1. 서 론

기후변화가 심화됨에 따라 극한 기상 현상의 빈도와 강도가 증가하면서, 하나 또는 여러 유형의 극한 기상 현상이 연쇄 또는 동시다발적으로 발생하는 복합재해(Compound Hazards)의 발생 경향이 증가하고 있다(Alexander and Pescaroli, 2019; Zscheischler et al., 2018). IPCC는 이러한 복합재해가 사회·경제·환경 시스템 안에서 영향이 전이되거나 증폭되어 여러 분야에 2차, 3차 피해를 미치는 복합 리스크(Compound Risk)를 야기시킨다고 경고해왔다(Collins et al., 2019). 또한 미국의 제 5차 국가 기후 영향 보고서(Singh et al., 2023)에서 복합재해를 향후 주목해야 할 부분으로 명시하며 그 중요성을 강조하였다.

특히, 폭염-가뭄 복합재해(Compound Drought-Heatwave, 이하 CDHW)는 세계적으로 그 빈도와 강도가 증가하는 대표적인 복합재해로 연구자들의 주목을 받고 있다. 최근 많은 선행연구에서 서유럽, 미국, 중국 등 전세계 여러 지역, 특히 여름철 CDHW 발생의 증가 경향성을 포착하였다(Aghakouchak et al., 2020; Ridder et al., 2022; Mukherjee and Mishra, 2021). 이러한 폭염과 가뭄의 동시발생은 열사병 및 위생문제 등의 건강피해, 대형 산불, 농업 생산성 감소 등 단일재해가 초래하는 리스크보다 더욱 복잡하고 심각한 사회 및 생태계 리스크를 초래하므로 발생 특징 및 경향성 파악하는 것이 매우 중요하다(Zscheischler et al., 2018; Tripathy et al, 2023).

국내에서도 최근들어 복합재해 발생문제가 주목받고 있으나, 많은 연구들이 국내에서 발생하는 복합재해의 유형 및 발생 지역을 개괄적으로 식별하는데 초점이 맞추어져 있으며, 여전히 복합재해의 발생 빈도에 대한 심층적인 연구는 부족한 실정이다(Choi et al., 2024; Kim et al., 2022). 최근 Kim et al. (2025)이 국내 여름철 CDHW의 경향성을 분석하여 한국 대상의 복합재난의 이해를 넓히는데 기여하였다. 이 연구는 최근 10년 동안 여름 기간의 폭염-가뭄 복합재해의 발생 빈도가 증가하였으며, 서울, 경기도, 경상도, 전라남도가 주요 발생 지역임을 발견하였다.

본 연구는 선행연구를 확장하기 위하여 폭염-가뭄 복합재해가 여름철 이외 기간에 발생할 경우에도 계절 고유의 리스크들을 야기할 수 있다는 점에 착안하여 전 계절에 걸친 CDHW를 분석하였다. 특히, 기후변화로 계절 경계가 약화되면서 여름 외 기간에 발생하는 이상고온과 가뭄이 재해를 야기할 수 있기 때문에 더욱 중요하다. 예를 들어, 여름 외 기간의 이상고온 및 가뭄 발생은 동절기 생물의 비정상적인 생장 주기를 야기할 수 있고, 봄철 고온 현상은 토양 및 낙엽을 건조시켜 봄철 산불을 유발하고 농업에 피해를 주는 등 봄, 겨울의 이상 고온 현상 역시 계절 고유의 사회, 상태, 수문학적 리스크를 유발할 수 있다(Shan et al., 2024). 또한 기존 연구는 단기간의 돌발가뭄에 초점을 맞추고, 증발산량을 기준 가뭄을 측정하였으나, 본 연구는 전통적인 장기가뭄의 영향을 이해하기 위하여 기상학적 가뭄에 초점을 맞추어 3개월 누적 평균 강우량 부족을 기준으로 CDHW를 분석하였다. 이는 가뭄과 폭염의 계절적 특성을 파악할 수 있을 뿐 아니라 한 계절 동안의 장기적으로 누적된 물 부족을 파악할 수 있다는 강점이 있다 (Sung et al., 2024).

