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문제 정의
- 본 연구에서는 자료동화에 주로 사용되는 위의 두 가지 자료동화방법의 비교연구를 통해 초기장 개선의 차이가 바람장의 정확도 향상에 기여하는 바를 분석하였고 지상과 고층 기상 관측 자료를 이 용하여 자료에 따른 초기장 개선 효과의 차이 또한 알아보고자 하였다.
제안 방법
- Fig. 4와 Fig. 5에서 관측된 바람장을 중심으로 하여 각 실험의 모의된 수평바람장을 전반적으로 비교 , 분석해보았다. 다음으로는 자료동화에 이용 되는 객관분석기법과 관측자료에 따른 자료동화 효과를 살펴보기 위하여 실험별 풍속 차이의 공간 분포를 분석하였다.
- MM5 FDDA와 LAPS를 사용하였을 때의 지상 기상관측자료의 자료동화와 연직기상관측자료의 자료동화가 연직바람장에 기여하는 영향을 비교 . 분석하기 위하여 Fig.
- 예단방정식에 추가되는 nudging factor 항의 값은 물리과정과 비교하여 적절한 값을 정의 해야 하는데 보통 Coriolis parameter의 크기와 유 사하게 정의하고 수치계산의 안정성을 위해 항상 1/Z1T(time step) 보다 작아야한다. Nudging fac tor 값이 너무 크면 관측값이 너무 강하게 내삽되 어 모델내에 불균형을 초래하고, 너무 작으면 모델 내에 반영시킬 수 없다⑸ 일반적으로는 MM5 내 에서 큰 도메인의 경우 2.5x10「4sT, 작은 도메인의 경우 를 기본값으로 지정하고 있어 본 연구에서는 이 값을 택하여 모델링을 수행하였다.
- 객관분석기법의 차이에 따른 수치모형의 초기 입력장 변화가 미치는 수평바람장에의 영향을 분 석하기 위하여 Fig. 4와 Fig. 5에 6월 24일 1200 LST와 25일 0000 LST의 관측된 지상수평바람장 과 모의된 지상수평바람장을 제시하였다.
- 객관분석기법의 차이에 따른 초기 입력장의 변 화가 바람장 정확도 향상에 기여하는 효과를 분석 하기 위하여 현재 관련 연구에서 많이 사용되어지 고 있는 자료동화기법 중 MM5 FDDA와 LAPS를 선택하여 지상기상관측자료와 고층기상관측자료를 사용하여 모델링을 수행하였다. 모의된 바람장을 수평바람장, 각 실험 간의 풍속 차이, 연직바람장 의 형태로 분석해본 결과, MM5 FDDA의 경우 관 측치에 모의된 값을 강제로 내삽시키는 객관분석 기법의 특징으로 인하여 지상기상관측자료의 자료 동화 효과가 크게 나타나 배경장의 패턴을 많이 따르지 않고 국지적인 풍속분포를 잘 나타내며, LAPS를 사용한 실험과 비교하였을 때 자료동화 하지 않은 EXP B와의 풍속 차이가 크게 나타나 는 특성을 보였다.
- 사용되었다. 관측자료가 부족한 지역에 시의 온도자료는 외삽오차를 줄이기 위한 방편으 로 초기 추정치와 실측 지상온도와의 차이를 분석 하여 초기 추정치와의 연속성을 고려하여 분석한 다. 다음으로는 위성 휘도 온도 자료가 첨가되어 HSM(Horizontal Shape Matching)의 방법으로 동 호되는 과정이 있는데, 본 연구에서는 위성자료의 사용을 선택하지 않았기 때문에 이 부분의 효과는 나타나지 않았다.
- 5에서 관측된 바람장을 중심으로 하여 각 실험의 모의된 수평바람장을 전반적으로 비교 , 분석해보았다. 다음으로는 자료동화에 이용 되는 객관분석기법과 관측자료에 따른 자료동화 효과를 살펴보기 위하여 실험별 풍속 차이의 공간 분포를 분석하였다. Fig.
- 본 연구에서 사용한 두 가지 자료동화 기법인 MM5 FDDA 와 LAPS를 통해 객관분석된 바람장 을 살펴보았다. 이는 MM5 모델링을 수행하기 전 의 객관분석만을 통한 바람 분석장으로 지상기상 관측자료(AWS, buoy)와 고층기상관측자료(sonde, wind profiler)?} 객관분석에 이용되었다.
