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한국농림기상학회> 한국농림기상학회지> 논문 : 산불확산에 영향을 미치는 생태학적 요소들간의 민감도 분석; 시뮬레이션 연구

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논문 : 산불확산에 영향을 미치는 생태학적 요소들간의 민감도 분석; 시뮬레이션 연구

Research Articles : Sensitivity Analysis on Ecological Factors Affecting Forest Fire Spreading: Simulation Study

송학수 ( Hark Soo Song ) , 이상희 ( Sang Hee Lee )
  • : 한국농림기상학회
  • : 한국농림기상학회지 15권3호
  • : 연속간행물
  • : 2013년 09월
  • : 178-185(8pages)
피인용수 : 27건

(자료제공: 네이버학술정보)

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산불은 대표적인 산림생태계의 재해 중 하나로 최근, 우리나라에서도 빈번하게 발생하고 있으며, 일반적으로 광범위한 지역에 빠른 속도로 확산되는 특징을 가지고 있다. 바람 및 나무의 종류, 다양한 지형 요소들이 산불 발생 시 급진적 확산에 영향을 주는 요소들이다. 산불의 빠른 확산은 생태계 교란 및 재산 피해, 인명 피해 등을 야기 시킨다. 이러한 이유로, 최근 산불에 관련된 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 바람 요인이 고려된 산불 패턴 가상 시뮬레이션 단순 모델을 제안하였고, 셀룰라오토마타(Cellular Automata)의 격자 기반으로 구성 되었다. 모델의 시뮬레이션을 통하여, 바람의 세기 변화, 주어진 공간에 분포해 있는 나무 전체의 밀도, 그리고, 나무들 가운데 가연성이 높은 나무의 밀도가 산불확산에 미치는 영향을 조사하였다. 민감도 분석 결과, 전체 나무 밀도가 세 가지 요소 중 산불확산에 가장 민감하게 기여하였으며, 그 다음으로는 바람의 영향, 마지막으로 가연성이 높은 나무의 밀도 순으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 산불확산 시뮬레이션 모델 및 분석 결과는 실제 산불 확산 및 억제 전략 수립에 활용되어 질 수 있을 것으로 여겨지며, 아울러 좀 더 현실적인 생태학적 요소들을 모델에 고려함으로써 산불확산 예측 연구에도 이용되어 질 수 있을 것으로 판단된다.
Forest fires are expected to increase in severity and frequency under global climate change and thus better understanding of fire dynamics is critical for mitigation and adaptation. Researchers with different background, such as ecologists, physicists, and mathematical biologists, have developed various simulation models to reproduce forest fire spread dynamics. However, these models have limitations in the fire spreading because of the complicated factors such as fuel types, wind, and moisture. In this study, we suggested a simple model considering the wind effect and two different fuel types. The two fuels correspond to susceptible tree and resistant tree with different probabilities of transferring fire. The trees were randomly distributed in simulation space with a density ranging from 0.0 (low) to 1.0 (high). The susceptible tree had higher value of the probability than the resistant tree. Based on the number of burnt trees, we then carried out the sensitivity analysis to quantify how the forest fire patterns are affected by wind and tree density. The statistical analysis showed that the total tree density had greatest effect on the forest fire spreading and wind had the next greatest effect. The density of the susceptible tree was relatively lower factor affecting the forest fire. We believe that our model can be a useful tool to explore forest fire spreading patterns.

UCI(KEPA)

I410-ECN-0102-2014-500-002004242

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  • : 농학분야  > 기타(농학)
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1논문 : 기후변화에 따른 생태권역별,임상별 산림 바이오매스 변화량 예측

저자 : 신진영 ( Jin Young Shin ) , 원명수 ( Myoung Soo Won ) , 김경하 ( Kyong Ha Kim ) , 신만용 ( Man Yong Shin )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 119-129 (11 pages)