이에 따라, 본 연구의 목표는 다음과 같다. 1) 장기 기상학적 가뭄과 연중 이상고온 기준을 적용하여 CDHW의 발생 특성을 분석한다, 2) CDHW의 계절별 장기 발생 횟수를 관측 지점에 따라 분석함으로써 CDHW의 시공간적 발생 특성 및 기후변화에 따른 장기적 발생 경향성 변화를 파악한다. 본 연구를 통하여 여름을 포함한 전 계절의 폭염-가뭄 복합 재해 발생 경향성을 다각도로 이해하고 미래 복합재해 발생에 대한 국가적인 대응 능력을 향상시키는 데 기여하고자 한다.

2. 분석 자료 및 방법

2.1 분석자료

본 연구에서는 기상청 종관기상관측(ASOS) 시자료의 결측치와 이상치를 확인 후 1984년 1월 1일부터 2023년 12월 31일에 연속적인 관측값이 존재하는 57개 지점의 자료를 활용하였다. 관측 시자료를 바탕으로 일별 최고기온과 일강수량을 계산하여 폭염 및 가뭄 지수 계산에 사용하였다.

2.2 폭염 정의 및 분석

폭염(heatwave)은 동일기간 온도의 백분위수(quantile)를 기준(thresholds)으로 하여 산정하는 방식인 연중 이상고온방식으로 정의하였다. 이는 폭염 선행 연구에서 전형적으로 사용되는 방식으로, 기준 일 전후 15일 이동평균의 90번째 분위수(90th percentile)를 초과하는 일 최고기온이 2일 이상 연속 발생하는 경우를 폭염 발생일로 간주한다(Russo et al., 2015; Perkins et al., 2012). 이 방식은 연중 각 시기의 기온 분포에 따라 이상 고온을 판별하기 때문에 국지적인 기후 특성을 고려하면서도 계절 내 변동성 및 계절 특유의 이상기온을 반영할 수 있다는 강점이 있어 많은 폭염 관련 연구들이 백분위수 기준 방식을 사용한다(Ma and Yuan, 2023).

2.3 가뭄 정의 및 분석

본 연구는 기상학적 가뭄(meteorological drought)에 초점을 맞추어 복합재해를 분석하였다. 가뭄의 특성상 월별 규모로 가뭄 조건을 정의하고 표준 강수지수(SPI)를 사용하여 가뭄 심각도를 산정하였다(McKee et al., 1993). SPI는 세계기상기구 (WMO, 2024) 에서 가뭄 측정시 사용하도록 권장하는 지수로써 기상학적 가뭄의 심각성을 오직 강수량만을 사용하여 정량화하는 데 널리 활용되는 지수이다(Goodison et al., 1998; Sung et al., 2024). 이는 특정 누적 기간(예: 1, 3, 6, 또는 12개월)의 강수량 기록을 감마(Gamma) 분포 또는 피어슨 타입(Pearson-type) III 분포와 같은 확률 밀도 함수에 적합시켜서 발생 확률을 계산 한 후(Eq. (1)), 계산된 확률을 Eq. (2)와 같이 표준 정규 분포로 변환되는 표준화 과정을 거쳐서 산정된다(Sung and Stagge, 2022).

여기서, P3months는 3개월 평균 강우량을 의미하며 Φ-1은 역누적분포함수를 의미한다.

SPI는 분석 대상 지역의 장기적인 평균기후를 기반으로한 정규화된 이상치이기 때문에 다양한 지역과 기간에서도 가뭄 심각도를 비교할 수 있다는 강점을 지닌다(Sung and Stagge, 2022). 그 중 3개월 SPI는 뚜렷한 사계절을 가진 온대 기후대에서 계절적 특성을 효과적으로 반영한다(Vicente-Serrano et al., 2021). 따라서 본 연구에서는 계절 단위의 가뭄 특성 파악을 위하여 3개월 단위 SPI (SPI-3)를 적용하였으며, 이를 월 단위의 시계열로 나타내었다. 또한 중등도 이상의 가뭄인 SPI가 -1인 경우를 가뭄으로 정의하였다.

