전 세계적으로 산불의 발생 및 이로 인한 피해가 증가하고 있다. CRED (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters)에서 제공하고 있는 전 세계 자연 및 사회재난 데이터 EM-DAT (Emergency Events Database)에 따르면, 1989년부터 1999년까지 발생한 주요 산불은 연평균 9회인 반면에 2000년 이후로는 연평균 12회로 증가되었으며 피해액의 경우에는 평균 약 42.59억 달러에서 약 1.3배 증가한 약 56.63억 달러로 증가되었다. 우리나라의 경우에도 산림청에서 제공하고 있는 산불통계 연보를 살펴보면(KFS, 2023), 2003년부터 2010년까지는 연평균 약 437건의 산불 발생하였다면 2010년 이후 2022년까지는 50건 증가된 연평균 약 487건이며, 산불 발생 건당 피해면적의 경우에는 약 3배 정도가 증가되었다(2003-2010: 1.5 ha/건, 2011-2022: 4.73 ha/건). 2023년 5월 17일 산림청에서 진행한 “23년 봄철 산불 현황분석 및 향후 대응전략 발표”를 보면, 2023년 봄철에 497건의 산불에 의해서 총 4,654 ha의 피해가 발생하였다(KFS, 2023). 이는 이미 앞서 언급한 2010년 이후에 발생한 평균 산불발생횟수를 넘었으며 건당 피해면적에 있어서도 약 2배 이상이다(9.97 ha/건). 이러한 산불 피해 증가에 대해 연구자들은 가뭄이 하나의 주요 원인으로서 작용한 것으로 보고 있다(Littell et al., 2016; Turco et al., 2017; Richardson et al., 2022).

산불의 발생과 확산에 영향을 주는 요소는 (1) 발화를 위한 연료의 존재여부, (2) 기상 조건, (3) 사회⋅경제적 조건(토지이용, 산불방지활동, 산불대책 등), (4) 지형학적 요소 등이 있다(Flannigan et al., 2009; Pereira et al., 2012; Gouveia et al., 2012). 이 중에서 가뭄은 직접적으로 첫 번째와 두 번째 산불 영향 요소에 영향을 미친다. 가뭄은 평균 이하의 강수량이 발생하여 물 공급이 부족한 시기를 의미하며, 인간의 건강, 재산 피해, 경제 붕괴, 환경의 저하를 일으키는 현상을 의미한다(UNISDR, 2009). 가뭄이 발생하게 되면 적은 강우량으로 인해서 식물들이 말라버리거나 고사되어 불에 잘 타는 상태가 되어 진다. 즉 산불이 발생하기 위해 필요한 연료가 많아지게 된다. 또한 가뭄 시에 강수량이 부족하기 때문에 해당 지역에 전체적으로 상대습도가 감소하여 산불이 발생하기에 유리한 조건이 형성되어진다. 우리나라의 경우에는 11월부터 5월까지가 산불특별대책 기간으로 지정되어 있는데 이는 몬순기후의 특성상 대륙성 기후의 특성을 가진 시베리아 기단의 영향을 받기 때문이다. 만약 해당 기간에 가뭄이 발생할 경우에 기상 조건은 평소보다 더 건조한 조건을 형성할 것이며, 해당 기간이 길어질수록 낙엽과 식물들이 건조해지며 더 많은 산불의 연료를 제공하게 될 것이다. 이러한 현상은 실제 2022년도 초에 발생한 산불에서도 확인할 수 있다. 2022년 3월에 강릉-동해안 산불이 발생하기 이전 1월부터 2월동안 총 9.6 mm의 강우량이 발생하였으며, 같은 달에 발생한 울진-삼척 산불의 경우에는 앞선 2달 동안 18.9 mm의 강우량이 발생하였다. 해당 산불들이 발생하기 이전에 극도로 적은 양의 강수량이 발생한 것을 볼 수 있다.