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본 연구는 수치산림입지도, 수치기후도, 제5차 국가산림자원조사 등의 누적된 자료와 다양한 통계모형을 이용하여 기후변화에 따른 생태권역별·임상별 산림바이오매스 변화를 예측하였다. 그 결과 시간 경과에 따른 산림 바이오매스 변화량은 생태권역별·임상별로서로 다른 패턴을 보였다. 산악권역, 남동산야권역, 남서산야권역에서는 시간이 경과함에 따라 모든 임상에서 산림 바이오매스가 감소하는 것으로 예측되었다. 반면에 중부산야권역의 침엽수림과 혼효림은 기후변화의 영향으로 바이오매스가 증가하는 것으로 분석되었다. 또한 해안도서권역에서는 침엽수림을 제외한 임상에서 산림 바이오매스가 증가하는 것으로 추정되었다. 본 연구는 기후변화 시나리오에 따른 지위지수 추정치변화에 근거하여 산림 바이오매스 변화량을 산출함으로써 기후변화에 따른 산림재해 변화 패턴을 예측할 수 있는 정보를 마련하였다. 본 연구의 결과는 산림재해 대응전략 수립에 필요한 정보로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

2논문 : 도심지역 고온현상이 사과나무 생육과정에 미치는 영향; 대구광역시 "후지" /M.9을 사례로

저자 : 사공동훈 ( Dong Hoon Sagong ) , 권헌중 ( Hun Joong Kweon ) , 박무용 ( Moo Yong Park ) , 송양익 ( Yang Yik Song ) , 류수현 ( Su Hyun Ryu ) , 김목종 ( Mok Jong Kim ) , 최경희 ( Kyung Hee Choi ) , 윤태명 ( Tae Myung Yoon )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 130-144 (15 pages)

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본 시험은 도심지역의 고온이 사과나무의 생리적 반응에 미치는 영향을 구명하고자, 도심지역인 대구와 전원지역인 군위에 재식된 '후지'/M.9 사과나무의 광합성, 신초생장, 과실품질을 2년(2009-2010년) 동안 조사하였다. 사과 생육기(4-10월) 동안 대구의 평균기 온은 군위보다 3.0oC 정도 높았고, 사과 생육기 동안의 총 강수량은 대구가 군위보다 100mm 정도 많았다. 과실 비대기(6-8월) 동안 대구는 일 평균기온이 30oC를 넘은 날이 2010년은 10일 정도 있었으나 2009년에는 하루도 없었다. 대구의 과실 성숙기(9-10월) 동안 평균기온은 19.8oC로 군위보다 4.0oC 정도더 높았다. 과실 비대기의 30oC 이상의 고온은 '후지'/M.9 사과나무의 광합성속도, 신초생장, 과중 및 가용성 고형물 함량을 감소시켰다. 과실 성숙기의 20oC 정도의 온난한 기온은 광합성속도 및 가용성 고형물 함량을 증가시켰으나 착색을 감소시켰다. 지역별 비교에 있어서, 장마 전에는 대구의 광합성속도가 군위보다 낮았으나, 장마 이후로는 대구가 군위보다 높았다. 대구의 과중은 군위보다 컸으나, 대구의 일 최고기온이 35oC를 넘은 날이 많아질수록 대구와 군위의 과중차이는 없어졌다. 대구의 가용성 고형물 함량은 군위보다 높았으나 착색은 반대로 군위가 높았다. 결론적으로 지구온난화 및 도시화에 의해 '후지'/M.9 사과나무에서 가장 문제가 되는 부분은 착색불량이었다.

3논문 : CO2농도 및 온도 상승이 백합나무의 생리적 특성에 미치는 영향

저자 : 이하수 ( Ha Soo Lee ) , 이솔지 ( Sol Ji Lee ) , 이재천 ( Jae Cheon Lee ) , 김기우 ( Ki Woo Kim ) , 김판기 ( Pan Gi Kim )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 145-152 (8 pages)

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지구온난화와 같은 기후변화에 대한 백합나무의 생리적 적응반응을 구명하기 위해서, CO2 농도 및 기온상승이 백합나무의 생리특성에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 CO2 농도 및 기온 상승에 의하여 백합나무의 동화기관을 비롯한 모든 기관의 생장이 촉진되었다. 그러나 광합성능력과 관련된 광합성색소의 함량, 광화학계 및 탄소고정계의 활성 등은 일반 대기조건에서 생장한 개체와 유사한 값을 나타내, 광합성능력의 변화가 없었음이 시사되었다. CO2 농도 및 기온 상승에 의한 증산속도의 상승으로 광합성에 대한 수분이용효율이 저하하였다. 그러나 측근 생장이 촉진되어 뿌리에 대한 동화기관의 비율이 낮아지는 반응이 나타나 수분흡수능력이 높아졌음을 확인하였다. 또한 잎이 두꺼워지고 치밀해지는 형태적 변화가 나타나고, 수분손실에 대한 잎의 저항능력이 증대되었음이 확인되었다. 이러한 결과로 CO2 농도 및 기온 상승에 의하여 백합나무의 수분 스트레스에 대한 저항능력이 증대됨을 알 수 있다.

