기후변화 시나리오를 고려한 토지이용예측 모델 개발

Title
기후변화 시나리오를 고려한 토지이용예측 모델 개발
Authors
한혜진
Issue Date
2011-12-31
Publisher
한국환경정책·평가연구원
Series/Report No.
연구보고서 : 2011-05
Page
138p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/19794
Language
한국어
Abstract
Climate and land-use change are major components of global environment change with feedbacks between these components. Since these interactions may exacerbate or alleviate impacts of climate change on people and the environment, understanding the dynamics of both climate and land use/land cover changes are critical for climate change adaptation planning and policy analyses. Although many climate studies have developed a range of climate scenarios for South Korea based on widely used IPCC SRES greenhouse gas emission storylines, there is no study on the development of future land-use/land cover scenarios which is logically consistent with IPCC SRES climate scenarios. This gap is a critical barrier to conducting effective integrated assessments of climate change impacts on natural and managed ecosystems. This study developed local level- three scenarios of future land use/land cover for the Kyoung-An River basin and its vicinity, South Korea at 30 meter resolution based on two scenario families of IPCC SRES: A2 and B1, as well as the status quo (baseline) scenario. This study utilized the SLEUTH model, which is comprised of the cellular automata- based on the Urban Growth Model and the Land Cover Deltatron Model to quantitatively construct future land-use scenarios. In addition, the IPCC SRES A2 and B1 regional GHG emission scenarios were used as the meta-narrative to define future local development patterns and associated land-use changes. The results of the modeling successfully demonstrate the possible land-use/land cover change scenarios from 2020 to 2100 by examining the broad narrative of each SRES scenario within the context of local setting, such as the Kyoung-Ahn River Basin, constructing narratives of local development shifts, and modeling a set of 'best guess' approximations of what future land-use conditions in the study sites may be like. This study found significant differences in patterns of land-use changes among scenarios, indicating that compact development patterns under the SRES B1 can alleviate climate change effects on people and the environment in comparison to the rapid and disperse development under the SRES A2. This study can be a substantial first step toward effective integrated assessment of climate change.


기후변화와 토지이용변화는 환경 변화에 영향을 주는 대표적인 인자들이며, 토지피복 및 토지이용의 변화가 기후변화의 영향을 증폭시키거나 완화시키기 때문에, 토지이용 및 피복 변화의 고려 없이는 신뢰성 있는 기후변화 평가를 수행할 수 없다. 그러므로 IPCC SRES 시나리오와 일관성 있는 고해상도의 토지이용 및 피복 변화를 전망함으로써, 기후인자(climatic factor)의 변화에 의한 영향뿐만 아니라 비기후적 인자(non-climatic factor), 특별히 토지이용 및 피복 변화가 미치는 영향, 또한 이 두 인자 간의 쌍방향 상호작용(two-way feedback)에 의한 복합 영향도 함께 평가할 수 있다. 이를 위해서, 본 연구는 토지이용모델인 SLEUTH 모델와 IPCC SRES A2 및 SRES B1 시나리오, 현 상태 유지의 시나리오에 대해, 2010년부터 2100년까지 경안천 유역을 포함하는 경기도 연구대상지역에 대해 고해상도(30m×30m) 토지이용변화 전망 모의를 수행하였다. 그 결과, 현 상태 유지 시나리오 경우에는 2000년에 8.4%였던 도시지역이 2020년에 15.2% 만큼 성장하여 2000년 대비 81% 성장하는 것으로 수렴하였고, 농지의 경우는 23.3%에서 계속 감소하여 2020년에 16.6 %까지 감소하는 경향을 보여주었다. 그 반면에 산지는 2010년 55.9 %에서 조금 증가하여 2020년에 61.6%에 수렴하는 전망을 보였다. 경제발전 중심의 SRES A2 사회의 경우 폭발적 인구 증가에 의해서 도시의 경우도 2000년에 8.4%에서 2100년에 42.3%로 거의 5배 성장하는 것으로 전망되었고, 그 반대급부로 농지는 2000년에 23.3%에서 1% 이하로 거의 대부분의 농지가 도시로 변화하는 것으로 전망되었다. 산지의 경우에는 초기에는 66.7%에서 2050년까지는 꾸준히 증가하다가, 2050년 도시의 폭발적인 성장으로 인해 2100년에는 55.3%까지 도시화되는 경향을 보여주었다. 그러나 환경관리 중심의 SRES B1의 경우 도시는 2000년에 8.4%에서 2060년까지 19.4%까지 2배 성장을 보여주고 수렴하고, 환경을 중시하고 산림의 기능을 누리고자 하는 B1의 사회에서는 산지는 2000년 55.9%에서 70.2%까지 꾸준한 성장을 보여주었다. 농지는 도시의 성장에 따라 2000년의 23.3%에서 2070년에 7.5%로 꾸준히 감소하여 수렴하는 경향을 보여주었다. 또한 토지이용변화 유형도 시나리오별로 다른 결과를 보여준다. 예를 들어, 현 상태 유지와 SRES B1 사회는 기존 도시에서 가까이 압축성장을 하고, 특히 중규모 도시들이 집적되어서 성장하는 유형을 보여준다. 반면에 SRES A2의 사회의 경우는 소규모지역 마을이 기존 도시에서 떨어져서 분산성장하는 유형을 보여주고 있다. 이와 같이 본 연구에서는 국내 최초로 기후변화 시나리오, 즉 정성적이고 서술적인 미래 발전 스토리 라인 SRES를 사용하여, 고해상도의 지방 수준에서 도시성장 및 토지피복 변화 미래 전망에 관한 정량적이고 시각적(visual)인 시나리오를 생산하였다. 그리고 세 가지 각기 다른 미래 사회 경제 시나리오, 즉, 현재 상태 유지, SRES A2 및 B1에 따라 매우 상이한 미래 도시성장량 및 토지피복 패턴을 보여준다는 결과를 얻었다. 이러한 다양한 토지이용의 변화는 종국으로는 인간 및 자연 생태계 말단(end point)의 질(quality)과 양(quantity)에 매우 큰 영향을 미칠 수 있으며, 특히 기후변화의 영향을 받았을 때 그 영향의 정도가 악화 또는 완화될 수 있기 때문에, 본 연구는 미래 토지이용 및 피복 변화를 주요 기후변화 적응, 환경 및 토지이용 계획 관련 중장기 정책 개발 시 반드시 고려해야 한다는 정책적 시사점을 제시하고 있다. 특히, 수자원 보호 및 생태계 복원에 관한 수질 규제나 공중 보건 및 위생을 위한 중장기 대기질 정책, 해수면 상승과 같은 기후변화 영향에 대응하기 위한 기후변화 적응 정책, 마지막으로 기후변화에 따른 자연재해에 선제적으로 대응하기 위해 광역도시계획, 도시기본계획, 도시관리계획 등을 수립할 때 본 연구의 결과를 활용할 수 있다. 본 연구에서는 IPCC 4차 보고서 체계의 2개의 마커 시나리오를 사용하여 연구를 진행하였지만, 본 연구와 같은, 혹은 조금 개선된 연구 방법 체계를 사용하여 더욱 다양한 사회경제 시나리오 및 정책 도입에 대한 미래 토지이용 변화 시나리오를 정량적으로 생산할 수 있다. 이는 좀 더 다양한 사회경제 발전 시나리오 및 탄소 저감 정책 등을 사용하여 기후변화 연구를 실행해야 하는 2013년 IPCC 5차 평가 보고서 체계에서 본 연구의 활용도가 더욱 높아질 수 있음을 시사한다. 새로운 사회·경제 시나리오 및 기후 정책 도입이 탄소 순환 체계 및 온실 가스 인벤토리에 미칠 영향을 정량적으로 분석하기 위해서, 이들 시나리오의 정성적인 특징을 정량적으로 반영한 고해상도의 토지이용변화 시나리오가 필수적으로 요구되기 때문이다. 더 나아가 향후 정책 및 사회경제 발전 경로에 따른 토지이용 및 피복 변화와 그 변화로 인한 기후 및 기상 변화의 쌍방향 상호 작용을 정량적으로 분석하는 연구도 필요할 것이다.