가뭄과 산불의 상관성에 관한 연구는 과거부터 진행이 되어졌다(Table 1). McArthur (1966)은 산불위험성을 산정하는 식에 가뭄과의 상관성을 고려하기 위해 가뭄인자(Drought Factor)를 추가하였다. Turner et al. (1994)은 미국의 옐로스톤 국립공원에서 발생한 산불의 발생횟수와 산불발생당시의 기후조건을 비교하여 가뭄 발생으로 인하여 감소한 강우량에 의해서 산불의 발생위험성이 증가되는 것을 확인하였다. Reinhard et al. (2005)은 스위스 남부지방인 티치노(Ticino) 지방의 32년 과거 기상관측자료를 활용하여 가뭄관련 기상인자와 산불 데이터를 비교하여 가뭄 발생의 증가가 산불 발생의 증가로 이어진 것을 보여주었다. Xiao and Zhuang (2007)은 캐나다 및 알래스카 지역에 대해서 팔머 가뭄지수(Palmer drought index)를 산정하고 이를 산불 데이터와 비교하여 산불위험기간에 발생한 가뭄이 산불 발생 및 규모에 상당한 영향력을 가지는 것을 확인하였다. Littell et al. (2016)은 북미지역을 대상으로 가뭄과 산불의 관계성과 가뭄이 산불의 특성들에 어떻게 영향을 주는 지를 분석하였다. Ruffault et al. (2018)은 지중해 지역을 대상으로 기후변화로 인해서 가뭄이 증가될 것으로 전망하였으며, 이로 인해서 산불을 발생시키기 위한 연료의 양이 크게 증가하게 되어 거대 산불의 발생 빈도 또한 증가할 것으로 전망하였다. Richardson et al. (2022)은 복합자연재난(Compound natural disaster)의 개념으로서 가뭄과 산불을 연결시켜 전 세계 산불 발생의 위험성을 평가하였다. Pokharel et al. (2023)은 기후모형을 통해서 네팔의 산불위험기간 동안의 가뭄 발생 빈도의 증가를 확인하였으며, 이러한 증가가 산불 발생에 영향을 주고 있는 것을 분석하였다. 국내에서는 Yoon and Won (2016)이 가뭄 지수인 표준강수지수(Standard Precipitation Index, SPI)와 전국 산불발생 데이터의 상관분석을 실시하였다. Park et al. (2020)은 우리나라의 겨울 가뭄과 봄 산불 발생빈도 간의 계절적 시차를 교차상관분석을 수행하여 확인하였다. Yoo et al. (2021)은 PLE–SEM (Partial Least Squares–Structural Equation Modeling)을 이용하여 강원도 지역의 산불 발생에 있어서 기상 및 가뭄이 얼마나 영향을 주고 있는지를 정량화하여 제시하였다. 대부분의 연구에서는 산정한 가뭄지수와 실제 발생한 산불 데이터를 기반으로 상관분석을 수행하여 가뭄과 산불의 상관성을 분석하였다. 그러나 실제 가뭄이 발생하였을 때 산불의 위험성이 얼마나 증가하였는가에 대한 정량적인 제시는 부재한 것을 확인할 수 있다. 이에 본 연구에서는 가뭄취약지도를 도식하기 위해서 활용하고 있는 가뭄 시나리오를 이용하여 가뭄발생 시에 산불의 위험성이 얼마나 증가하는 지를 정량적으로 제시하고자 한다. 연구 대상지역으로는 2022년 많은 산불 피해가 발생한 경상북도 지역으로 선정하였다. 가뭄시나리오를 산정하기 위해 이변량 빈도 분석 및 Hidden Markov 모형을 이용하였으며, 산불의 위험성을 평가하기 위해서 캐나다의 산불위험 평가시스템(Canadian Forest Fire Danger Rating System, CFFDRS)에서 활용하고 있는 산불 기상지수(Fire Weather Index, FWI)를 활용하였다. 정의된 가뭄 시나리오에서 도출된 기상자료를 기반으로 산정된 DFWI (Drought Fire Weather Index)와 대상지역의 평균기상자료를 기반으로 산정된 AFWI (Averaged Fire Weather Index)를 비교하여 가뭄에 의해서 얼마나 산불 위험성이 증가하였는지를 산정하였다.

본 연구에서는 대구광역시와 경상북도(울릉도 제외)를 연구 대상 지역으로 선정하였다. 대상지역의 산림지역을 확인하기 위해서 환경부에서 운영하는 환경공간정보서비스에서 얻은 대분류 토지피복도 자료를 활용하였다(Fig. 3). 대분류 토지피복도는 30 m × 30 m 해상도로 토지피복을 7가지(시가화⋅건조지역, 농업지역, 산림지역, 초지, 습지(수변식생), 나지, 수역)로 구분하여 나타내고 있다. Fig. 3을 보게 되면 다른 지역에 비해서 압도적으로 산림지역이 넓게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이러한 토지피복의 특징을 가진 경상북도의 산불 관련 통계치를 살펴보면, 2013년부터 2022년까지 총 832회의 산불이 발생하였으며 이로 인해서 총 20,530 ha의 면적이 산불로 인해서 피해를 받았다. 특히 2022년에 111회로 전국에서 두 번째로 많이 발생하였으며, 피해면적에 있어서는 17,402.93 ha로 압도적으로 가장 많은 피해면적이 발생하였다. 환경부에서 운영하는 국가가뭄정보포털을 통해 대상지역의 가뭄 사례를 살펴본 결과, 2015년, 2021년, 2022년에 가뭄이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 특히 산불 피해가 크게 발생한 2022년의 경우에는 1월부터 7월까지 가뭄의 영향으로 인해 제한급수 및 운반급수로 인해서 물 사용에 문제가 발생하였으며, 경상북도에 위치한 다목적⋅용수댐에 가뭄단계가 발령이 되었다. 이를 통해 2022년에 경상북도에서 발생한 큰 산불 피해들이 가뭄의 영향을 받을 것을 확인할 수 있다. 따라서 경상북도 지역에 대해서 가뭄으로 인해서 산불의 위험성이 얼마나 증가되는지에 관한 분석이 필요하다.