4논문 : 환경인자에 따른 소나무림의 생태적 지위에 관한 연구

저자 : 서동진 ( Dong Jin Seo ) , 오창영 ( Chang Young Oh ) , 우관수 ( Kwan Soo Woo ) , 이재천 ( Jae Cheon Lee )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 153-160 (8 pages)

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본 연구는 온대 남부, 중부, 북부지역의 소나무림을 대상으로 기상인자, 생육인자에 대해 생태적 지위폭(ecological niche breadth)을 분석하였으며, 향후 기후변화에 따른 소나무림 분포에 미치는 환경 인자를 규명하기 위해 수행하였다. 2010년 9월부터 10월까지 강릉, 정선, 평창, 함양, 봉황, 영양, 울진, 의성 보성9개 지역에 20×20m의 방형구를 설치하여 수고, 흉고 직경, 지하고, 수관폭, 흉고단면적을 생육인자로 이용하였으며, 기상인자는 최저기온, 평균기온, 최고기온, 습도, 강수량을 조사지역에서 가장 가까운 관측소의 측정값을 이용하였다. 5가지 기상인자에 대한 생태적지위폭은 습도를 제외한 기상인자에서 생태적 지위폭이 낮게 나타났으며, 기상변화에 따른 소나무의 분포역이 한정될 가능성이 높아지는 것으로 해석할 수 있다. 또한 강수량과 기온변화가 소나무림의 분포에 더큰 영향을 주는 것으로 판단되며, 특히 최고기온의 경우 대부분의 조사지역에서 0.4이하의 낮은 생태적 지위폭을 보였다. 하지만 5가지 생육인자에 대한 생태적 지위폭은 모든 조사지역에서 높게 나타났으며, 이는 소나무가 환경변화에 적응하여 분포역이 넓다는 것을 의미하는 것으로 기상인자와는 상반되는 결과를 보였다. 이러한 결과의 원인은 생육인자의 경우 과거 안정된 환경에 적응하여 지속적으로 생장하였기 때문에 생육 내성의 범위가 커 소나무의 생태적 지위폭이 넓게 나타났으며, 반대로 기상인자의 경우 지속적인 지구온난화의 결과로서 소나무가 생육하기 어려운 조건으로 변하기 때문으로 판단되며, 향후 기온상승으로 인한 소나무림의 분포지역의 감소가 지속적으로 이루어질 것으로 전망된다.

5논문 : 사면에서 지형분석을 통한 토양수분 시공간 회귀분석

저자 : 송태복 ( Tae Bok Song ) , 김상현 ( Sang Hyun Kim ) , 이연길 ( Yung Hil Lee ) , 정성원 ( Sung Won Jung )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 161-170 (10 pages)

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이 논문에서는 산지사면에서 나타나는 수문과정의 이해를 증진하기 위해서 관측된 토양수분의 분포와 거동을 수치지형분석을 통한 지형요소와의 상관관계를 연구하였다. 계절에 따른 강우 및 토양구조의 차이가 영향을 주는 사면 깊이 별 토양수분의 변동을 상관성분석을 통해 도출하였다. 경기도 파주시 설마천 유역에 위치하고 있는 사면에서 봄, 여름, 가을 등 각 3계절을 대상으로 4월, 7월, 10월 기간의 토양수분 시계열 관측 자료를 사용하여, 지표면과 기반암의 표고모형을 사용하여 다방향 흐름 알고리즘과 경사도, 곡률 등 18개 요소와의 상관관계를 분석하였다. 도출된 지형과 토양수분의 상관관계는 계절별로 강우의 양상과 토양 깊이에 따라 상이한 양상을 보여 주고 있다. 이러한 상관관계를 통해 사면에서 토양수분의 분포 및 흐름선을 예측하여 공간적인 분석을 도모하고, 토양수분의 거동을 가장 적합하게 모사하는 모형과 지형요소를 평가하고 도출할 수 있을 것이다.

