Integrated Crop Drought Index (ICDI): A Novel Multi-Scalar Index for Drought Assessment in the US Corn Belt

Abstract

미국 콘 벨트 (Corn Belt)의 지속적이고 장기적인 가뭄 모니터링은 식량 안보와 경제에 중요하다. 이 지역은 미국 옥수수의 약 90%를 생산하는 농업 지역이다. 많은 국가들은 옥수수 공급을 위해 세계 옥수수 생산량(2019-2020년)의 약 31%를 차지하는 미국에 의존하고 있다. SPI (standardized precipitation index), SPEI (standardized precipitation evapotranspiration index), PDSI (Palmer drought severity index), SWDI (soil water deficit index), NDVI (normalized difference vegetation index), VHI (vegetation health index), VegDRI (vegetation drought response index), SDCI (scaled drought condition index) 를 포함한 다양한 가뭄 지수들이 가뭄 모니터링에 활용되어 왔다. 이 지수들은 기상 및 농업 가뭄의 측면을 나타내기 위해 강우 (rainfall), 지표면 온도 (land surface temperature, LST), 잠재 증발산 (potential evapotranspiration, PET), 토양수분 (soil moisture, SM), 식생지수 (vegetation index)와 같은 요인들을 사용한다. 그러나, 작물 생장과 관련된 지표면의 건조/습윤을 보다 잘 설명하기 위해서는 이 5가지 인자들을 결합할 필요가 있다. 따라서, 본 연구는 지표면의 건조/습윤 상태와 작물의 생장 측면을 잘 정량화하기 위해 기상인자 (rainfall, LST), 수문인자 (PET, SM), 강화 식생지수 (enhanced vegetation index, EVI)를 결합하여 미국 콘 벨트에 적합한 통합 작물 가뭄지수 (integrated crop drought index, ICDI)를 개발하는 것을 목적으로 한다. 사례 연구는 미국 콘 벨트의 핵심 지역인 일리노이, 아이오와, 인디애나 주를 대상으로 하였으며, 2004-2019년 카운티 스케일의 가뭄 정량화 및 특성 분석을 수행하였다. 본 연구에서 개발하는 ICDI와 유사한 성격을 가지는 SDCI, VegDRI와의 비교 분석을 통해 성능을 평가하였다. ICDI는 지표면의 건조 및 습윤 경향과 가뭄에 의한 작물 피해량을 적절하게 묘사하였으며, 2004-2019년 6월~8월의 주요 옥수수 생장기 동안 SDCI 및 VegDRI보다 옥수수 수확량과 더 높은 양의 상관관계를 보였다. 이는 ICDI가 지표면의 건조/습윤, 작물 생장 및 수확량 측면에서 가뭄 상태를 잘 반영한다는 것을 의미한다. ICDI는 미국 옥수수 벨트의 가뭄 평가를 위한 실행 가능한 옵션이 될 것으로 기대된다.