2.4 폭염-가뭄 복합재해(CDHW) 분석

CDHW 발생횟수는 선행연구들의 전통적인 정의를 따라 중등도 이상의 가뭄(SPI-3 < -1)이 발생한 월에 폭염이 발생한 횟수로 정의하였다(Seneviratne et al., 2014; Mukherjee and Mishra, 2021; Marengo et al., 2025). 즉, 한 달 동안 가뭄 상태가 지속되는 가운데 그 달에 2일 이상의 폭염이 발생하면 해당 월을 CDHW 발생으로 간주하였다. 이러한 기준으로 57개 지점의 월별 CDHW 발생 여부를 결정하고, 그 시공간적 빈도를 분석하였다. 이 지표는 각각의 재해가 발생하는 시간적 특성을 보존하면서도, 복합적으로 발생하는 사건을 효과적으로 탐지할 수 있는 장점을 지닌다(Mazdiyasni and AghaKouchak, 2015).

2.5 경향성 분석

CDHW 발생 일수 및 횟수의 연별 변화 경향성을 평가하기 위해 Mann-Kendall 검정을 실시하였다. Mann-Kendall 검정은 시계열 자료의 단조 추세를 평가하는 비모수적 검정 방법으로(Mann, 1945), 본 연구에서는 지점별 계절별 CDHW 발생 빈도에 대한 유의한 증가 또는 감소 추세를 파악하는 데 활용되었다. 검정의 유의수준은 p < 0.1로 설정하였으며, 추세 기울기의 크기는 Sen’s slope으로 산출하였다.

3. 결 과

3.1 계절별 폭염 및 가뭄 발생일수 변화

복합재해의 경향을 분석하기에 앞서 1984-2023년 기간 동안 계절별 폭염 발생 월수와 가뭄 발생 월수의 연평균을 분석하였다(Table 1, Fig. 1). 두 재해의 발생은 각 시즌 별로 각각 90th, 95th percentile을 산정하였기 때문에 평균 발생 횟수는 전반적으로 유사한 수준을 보였다. 그러나 계절 간 미세한 차이가 존재하였는데 폭염은 봄, 가을에 이상 고온이 발생하는 횟수가 더 높게 나타났고, 가뭄은 겨울, 봄에 상대적으로 더 높은 발생횟수를 보였다. CDHW는 봄에 가장 높게 나타났다. 장기적인 발생 변화 추이는 재해별, 계절별로 뚜렷한 차이를 보였다.

Fig. 1.

Total number of heatwave (a) and meteorological drought (b) events occurrence

폭염의 경우(Fig. 1(a)) 전 계절에서 증가 추세를 보였다. 특히 봄철(MAM) 기울기가 0.63건/년, 겨울철(DJF)이 0.58건/년, 여름철(JJA) 0.54건/년으로 비슷한 추이를 보였다. 가을철(SON)도 0.38건/년으로 모든 계절에서 양의 추세를 보였다. 이는 연중 전반에 걸쳐 이상고온 현상이 증가하고 있음을 시사한다. 앞서 언급한 바와 같이 관측 지점 폭염 총 발생횟수에 대한 40년 평균값은 전 계절에 걸쳐 유사하게 매우 높은 값을 나타나며 계절 간 큰 차이는 보이지 않았다.

한편 가뭄 발생은 여름을 제외한 나머지 계절에서는 비교적 완만하거나 미미한 변화 경향을 보였다(Fig. 1(b)). 다만 여름철은 연간 0.84건/년으로 전 계절 폭염 변화와 비교해서도 상대적으로 높은 증가추세를 보였으며, 이는 여름철 3개월 누적 강우량이 기록기간 하위 15%에 해당하는 강우 (SPI < -1)가 발생하는 횟수가 점진적으로 증가해왔음을 의미한다. 이는 우리나라 고유 기후인 여름 장마기간에 상대적으로 낮은 강우량이 발생하는 횟수가 증가하고 있음을 암시한다. 반면 겨울, 봄은 미약한 증가를 보였고, 가을은 -0.14건/년으로 가뭄 발생이 점진적으로 감소하고 있는 것으로 나타났다.

