기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 인과 기반 가뭄 전파 분석

Causality-based drought propagation analysis from meteorological to hydrological drought

많은 연구에서 가뭄 전파를 살펴볼 때 선형 상관관계를 적용하는 것에 관한 신뢰성 문제를 제기하고 있다. 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 전파의 본질은 강수량과 유출량 사이의 인과관계이다. 수문 분야에서 인과관계 분석은 모형화 분야에서는 급성장하고 있지만, 관측자료를 이용하는 경우는 아직 드물다. 본 연구에서는 순수하게 관측자료를 기반으로 CCM(Convergent Cross Mapping) 기법을 사용하여 가뭄 전파에 대한 새로운 관점(즉, 인과관계)을 제공하는 것이 목적이다. 한반도 남동부에 있는 합천댐 유역의 표준화 강수 지수와 표준화 하천 유량 지수 사이의 인과적 영향이 1989~2023년의 관측자료를 이용하여 분석된다. 또한 댐 유입량과 댐 방류량으로부터 계산된 표준화 하천 유량 지수를 이용하여, 기상학적 가뭄에서 수문학적 가뭄으로의 전파가 댐에 의해 어떻게 영향을 받았는지를 살펴본다. 기존 연구 결과와 비교하여 가뭄 전파 연구에서 인과관계 분석을 적용하는 것이 선형 상관관계 분석을 적용하는 것과 어떤 차이가 있는지를 보여준다.

Many researchers have raised reliability concerns about applying linear correlations when looking at drought propagation. The essence of propagation from meteorological to hydrological drought is the causal relationship between precipitation and runoff. Causal analysis in hydrology is a burgeoning area of modeling, but it is still rarely done using observational data. This study aims to provide a new perspective on drought propagation (i.e., causality) using a convergent cross mapping (CCM) technique based purely on observations. The causal influence between the standardized precipitation index and the standardized stream flow index in the Hapcheon Dam basin in the southeastern part of the Korean Peninsula is analyzed using observations from 1989 to 2023. Using the standardized streamflow index calculated from dam inflow and dam discharge, this study examines how the transmission of meteorological drought to hydrological drought was affected by the dam. Compared to the results of existing studies, this paper shows how applying causal analysis in drought propagation studies differs from applying linear correlation analysis.