FWI를 산정하기 위해서 필요한 기상자료인 일단위 평균온도, 상대습도, 강우량, 풍속을 수집하기 위해서, 기상청에서 운영하는 기상정보포털에서 제공하고 있는 자료들 중에서 종관기상관측소(Automated Surface Observing System, ASOS)의 자료를 활용하였다. 총 14개의 ASOS 관측소 (울진(130), 안동(136), 상주(137), 포항(138), 대구(143), 봉화(271), 영주(272), 문경(273), 청송군(276), 영덕(277), 의성(278), 구미(279), 영천(281), 경주(283))에 대해서 1988년 1월 1일부터 2022년 12월 31일까지 총 12,784일의 데이터를 구축하였다. 단 상주(137)는 2002년 1월 1일, 경주(283)는 2010년 8월 1일, 청송군(276)은 2010년 9월 1일부터 자료를 제공하고 있기 때문에 해당 날짜부터 2022년 12월 31일까지 자료를 구축하였다.

전 세계적으로 산불의 발생이 증가하고 있다. 이러한 산불 발생에 있어서 가뭄이 중요한 영향 요소로서 작용하고 있지만 관련 연구들은 가뭄과 산불의 관계성을 분석하는데 머물러 있다. 이에 본 연구에서는 가뭄이 산불위험성 증가에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위해서 가뭄시나리오를 정의하고 이를 기반으로 산불위험성을 나타내는 FWI를 산정하였다. 2022년 산불 피해가 많이 발생한 경상북도 지역을 대상으로 해당 지역의 평균적인 가뭄 발생빈도인 30년 빈도에 해당하는 가뭄시나리오를 산정하였다. DFWI와 AFWI를 비교한 결과, 가뭄 시의 경상북도의 산불 위험성이 약 1.6배 증가하였다. 이를 통해 본 연구에서는 가뭄 시 산불의 위험성을 얼마나 증가되는 지를 정량적으로 확인할 수 있었다.

하지만 본 연구에서 가뭄 시 산불위험성을 분석하는데 있어서 다음과 같은 한계점들을 가지고 있다. 첫 번째로 본 연구에서 사용한 FWI에 경우 국내의 산불발생위험성을 나타내는데 있어서는 유효하나, 산불의 피해면적에 대한 위험성을 나타내는 데에는 한계점을 보여주었다. 산불에 있어서 발생위험성도 중요하나 과연 산불이 발생할 경우에 얼마만큼의 피해를 발생시킬지에 대한 위험성을 나타내는 것 또한 필요하다. 따라서 국내의 산불발생에 의한 피해의 위험성을 제대로 나타낼 수 있는 다른 산불위험지수의 적용이 필요할 것으로 판단된다. 이를 위해서 추후연구에서는 해외기관들에서 사용하고 있는 산불위험성지수들에 대한 국내 적용성 평가를 수행하여 국내에 맞는 산불위험성지수 사용하고자 한다. 두 번째로, FWI를 산정하기 위해서 필요한 상대습도에 대해서 본 연구에서는 강우와 온도를 독립변수로 활용하는 회귀식을 사용하였다. 개발한 회귀식에 대해서 가뭄시나리오 및 일반시나리오에 의해서 산정된 각각의 강수량과 관측자료를 기반으로 산정한 각 일별 평균 온도자료를 입력하여 상대습도를 산정하였다. 즉 각 시나리오에 대한 상대습도를 산정하는데 있어서 온도자료는 동일한 값을 활용하였기 때문에 강우량에 의해서 상대습도가 결정된 것이다. 하지만 실제 상대습도는 강우량 외에도 여러 기상인자의 영향을 받아서 형성되기 때문에 이를 반영한 새로운 상대습도 방법론 개발이 필요하다. 이에 있어서 최근 인공지능기반의 머신러닝 혹은 딥러닝 기반의 방법론들이 활용되고 있다. 따라서 추후 연구에서 각 시나리오의 상황을 더 반영할 수 있도록 여러 기상 인자를 기반으로 하는 인공지능기반의 상대습도 산정 방법론을 개발하고자 한다.

본 연구를 통해서 가뭄이 산불의 위험성을 얼마나 증대 시키는 지를 파악할 수 있었다. 다음 단계로는 가뭄이 어떤 요소들을 통해서 산불위험성을 증가시키는지와 각 요소들이 각각 얼마나 산불위험성을 증가시키는지에 대한 연구가 진행되어야 한다. 이러한 연구들이 진행된다면 가뭄이 산불에 미치는 영향요소들을 파악하고, 이에 대한 대책을 수립함으로서 가뭄에 의한 산불위험성 증가를 막을 수 있는 대책을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.