3.2 폭염-가뭄 복합재해(CDHW) 계절별 발생 추이

단일 재해 발생횟수를 토대로 전국 관측지점에서 발생한 CDHW의 연간 발생횟수 및 계절별 발생 추세를 분석하였다. 앞서 언급한 바와 같이 계절 고유 기후를 기반으로 이상고온 및 이상강우량 부족을 산정하였으므로 계절별로 비슷하게 나타남에도(Table 1) 봄이 50.0개월로 가장 높았고 그 뒤를 이어 겨울이 48.6개월, 여름이 48.5개월, 가을이 48.1개월 순으로 계절에 따른 차이가 있음을 확인하였다.

하지만, CDHW발생은 지속적으로 높아지는 장기 트렌드 변화를 보인다. 그림 2에서 전 계절, 즉 연 중 CDHW발생 건수는 연 평균 1.3건/년의 비율로 증가하였으며 이는 통계적으로도 유의한 장기적 증가 경향으로 해석된다. 이 결과는 기후변화로 인한 폭염과 가뭄의 동시발생 가능성이 지속적으로 높아지고 있음을 시사한다. 계절별 분석결과 CDHW발생 증가 추세는 특히 여름철에 0.87건/년으로 매우 뚜렷하게 상승하는 경향을 나타내었다. 또한 Fig. 2에 나타난 바와 같이 2010년 이전까지 연도별 변동성이 존재하나, 상대적으로 낮은 발생 횟수를 보인 반면 2010년 이후로 매년 CDHW가 발생하며 뚜렷한 상승추세를 보였다. 이는 기후변화로 인하여 여름철 장마의 약세와 폭염 빈도 증가가 동시에 진행되면서 전국적으로 유의하게 증가하고 있음을 강조한다. 봄철 역시 매우 뚜렷한 증가 경향성을(0.45건/년) 보였다. 또한가지 주목할 점은 2018년, 2021년에는 거의 0에 가까운 횟수를 보이다 2022년에는 백 건 이상의 CDHW를 기록하는 등 연 별로 큰 변동성을 보였다는 점이다. 이는 봄 철 CDHW 발생의 불확실성이 매우 큼을 암시한다. 반면 겨울철은 0.04건/년, 가을철 (-0.06건/년)으로 변화가 거의 일어나지 않았으며 미세한 증가, 감소 경향성을 각각 보였다.

Fig. 2.

Annual trends of CDHW (Top: all seasons, Bottom: each season)

3.3 복합재해 발생의 계절별·지역별 분포

지난 40년간 각 관측지점별 CDHW 발생 횟수를 계절별로 분석하였다(Fig. 3). CDHW 발생 빈도는 계절에 따라 괄목할 만한 차이를 보이며, 특히 봄과 여름에 전국적으로 대부분의 지점에서 높은 발생횟수를 보였다. 봄철은 40+회 이상의 CDHW 발생 지점이 전국적으로 많이 분포되어있음을 보인다. 특히 강원지역 전역과 중부내륙, 대구, 안동을 포함한 내륙 분지에서 높은 발생 횟수를 보였다. 봄철의 CDHW 발생은 기후변화로 인해 나타나는 봄철 조기 고온현상과 계절 고유 특성인 건조 기후 조건이 동시에 작용함에 따른 것으로 해석된다. 여름 역시 많은 지역에서30~40회 이상 및 40회 이상의 CDHW가 나타났는데 특히 중부내륙, 해안가를 제외한 경상도, 강원 지역에서 뚜렷하게 나타났다. 이는 한국의 여름철 기후 특성에 따른 고온현상과 기후변화에 따른 강우량 감소가 복합적으로 작용하였기 때문으로 보인다. 반대로 남부 해안가 지역은 상대적으로 낮은 CDHW발생을 보였는데 이 지역은 여름에 강우가 특히 집중되는 지역으로 가뭄지속기간이 길게 나타나지 않기 때문으로 해석된다.

Fig. 3.