- 공간적 거리에 따라 결정하는 함수에 의한 것으로 모델내 격자와 가까 이 있는 관측값일수록 큰 영향을 끼치게 되며, 격 자점과 관측치 사이의 거리가 영향반경보다 크게 되면 영향을 끼치지 않으므로 모델의 격자규모와 적분간격에 따라 관측값의 영향반경 (Radius of in- fluence)을 적절하게 결정하는 것이 중요하다. 수평 영향반경을 6 km로 정하였고 3시간마다 초기장에 관측치를 내삽시켰다. MM5 내에서 사용한 자료동 화방법은 Newtonian relaxation 혹은 nudging 이 라 불리우는 방법을 사용하였는데 이는 연속적인 자료동화 방법으로 모델값을 관측치에 강제 내삽 시키는 방법으로 예단방정식에 보정항을 삽입하여 계산한다.
- 2단계 분석과정에서는 1단계에서 만들어진 사전 분석장과 레이더 바람장을 결합하여 최종 바 람장으로 산출하는 계산과정이 포함되어 있다⑹ 3 차원 습도장 분석도 바람장 분석방법과 유사하며 Barnes의 2단계 객관분석법이 사용된다. 이와 같이 각 기상요소의 특성에 맞는 분석과정과 각 과정들 간의 상호관련성과 연속성에 의한 LAPS 분석과정 을 수행하여 본 연구에서는 초기장을 형성하였다.
- 3 에 제시된 것과 같다. 자료동화 이용의 효과를 보 기 위하여 자료동화를 전혀 하지 않고 초기/경계자 료인 GDAPS를 이용하여 수치모의 하는 EXP B를 설계하였고, EXP F1 과 EXP F2는 MM5 FDDA를 사용한 것으로 이 중 EXP F1 은 지상기상자료 만 을 사용한 경우이고 EXP F2는 EXP F1 에서 사용 한 지상기상관측자료에 존데와 윈드프로파일러의 고층기상자료를 추가하였을 때이다. 이것은 같은 객관분석기법 하에서 이용되는 기상관측자료에 따 른 자료동화효과를 분석하기 위해 설계한 실험이 다.
- 자료동화방법의 종류에 따른 초기장의 변화가 바람장에 미치는 영향을 분석하기 위하여 MM5 내 자료동화방법과 LAPS 자료동화를 사용하여 비교 , 분석해보였다. 사용한 자료동화방법 중 MM5 내의 자료동화에 서 사용한 객관분석 기 법은 Cressman scheme인데, 이것은 각각의 관측치에 영향반경을 부여하고 각 격자점에서 초기장과 관측값의 차이 가 계산되어지면 격자점과 관측지점의 거리에 따 른 가중치를 계산해나가는 방법이다.
- 1). 지표와 가까운 경계층 을 조밀하게 나눈 고해상도로 설정하여 연직증을 33개로 두었는데, 이는 공간규모가 작은 경계층 내 의 대기현상을 표현하기 위함이다. PBL의 물리과 정은 경계층 내의 고해상도에 적합한 Medium Range Forecast (MRF) scheme으로 모수화되었으 며”), 적운모수화과정은 Kain-Fritsch n12), Explicit Moisture scheme은 상층의 과냉각수와 눈이 서서히 녹는 효과 등이 가미된 Mixed-Phase (Reisner)를 선택하였다'”.
대상 데이터
- Fig. 1의 오른쪽 그림은 자료동화에 사용한 관측 자료를 나타낸 것으로 KEOP 기간 동안의 관측된 자료 중 해남의 윈드프로파일러와 8개 지점의 존 데자료가 사용되었으며 AWS와 기상대를 포함한 전국 507개 지점의 자동지상관측자료와 5개 지점 의 buoy 해양관측자료가 본 연구에 사용되었다. Table.
- 1). 모형의 초기 및 경계자료로는 55 km 해상도를 갖는 6시간 간격의 기상청 전구모델 Global Data Assimilation Pre diction System (GDAPS)가 쓰였으며, NOAA/ MCSST 위성의 SST자료가 사용되었다.
- 본 연구에서 사용한 수치모형은 PSU/NCAR에 서 개발한 중규모 모형 인 MM5 3.7 version으로 지 형에 준거하는 cr-좌표계와 Arakawa-B 격자체계 를 갖는 비정수(non-hydrostatic) 방정식계 모형으 로 관측자료의 4차원 자료동화 (Four Dimensional Data Assimilation)# 지원한다'% 연구도메인은 35.7 °N, 126.0 °E에 중심을 두고 둥지격자기법을 사용하여 해상도 18 km, 6 km의 격자간격으로 동 서, 남북방향의 각각 148개, 작은 도메인은 103개의 동서방향, 109개의 남북방향의 격자점를 갖는 연구 영역을 설정하였다(Fig. 1). 지표와 가까운 경계층 을 조밀하게 나눈 고해상도로 설정하여 연직증을 33개로 두었는데, 이는 공간규모가 작은 경계층 내 의 대기현상을 표현하기 위함이다.
