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제안 방법
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5. Monthly standard deviation of the significant wave heights calculated using WW3 model in (a) 2002, (b) 2003, (c) 2004 and (d) 2005.
2002년부터 2005년까지의 유의파고의 공간적 특성을 알아보기 위하여 4년간의 유의파고를 월별로 평균하여 표준편차를 알아보았다
. Fig. - 4년간(2002∼2005년)의 장기간의 관측 및 모델 자료 비교를 통해 매년 유의파고의 양상을 파악하였다. 2002년에서 2005년 동안의 WW3에 의한 유의파고 계산자료와 부이에서 관측된 자료와의 평균 0.
- 1에는 본 연구에서 사용된 총 5개의 해양기상관측부이의 위치를 나타내었다. 관측부이는 풍향, 풍속, 기압, 기온, 상대습도, 수온, 파고 (최대, 유의), 파향, 파주기등을 관측하며 매일 1시간 간격으로 실시간 자료를 수집 한다. 관측 부이의 자세한 정보는 Table.
- 본 연구에서 사용된 모델은 장 등 (2003)과 서와 장(2003)이 사용했던 모델과 동일한 것으로 모델 영역은 북서 태평양을 포함하는 경도 115°E-145°E, 위도 20°N50°N 영역이며 해상도는 위, 경도 동일하게 1/2° 로 설정이 되어있다. 모델 수행은 기상청 슈퍼컴을 통해서 하루에 2회씩 00 UTC 와 12 UTC 에 수행되어 해상풍 및 파랑인자 값을 산출한다. 모델 계산 시간간격은 전역 시간간격 (Global time step)은 900 초이며, 최소 시간간격 (minimum time step)은 300 초로 설정되어 있다.
- 현재 해양에서의 파랑 발생 모사는 파고, 파장, 파주기 및 파향 등의 여러 파랑 인자들에 대한 스펙트럼 분석 방법에 기반을 둔 파랑모델이 사용된다. 본 연구에서는 성분파 상호간의 비선형 에너지 전달항을 명시적으로 계산하며 시·공간적으로 변화하는 해상풍 및 해류, 조류의 효과와 에너지 소산, 해저면과의 상호작용에 의한 분산 작용까지 고려하고 있는 제 3 세대 파랑 모델 (WAVEWATCH-III (WW3), Tolman, 1999)의 파랑 예측 시스템을 구성하였고 우리나라 연안에 대한 검증을 실시하였다. 우리나라의 연안과 동중국해를 포함한 북서태평양의 파랑모델에 대한 연구는 Hwang 등 (1999)을 통해 동중국해 해역의 NCEP 6시간 예측 자료를 이용하여 Wave Model (WAM) 모델결과를 TOPEX/POSEIDON 위성자료와 검증한 연구가 있으며, 장 등 (2003)과 서와 장 (2003)에 의해 본 연구와 동일한 WW3 모델을 이용하여 2002년의 파랑 분포 특성을 해양기상 부이와 위성자료를 이용하여 검증하였다.
- 본 연구에서는 한반도 주변 해역의 파랑 특성을 분석하기 위해 WW3 모델을 이용하여 2002년부터 2005년까지의 모델 결과와 기상청에서 운영하고 있는 해양 기상 부이 관측결과와 비교검증을 연도별로 실시하였고 월별의 파랑 특성을 분석하였다 또한 파랑모델의 입력 자료로 사용되는 기상청의 현업 예보용 모델인 RDAPS (Regional Data Assimilation and Prediction System)의 해상풍 계산 결과 또한 부이자료와 비교 검증하였다.
- 연도별 유의파고의 양상을 알아보기 위하여 태풍의 영향이 제일 큰 6, 7, 8, 9월의 유의파고의 표준편차를 연도별로 나타내었다. Fig.
- 유의 파고와 해상풍 풍속의 월변동을 알아보기 위하여 각 부이지점별로 4년간의 유의파고를 월별로 구분하여 통계분석을 실시하였다. Table 3과 4에서는 월별로 부이관측 유의파고와 해상풍 풍속의 모델 비교 결과를 정리하여 나타내었다.
- 유의 파고와 해상풍 풍속의 월변동을 알아보기 위하여 각 부이지점별로 월별로 평균하여 분석하였다. 해상풍은 관측자료가 충분치 않았던 동해 부이를 제외하고 기상청 현업모델이 동계의 풍계는 관측치에 비해 모델이 약하게 모사하고 하계의 풍계는 좀더 강하게 모사하는 것을 알 수가 있었다.
- 태풍을 비롯한 해양 악기상 예측은 정치·외교적으로 매우 중요한 위치인 한반도 주변 해역에서의 해군과 같은 국가 방위차원에서 뿐만 아니라 국가 경제차원의 안전한 해상조업을 위해서 해상상태의 정확한 예측정보의 필요성은 더욱 증대되고 있으며 이를 위해보다 예측 성능을 높인 해상풍 모형과 이를 입력자료로 갖는 파랑예측모형의 검증을 위해서 한국 기상청에서 각각 운영되고 있는 5지점(덕적도, 칠발도, 거제도, 거문도, 동해부이)의 해양 관측 부이 자료를 이용하여 본 연구에서의 파랑 모델 결과와 비교하였다.