Number of CDHW events at observation gauge

가을(SON)은 겨울(DJF)은 지역적 편차가 상대적으로 적게 나타났으나, 겨울철 전북지역, 임실 전주 지점은 각각 40 회, 35회 이상의 높은 CDHW 발생을 보이며 이 지역의 겨울 가뭄에 대한 대응이 필요함을 강조하였다. 가을철 역시 중부 내륙 및 남부 해안가 일부 지역에서 30회 이상의 CDHW 발생이 확인되었는데, 이는 늦여름 이후의 잔류 고온 현상과 가을 가뭄이 복합적으로 작용했을 가능성을 보여준다.

3.4 CDHW 계절별·지역별 발생 장기 변화 추세

마지막으로 CDHW의 계절별 변화 추세를 이해하기 위하여 Mann-Kendall 검정을 통해 계절별, 지역별로 복합재해 발생 변화 양상을 분석하였다(Fig. 4). 삼각형의 색과 방향은 각각 추세의 크기와 방향(증가/감소)을 나타내며, 빗금 친 도형은 90% 신뢰수준에서 통계적으로 유의한 추세임을 의미한다. 전체적으로 봄, 여름에 CDHW발생 증가 추세가 두드러졌다가 가을에 이르러 남해안 지역을 중심으로 증가 추세가 약화되고 겨울에 다시 내륙지역을 중심으로 CDHW가 발생되는 계절적으로 뚜렷한 변화양상을 보였다.

Fig. 4.

Seasonal trends of CDHW

봄철은 많은 지점에서 CDHW 증가 추세가 확인되었다. 전남, 전북 지역을 중심으로 증가 추세가 나타났으며, 강원도 해안지역도 통계적으로 유의미한 증가 변화를 보였다. 가장 눈의 띄는 계절은 여름으로, 전국적으로 CDHW 발생 증가추세가 확연하게 나타나는 지역이 가장 두드러지게 관찰되었다. 특히 중부 및 영남 내륙을 중심으로 통계적으로 유의한 증가를 나타내는 지점이 다수 분포되어 여름철 강수량 감소와 폭염의 동시발생 횟수가 크게 증가하고 있음을 나타낸다.

가을은 전반적으로 증가추세가 크게 약화되었는데, 특히 남해안을 따라 많은 지점에서 CDHW가 시간에 따라 감소하고 현상을 보이며 북서지역은 증가, 제주를 포함한 동남지역 감소를 보이는 공간적으로 이분화되는 경향성이 나타났다. 특히, 창원 거제지역은 통계적으로 유의미한 CDHW감소 현상을 보였다. 남해안 및 제주의 CDHW감소는 가을철 태풍의 증가로 인한 가을 강수량 증가 현상을 일부 반영한 것으로 보이나(Alcantara and Ahn, 2020), 자세한 원인을 밝히기 위해서는 추후 연구가 필요할 것으로 판단된다. 겨울(DJF)은 다시 다수 지점에서 CDHW발생 증가 경향이 나타났다. 특히 겨울철 강원 영동 지역 및 중부 내륙 지역에서 유의한 증가추세가 나타났다. 반면 호남을 포함한 남부 해안 지역에서는 감소경향성이 확인되어 CDHW발생의 지역격차가 매우 큰 것으로 나타났다.

4. 결 론

본 연구는 1984년부터 2023년까지 40년간의 기상청 종관기상관측(ASOS) 자료를 활용하여 한반도 폭염-가뭄 복합재해(CDHW)의 시공간적 특성과 변화 추세를 분석하였다. 연구에서 사용된 가뭄 정의 및 임계값(SPI < -1), 폭염(연속기간 15일 동안의 상위 90^th percentile) 및 CDHW 정의(가뭄이 3개월 지속된 달에 폭염 발생한 경우)는 Perkins-Kirkpatrick and Lewis (2020)를 포함한 기존 연구에서 널리 사용되는 접근법을 적용하였다(Seneviratne et al., 2014; Marengo et al., 2025). 이는 동일한 방법을 사용한 결과가 선행연구와의 비교가능성을 높일 수 있고, 더 엄격한 임계값을 사용하는 경우 40년 기간의 시계열만을 사용하여 지역별로 CDHW발생 추세를 포착하는데 한계가 있다고 판단한 결과이다. 결과의 견고함을 확인하기 위하여 연구진은 더 높은 임계값인 SPI < -1.5, 폭염 95th percentile을 적용하여 분석하고, 시간적 공간적 패턴 모두 기존 결과와 유사한 특징을 보임을 확인하였다.