- 자료동화 방법에 따른 지상 및 고층 기상 관측 자료의 자료동화의 효과를 비교하기 위하여 고해 상도의 고층기상자료를 관측한 한반도 악기상 집중 관측 사업 (Korea Enhanced Observing Period) 기간 중 장마전선을 동반하고 있는 2004년 6월 23 일 0900 LST부터 26일 0900 LST까지를 모델링 기간으로 선정하였다(Fig. 2). Fig.
이론/모형
- 1단계 바람 분석에서는 지상관측바람, 고층기상바람자료와 초기 추정치와의 차이를 객관 분석하여 초기추정치에 통합시켜 사전 분석장을 만든다. 2단계 분석과정에서는 1단계에서 만들어진 사전 분석장과 레이더 바람장을 결합하여 최종 바 람장으로 산출하는 계산과정이 포함되어 있다⑹ 3 차원 습도장 분석도 바람장 분석방법과 유사하며 Barnes의 2단계 객관분석법이 사용된다. 이와 같이 각 기상요소의 특성에 맞는 분석과정과 각 과정들 간의 상호관련성과 연속성에 의한 LAPS 분석과정 을 수행하여 본 연구에서는 초기장을 형성하였다.
- 지표와 가까운 경계층 을 조밀하게 나눈 고해상도로 설정하여 연직증을 33개로 두었는데, 이는 공간규모가 작은 경계층 내 의 대기현상을 표현하기 위함이다. PBL의 물리과 정은 경계층 내의 고해상도에 적합한 Medium Range Forecast (MRF) scheme으로 모수화되었으 며”), 적운모수화과정은 Kain-Fritsch n12), Explicit Moisture scheme은 상층의 과냉각수와 눈이 서서히 녹는 효과 등이 가미된 Mixed-Phase (Reisner)를 선택하였다';”. 복사과정은 Cloud-radiation short wave scheme과 결합된 Rapid Radiative Transfer Model (RRTM)을 사용하였는데 이것은 수증기, 이 산화탄소, 오존을 고려한 상세한 흡수 spectrum의 효과를 포함하고 있다'4)(Table.
- PBL의 물리과 정은 경계층 내의 고해상도에 적합한 Medium Range Forecast (MRF) scheme으로 모수화되었으 며”), 적운모수화과정은 Kain-Fritsch n12), Explicit Moisture scheme은 상층의 과냉각수와 눈이 서서히 녹는 효과 등이 가미된 Mixed-Phase (Reisner)를 선택하였다'”. 복사과정은 Cloud-radiation short wave scheme과 결합된 Rapid Radiative Transfer Model (RRTM)을 사용하였는데 이것은 수증기, 이 산화탄소, 오존을 고려한 상세한 흡수 spectrum의 효과를 포함하고 있다'4)(Table. 1). 모형의 초기 및 경계자료로는 55 km 해상도를 갖는 6시간 간격의 기상청 전구모델 Global Data Assimilation Pre diction System (GDAPS)가 쓰였으며, NOAA/ MCSST 위성의 SST자료가 사용되었다.
성능/효과
- 6의 (b)에 제시된 EXP "의 풍속에서 EXP B의 풍속을 뺀 결과에서는 Fig. 6의 (a) 그림 과 비교하여 보았을 때 LAPS를 통한 자료동화 효 과가 MM5 FDDA에 비 하여 상대적으로 크지 않은 것으로 보이며, 관측치가 존재하지 않는 곳에는 초 기배경장의 값을 취하는 최적내삽법의 특성으로 인해 배경 장의 효과가 반영 되 어 나타남을 EXP L1 과 EXP B의 풍속의 차이가 나지 않는 지역이 넓게 나타남을 통해 알 수 있다. Fig.