6논문 : 기상청 동네예보의 영농활용도 증진을 위한 방안; 2. 강수량 분포 상세화

저자 : 김대준 ( Dae Jun Kim ) , 윤진일 ( Jin I Yun )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 171-177 (7 pages)

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본 연구는 기상청에서 제공하는 강수 실황 혹은 예보로부터 농업부문에서 활용 가능한 수준의 상세한 강수분포도를 제작하기 위한 방안으로서, 레이더 반사강도를 KLAPS 5km 강수자료에 적용하여 1km 격자해상도로 상세화 하는 1단계와, 고해상도 DEM에 근거한 지표면 경사방향(지향면)에 따라 고도-강수량 회귀계수를 달리하여 지형효과를 반영하는 2단계 등으로 이루어진 추정기법을 고안하였다. 이 기법의 현실세계적용방법 모색 및 신뢰도 평가를 위해 경상남도 하동군 악양면을 실험 집수역으로 설정하고 2013년 1월부터 5월까지 총 19사례의 강수에 대해 기상청으로부터 KLAPS 강수자료를 수집하였다. 1단계로는 강수일의 24시간 적산 레이더에코 자료를 이용하여 1km 해상도로 자료의 규모를 축소하였다. 2단계로는 1km 격자점의 값을 가상의 관측자료로 삼아 270m 해상도에서 PRISM 기반의 지형효과를 반영한 강수량 분포도를 생성하였다. 실험 집수역에 13대의 무인기상관측장비를 다양한 고도 및 지형조건에서 설치하고, 추정된 강수분포도로부터 13개 지점에 해당하는 격자점의 자료를 추출하여 실측값과 비교하였다. 일 강수량 10mm이상의 사례에서는 모든 관측지점에서 추정오차 감소효과가 인정되었으며, 특히 일강수량이 30mm 이상인 사례에서 평균 35% 이상의 오차감소효과를 확인하였다.

7논문 : 산불확산에 영향을 미치는 생태학적 요소들간의 민감도 분석; 시뮬레이션 연구

저자 : 송학수 ( Hark Soo Song ) , 이상희 ( Sang Hee Lee )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 178-185 (8 pages)

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산불은 대표적인 산림생태계의 재해 중 하나로 최근, 우리나라에서도 빈번하게 발생하고 있으며, 일반적으로 광범위한 지역에 빠른 속도로 확산되는 특징을 가지고 있다. 바람 및 나무의 종류, 다양한 지형 요소들이 산불 발생 시 급진적 확산에 영향을 주는 요소들이다. 산불의 빠른 확산은 생태계 교란 및 재산 피해, 인명 피해 등을 야기 시킨다. 이러한 이유로, 최근 산불에 관련된 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 바람 요인이 고려된 산불 패턴 가상 시뮬레이션 단순 모델을 제안하였고, 셀룰라오토마타(Cellular Automata)의 격자 기반으로 구성 되었다. 모델의 시뮬레이션을 통하여, 바람의 세기 변화, 주어진 공간에 분포해 있는 나무 전체의 밀도, 그리고, 나무들 가운데 가연성이 높은 나무의 밀도가 산불확산에 미치는 영향을 조사하였다. 민감도 분석 결과, 전체 나무 밀도가 세 가지 요소 중 산불확산에 가장 민감하게 기여하였으며, 그 다음으로는 바람의 영향, 마지막으로 가연성이 높은 나무의 밀도 순으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 산불확산 시뮬레이션 모델 및 분석 결과는 실제 산불 확산 및 억제 전략 수립에 활용되어 질 수 있을 것으로 여겨지며, 아울러 좀 더 현실적인 생태학적 요소들을 모델에 고려함으로써 산불확산 예측 연구에도 이용되어 질 수 있을 것으로 판단된다.