대상 데이터
- 모델 계산 시간간격은 전역 시간간격 (Global time step)은 900 초이며, 최소 시간간격 (minimum time step)은 300 초로 설정되어 있다. 기본 입력자료인 수심자료는 ETOPO-5를 사용하였으며 최저수심은 2.5 m 로 산정하였다. 해상풍 입력 자료는 중규모 기상모델인 RDAPS/KMA의 3시간 간격의 48시간 예측 자료를 10 m 해상풍의 자료로 변환하여 사용하였다 (장 등, 2003, 서와 장, 2003).
- 본 연구에서 사용된 모델은 장 등 (2003)과 서와 장(2003)이 사용했던 모델과 동일한 것으로 모델 영역은 북서 태평양을 포함하는 경도 115°E-145°E, 위도 20°N50°N 영역이며 해상도는 위, 경도 동일하게 1/2° 로 설정이 되어있다. 모델 수행은 기상청 슈퍼컴을 통해서 하루에 2회씩 00 UTC 와 12 UTC 에 수행되어 해상풍 및 파랑인자 값을 산출한다.
- 해상풍 입력 자료는 중규모 기상모델인 RDAPS/KMA의 3시간 간격의 48시간 예측 자료를 10 m 해상풍의 자료로 변환하여 사용하였다 (장 등, 2003, 서와 장, 2003). 본 파랑 모델은 기상연구소에서 개발되어 2001년의 1년 동안 시험 운영 단계를 거친 후 2002년부터 3시간 간격의 파랑 인자 자료를 축척하여 왔으며 본 연구에서는 2002년부터 2005년까지의 4년 자료를 모두 분석하였다.
- 5 m 로 산정하였다. 해상풍 입력 자료는 중규모 기상모델인 RDAPS/KMA의 3시간 간격의 48시간 예측 자료를 10 m 해상풍의 자료로 변환하여 사용하였다 (장 등, 2003, 서와 장, 2003). 본 파랑 모델은 기상연구소에서 개발되어 2001년의 1년 동안 시험 운영 단계를 거친 후 2002년부터 3시간 간격의 파랑 인자 자료를 축척하여 왔으며 본 연구에서는 2002년부터 2005년까지의 4년 자료를 모두 분석하였다.
데이터처리
- 모델에 의해 계산된 유의파고는 기상청에서 운영중인 해양기상 관측부이의 관측 결과와 비교하였다. 통계적 방법은 같은 시간대의 부이 관측 값과 모델결과 사이의 BIAS (mean error), RMSE (Root Mean Square Error), CORR (Correlation Coefficient), Linear Regression Fit 등이 사용되었다.
- 모델에 의해 계산된 유의파고는 기상청에서 운영중인 해양기상 관측부이의 관측 결과와 비교하였다. 통계적 방법은 같은 시간대의 부이 관측 값과 모델결과 사이의 BIAS (mean error), RMSE (Root Mean Square Error), CORR (Correlation Coefficient), Linear Regression Fit 등이 사용되었다. BIAS, RMSE, CORR 등은 다음과 같이 정의되며, Linear Regression Fit는 선형 회귀법을 통해 구해진다.
이론/모형
- 본 연구에서 사용된 파랑모델은 Tolman (1989)에 의해 개발된 WAVEWATCH (WW) 모델이다. 본 모델은 WAVEWATCH-II (WW2) (Tolman, 1991, 1992)로 발전되었으며 본 연구에 사용된 WW3 모델은 성분파 상호간의 비선형 에너지 전달항을 명시적으로 계산하며 시·공간적으로 변화하는 해상풍 및 해류, 조류의 효과를 에너지 소산, 해저면과의 상호작용에 의한 분산작용까지 고려하고 있는 제 3 세대 파랑모델이다.
- 본 연구에서는 성분파 상호간의 비선형 에너지 전달항을 명시적으로 계산하며 시·공간적으로 변화하는 해상풍 및 해류, 조류의 효과와 에너지 소산, 해저면과의 상호작용에 의한 분산 작용까지 고려하고 있는 제 3 세대 파랑 모델 (WAVEWATCH-III (WW3), Tolman, 1999)의 파랑 예측 시스템을 구성하였고 우리나라 연안에 대한 검증을 실시하였다. 우리나라의 연안과 동중국해를 포함한 북서태평양의 파랑모델에 대한 연구는 Hwang 등 (1999)을 통해 동중국해 해역의 NCEP 6시간 예측 자료를 이용하여 Wave Model (WAM) 모델결과를 TOPEX/POSEIDON 위성자료와 검증한 연구가 있으며, 장 등 (2003)과 서와 장 (2003)에 의해 본 연구와 동일한 WW3 모델을 이용하여 2002년의 파랑 분포 특성을 해양기상 부이와 위성자료를 이용하여 검증하였다. 그러나 수년 단위의 파랑 자료 분석에 관한 연구 및 장기간의 관측결과를 통한 계절별 파랑 특성에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다
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