- Fig. 7의 (a)를 통하여 MM5 FDDA 자료동 화를 사용함으로써 전반적으로 한반도 내륙지역에 서는 풍속을 보다 강하게 모의하는데 영향을 주었 으며, 특히 중부 내륙지역에서 io m/s 정도의 큰 차이로 강하게 풍속을 모의하는데 기여함을 알 수 있다. EXP B에서 강하게 모의되었던 서해상과 동 해상에서의 강한 풍속은 지상자료를 동화시킨 EXP F1 에서 약 1 - 6 m/s 정도의 차이로 보다 약 하게 모의된 것을 Fig.
- Fig. 6의 (a)에서 보여지는 MM5 FDDA를 이용한 결과는 한반도 중북부 지역과 서해에서의 풍속을 자료동 화를 사용하지 않은 EXP B의 경우보다 약 2 - 3 m/s 정도 약하게 모의하고 있으며, 한반도 영남내 륙과 남해안, 그리고 남동해상에서의 풍속은 약 1 ~ 2 m/s 정도 보다 높게 모의하고 있음을 보여준 다. Fig.
- 7의 (a)의 25일 0000 LST의 바람장 결과에서 제시된 바와 같이 MM5 FDDA의 지상자 료동화 효과는 Fig. 6의 (a)의 24일 1200 LST 보 다 크게 나타났으며, 이를 통해 MM5 FDDA를 통 한 한반도 내의 AWS와 buoy 자료의 동화가 지상수평바람장에 매우 민감하게 작용하는 것을 알 수 있다. Fig.
- 이에 반해 LAPS를 통한 연직자료동화의 효과는 Fig. 6의 (d)를 통하여 알 수 있는데 지역에 따라 그 영향이 다양하게 나타난 다는 것과 지상자료 만을 동화시켰을 때보다 한반 도 내륙 대부분의 지역에서 풍속을 약 1 m/s 정도 보다 약하게 모의하는데 기여하였음을 알 수 있고, 강원도 내륙 지역에서는 약 1.5 - 2 m/s 정도 약하 게 모의하였으며, 전라도 내륙지역과 제주도 부근 남해상, 동해상 그리고 한반도 남동해상에서의 풍 속을 다소 강하게 모의하는 결과를 보임을 알 수 있었다. Fig.
- 고층기상관측자료를 동화한EXP L2의 바람장은 Fig. 4의 (d)에 나타난 지상기 상관측자료만 동화시킨 경우와 크게 차이나지 않 고 유사한 바람장 분포를 보이고 있는 가운데, 한 반도 전반에 걸쳐 바람을 다소 약하게 모의하고 있 어 2004년 6월 24일 1200 LST의 지상관측지점에 서 나타나는 바람장과 어느 정도의 상관성을 보여 주고 있으며, 특히 한반도 중부 내륙지역의 바람장 을 약하게 모의하는데 기여함을 알 수 있었다. LAPS 자료동화를 사용함으로써 관측된 바람장에 서 나타나고 있는 서해상의 강한 풍속이 EXP L1 과 EXP L2에 잘 모사된것을 확인할 수 있었다.
- Fig. 6의 (c)와 (d)의 비교를 통하여 LAPS 자료동화 기법이 연직자료동화에 있어 보다 민감 하게 작용하는 것을 알 수 있었으며, 이는 LAPS 기법내의 3차원 바람장 산출과정에 있어서 지상바 람장과 상층 바람장이 상호복합적으로 작용하는 LAPS 바람분석 기법의 특성에서 기인한 것으로 보여진다. Fig.
- n러나 제주도 부근의 바람장을 살펴 보면, 바람이 제주도 해안선 부근의 지형을 따라 흐르는 것을 볼 수 있는데 이는 흔히 무시되기 쉬 운 지형의 효과가 잘 반영된 결과라 할 수 있겠다. 25일 0000 LST의 분석장을 보면, LITTLE_R로 분 석된 바람장의 경우는 24일 1200 LST의 분석장에 서 중국 해안 근처에 위치하고 있던 저기압성 흐름 이 한반도 남서해안으로 이동하였으며, 이로 인해 한반도 남해상에서는 강한 남서풍이 유입되고, 한 반도 내륙에는 동풍이 나타나고 한반도 서해상에 는 북동풍의 흐름이 나타남을 볼 수 있다. LAPS를 통해 분석된 바람장의 경우, 저기압성 흐름이 제주 도 부근에서 나타나고 있으며, 한반도 내륙에는 LITTLE_R의 객관 분석된 결과와는 달리 일정한 흐름은 보이지 않고 지역적으로 다양한 풍계가 나 타남을 알 수 있다.