Table Of Contents

제1장 · 서 론
1. 연구의 배경 및 목적
2. 연구의 범위와 방법
가. 연구의 범위
나. 연구의 방법
다. 주요 연구내용

제2장 · IPCC SRES 시나리오와 토지이용변화
1. IPCC 4차 평가보고서 체계의 미래전망: SRES 스토리라인
가. A1 시나리오
나. A2 시나리오
다. B1 시나리오
라. B2 시나리오
2. SRES 시나리오를 사용한 미래 토지이용변화 정량화 사례
가. 토지이용변화 전망 방법론
나. 전 지구 수준의 토지이용변화 전망 사례
다. 지방 수준의 토지이용변화 전망 연구 사례

제3장 · SLEUTH 토지모델
1. 모델 개요
2. 모델의 구성
가. 초기상태 및 입력 자료
나. 도시성장 모델의 성장법칙
다. 도시성장 모델의 성장계수
라. 자가변경(Self-modification)
마. 델타트론 모델

제4장 · SLEUTH 모델 구축
1. 연구대상지역 특성 및 현황
가. 연구대상지 선택 이유
나. 공간 범위 및 행정구역 현황
다. 인구현황
2. 연구방법
가. 모델 SLEUTH3-R
나. 입력자료
다. 모델 보정과 검증
3. 보정 및 검증 결과
가. 시나리오별 최적 계수
나. 시나리오별 보정 통계량 결과
다. 시나리오별 성장 계수의 변화(Coefficient Behavior)
라. 모델의 검증(validation) 결과

제5장 · 미래 토지이용변화 전망
1. 미래 토지이용변화 전망 필수요소
2. 미래 토지이용변화 전망 절차
가. 단계1: 시나리오별 토지이용변화 결정인자 상세화 및 지역화
나. 단계2: 상세화 및 지역화된 토지이용변화 결정인자 서술 시나리오 정량화
3. 시나리오별 토지이용변화 전망 결과
가. 시나리오별 토지이용변화 전망 결과
나. 기존 연구의 결과와 비교
4. 연구의 한계점 및 정책 · 학문적 시사점
가. 연구의 한계점
나. 정책적 시사점 및 활용도

제6장 · 결론 및 후속 연구 발전 방향

참고 문헌

Abstract

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