또한 유의수준을 90%로 설정하여 통계적 유의성의 기준을 상대적으로 완화(lenient)함으로써, 잠재적인 CDHW 위험 변화가 나타나는 지역을 보다 포괄적으로 파악하고자 하였다. 이를 통해 향후 복합재해 관련 정책 결정이나 추가적인 연구에 있어 더 많은 범위의 정보를 제공하고 연구 대상지역에 포함 시킬 수 있도록 하였다.

분석 결과, 이상고온 현상은 전 계절에 걸쳐 빈번하게 발생하고, 시간이 갈수록 더욱 강화되는 경향을 가지며 기상학적 가뭄은 여름에 뚜렷한 증가경향이 관측되었고 다른계절은 추세가 관찰되지 않았다. CDHW 발생 횟수는 전반적으로 증가하는 추세를 보였으며, 특히 여름철(JJA)에 전국적으로 통계적으로 유의미한 증가 경향이 뚜렷하게 나타났다. 이러한 여름철 증가는 여름철 강수량 감소와 폭염 빈도 증가가 동시에 진행된 결과로 해석된다. 지역별로는 한반도 남서부와 일부 내륙 지역(전북, 전남, 대구 등)에서 CDHW 발생 빈도가 상대적으로 높게 집계되었는데, 이는 봄철 강수 부족과 이른 더위가 겹치는 현상이 자주 발생되어 왔으며, 앞으로 그 현상이 더욱 강화될 것임을 암시한다.

또한 강원도 지역은 여름철 CDHW 발생 빈도가 다른 지역보다 높았으며, 이는 지형적인 영향으로 인한 국지적 가뭄 발생과 최근 여름철 기온 상승으로 인한 폭염 일수 증가가 복합적으로 작용한 결과로 해석된다. 강원 지역에서는 여름철 외에 봄철(MAM)과 겨울철(DJF)에도 CDHW 발생 증가 경향이 나타나, 이른 고온과 봄 가뭄, 그리고 겨울철 이례적인 강수 부족과 고온 현상이 복합적으로 작용했음을 시사한다.

흥미롭게도 가을철(SON) CDHW 발생은 한반도 북서쪽에서는 증가하는 추세를, 남동쪽 지역에서는 감소하는 이분법적인 공간적 경향성을 보였는데 이는 경남 해안지역의 가을 강수량 증가 경향을 발견한 기존 연구들에 부합하는 결과이다. 반면 남서부 지역의 봄철 CDHW 발생은 절대적인 발생량은 높지만, 뚜렷한 증가 추세를 보이지 않았는데, 이는 1980년대부터 이미 높은 발생 수준을 유지해왔기 때문으로 해석된다.

본 연구의 결과는 CDHW 발생은 그 계절적, 지역별 차이가 매우 뚜렷하며 추후 CDHW에 대한 리스크 평가 및 대책 수립에 있어 이를 세밀히 반영할 필요가 있음을 시사한다. 특히 봄, 여름철 폭염,가뭄 증가 및 이에 따른 CDHW의 전국적인 증가 추세, 그리고 내륙지방과 강원도 지역의 취약성은 향후 기후변화 적응 정책 수립 시 중요한 고려사항이 되어야 할 것으로 판단한다. 본 연구는 한반도에서 폭염과 가뭄이 복합적으로 발생하는 양상과 그 변화 추세를 정량적으로 제시함으로써, 기후변화로 인한 복합재해 위험에 대한 이해를 높이는 데 기여하였다. 이러한 연구 결과는 기후 리스크 평가 및 관리 전략 마련에 필수적인 정보를 제공하며, 특정 지역의 취약성을 고려한 맞춤형 재해 예방 및 대응 체계 구축의 필요성을 강조한다.