에 따른 개선효과를 평가하였다. 먼저 각 방법의 기본계수를 적용하여 기준증발산량을 산정한 결과, 방법에 따라 큰 편차를 나타내었으며 Hansen 방법이 상대적으로 FAO PM과 유사한 것으로 나타났다. 반면, Hamon과 Jensen-Haise 방법은 여름철을 중심으로 타 방법대비 매우 큰 값을 보였으며, FAO PM과의 편차도 크게 나타났다. 지역별로는 동해안 일부지역을 제외하고 대부분의 지역에서 FAO PM과 비교하여 기준증발산량을 과다하게 산정하는 것으로 분석되었다. FAO PM 결과와의 편차를 기반으로 지점별 월별 최적화된 보정계수를 도출하고 기준증발산량을 다시 비교한 결과, 지점에 따라 보정 전에 -46 mm∼+88 mm의 범위를 보였던 월 평균값은 보정 후 -11 mm∼+1 mm로 나타났으며, 연 평균값도 -393 mm∼+354 mm (보정 전)에서 -33 mm∼+9 mm (보정 후)로 보정을 통하여 편차가 크게 감소되었다. 또한, 기온자료만을 이용하는 Hamon, Hargreave-Samani, Thornthwaite 방법들도 보정을 통하여 FAO PM과 큰 차이없는 결과를 도출하였다. 특히 기온기반의 방법들은 기후변화 시나리오 중 상대적으로 불확실성이 낮은 기온자료만을 이용하여 미래의 장기간의 기준증발산량을 전망하거나, 월 또는 계절예측 기온정보를 이용하여 수개월간의 기준증발산량을 예측하는 경우에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

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    September 2020