8논문 : 금산장기생태조사지 낙엽활엽수림내 토양이산화탄소 방출량의 연변동

저자 : 김춘식 ( Choon Sig Kim ) , 이임균 ( Im Kyun Lee ) , 임종환 ( Jong Hwan Lim ) , 박병배 ( Byung Bae Park ) , 천정화 ( Jung Hwa Chun )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 186-190 (5 pages)

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산림생태계 토양 호흡량은 지구탄소순환에 중요한 역할을 한다. 본 연구는 금산 장기생태 연구 조사지 낙엽활엽수림을 대상으로 4년 동안 토양 이산화탄소 방출량의 연 변동을 조사하였다. 금산 장기생태 연구 조사지 월별 토양 이산화탄소 방출량은 토양온도 변화와 밀접한 관계가 있었으며 토양수분함량과는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다(P > 0.05). 동절기(1월과 2월, 2007년의 경우 1월부터 3월)를 제외한 평균 토양 이산화탄소 방출량은 2008년 0.32 g CO2 m?2 h?1, 2009년0.40g CO2 m?2 h?1, 2007년 0.41g CO2 m?2 h?1, 2010년 0.54 g CO2 m?2 h?1 순이었으며, 2008년의 연 평균 토양온도는 12.0°C로 다른 연도의 토양 온도 13.0-13.5°C에 비해 유의적으로(P<0.05) 낮았다. 토양 이산화탄소 방출량과 토양 20cm 깊이의 토양온도는 지수함수 관계가 있었으며 (R2 = 0.31-0.75, P < 0.05), 토양수분함량은 토양 이산화탄소 방출량과 유의적인 관계가 없었다(P > 0.05). 본 연구 결과에 따르면 금산장기생태연구 조사지 토양 이산화탄소 방출량의 연 변동은 토양수분보다는 토양온도 변화와 관계가 있었다.

9논문 : 느티나무 산지별 개엽시기의 지리적 변이

저자 : 김인식 ( In Sik Kim ) , 한상억 ( Sang Urk Han ) , 이위영 ( Wi Young Lee ) , 나성준 ( Sung Joon Na )

발행기관 : 한국농림기상학회 간행물 : 한국농림기상학회지 15권 3호 발행 연도 : 2013 페이지 : pp. 191-200 (10 pages)

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본 연구는 느티나무 산지의 개엽 시기에 영향을 미치는 기후인자를 구명하기 위해 수행되었다. 이를 위해 2009년 국립산림과학원에서 조성한 강릉, 임실, 화성, 진주의 4개 산지시험림을 대상으로 개엽 시기를 조사하였다. 개엽시기 조사는 4~5월에 걸쳐 이루어졌으며 휴면 중이던 동아가 부풀어 오르면서 초록색이 처음 보이는 때를 개엽 개시일로 하였으며, 동아에서 잎이 나와 완전히 신장하여 펴진 시점을 개엽 완료일로 하였다. 분산분석을 실시한 결과, 개엽 개시일과 개엽 완료일 모두 조림지 간, 산지 간 그리고 조림지와 산지 간 상호작용에서 통계적으로 유의한 차이가 인정되었다. 개엽 시기에 영향을 미치는 조림지의 기후인자를 구명하기 위해 상관분석을 실시한 결과, 3~10월의 평균기온 또는 최고기온이 높고, 3~10월 또는 6~10월의 평균습도가 낮은 조림지에서 개엽이 빨리 이루어지는 것으로 나타났다. 조림지와 산지 간 기후인자의 차이가 개엽 시기에 미치는 영향을 구명하고 자 기후인자에 대한 생태적 거리(=조림지-산지)를 구하여 공준상관 분석을 실시한 결과, 3~10월 최고기온, 연평균 최고기온, 3~10월 평균기온, 7~8월 최고기온, 6~10월 평균습도의 차이가 주요 인자로 나타났다. 결론적으로 느티나무는 조림지 보다 생육기의 평균 기온이 낮은 곳에서 온 산지가 개엽이 빨리 시작되는 경향으로 전형적인 북-남 또는 저온-고온 경사변이를 나타내느티나무 산지에 따른 지리적 변이가 존재함을 확인할 수 있었다. 마지막으로 이러한 연구결과를 느티나무 육종에 활용하기 위한 방안에 대해 고찰하였다.

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