- 7의 (a)를 통하여 MM5 FDDA 자료동 화를 사용함으로써 전반적으로 한반도 내륙지역에 서는 풍속을 보다 강하게 모의하는데 영향을 주었 으며, 특히 중부 내륙지역에서 io m/s 정도의 큰 차이로 강하게 풍속을 모의하는데 기여함을 알 수 있다. EXP B에서 강하게 모의되었던 서해상과 동 해상에서의 강한 풍속은 지상자료를 동화시킨 EXP F1 에서 약 1 - 6 m/s 정도의 차이로 보다 약 하게 모의된 것을 Fig. 7의 EXP Fl-EXP B의 결 과에서 확인할 수 있으며, 남동해상에서의 풍속은 약 2 - 9 m/s 정도로 보다 강하게 모의된 것을 알 수 있었다. 이에 반해 Fig.
- 4의 (d)에 나타난 지상기 상관측자료만 동화시킨 경우와 크게 차이나지 않 고 유사한 바람장 분포를 보이고 있는 가운데, 한 반도 전반에 걸쳐 바람을 다소 약하게 모의하고 있 어 2004년 6월 24일 1200 LST의 지상관측지점에 서 나타나는 바람장과 어느 정도의 상관성을 보여 주고 있으며, 특히 한반도 중부 내륙지역의 바람장 을 약하게 모의하는데 기여함을 알 수 있었다. LAPS 자료동화를 사용함으로써 관측된 바람장에 서 나타나고 있는 서해상의 강한 풍속이 EXP L1 과 EXP L2에 잘 모사된것을 확인할 수 있었다.
- 또한 한반도 내에서는 대체적으로 약한 남동풍의 흐름 이 지배적임을 알 수 있다. LAPS를 통해 객관분석 된 바람장은 MM5의 LITTLE_R에서 분석된 것과 는 다른 형태를 띄는데 한반도 남해상에서의 강한 남서풍은 보이지 않으며, 대신 동풍과 남동풍계열 의 바람이 나타나고, 이전의 분석장에서 뚜렷이 확 인할 수 있었던 저기압성 흐름이 나타나지 않음을 알 수 있다. n러나 제주도 부근의 바람장을 살펴 보면, 바람이 제주도 해안선 부근의 지형을 따라 흐르는 것을 볼 수 있는데 이는 흔히 무시되기 쉬 운 지형의 효과가 잘 반영된 결과라 할 수 있겠다.
- MM5 FDDA에 의 한 지 상자료동화 효과가 LAPS 에 의한 지상자료동화 효과보다 크게 나타나 배경 장의 풍속과 비교하였을 때 최대 10 m/s까지 차이 를 보였으며, 한반도 내륙에서 전반적으로 풍속을 강하게 모의하는데 기여하는 것을 알 수 있었으며, 고층기 상관측자료의 자료동화 효과는 MM5 FDDA 에서는 크게 나타나지 않는 반면, LAPS를 이용했을 경 우에는 지상자료만'동화하였을 때보다 국지 적으 로 풍속의 모의에 영향을 끼침을 알 수 있었다.
- 객관분석기법을 통한 분석바람장의 경우, UTTLE_R에서는 한반도 남서해안과 해상에서 바람을 강하게 분석하고 있고 저기압성 흐름을 뚜렷하게 분석하고 있 는 반면, L&PS를 통해서는 국지풍의 다양한 풍계를 분 석화고 있고, 제주도상에 약한 저기압성 흐름을 나타내 고 있음을 알 수 있었다.
- EXP F1 은 지상 기상관측자료 동화의 효과로 연직으로 풍속을 보다 약하게 모의하는 특징을 보이고 있으며, EXP L1 은 자료동화하지 않은 경우보다 해남과 포항의 중간 지점 부근에서 풍속을 연직적으로 보다 강하 게 모사하는 특징을 보이고 있다. 고층기상관측자 료의 바람자료를 추가시킨 EXP F2와 EXP L2의 결과를 분석하면, 앞의 수평바람장 분포 분석에서 도 알 수 있었듯이 MM5 FDDA의 경우, 연직자료 를 추가시키더라도 지상자료만을 동화한 효과와 큰 차이 없는 것으로 보아 연직자료동화의 추가가 바람장에 미치는 영향이 크지 않음을 확인할 수 있 다. EXP L2에서는 고층기상관측자료의 자료동화 가 수평바람장 뿐만 아니라 연직바람의 분포에도 큰 영향을 가져와 연직적으로 풍속을 보다 약하게 모의하며, 포항 부근의 700 hPa 이상의 상층에서는 연직적으로 풍속을 강하게 모의하고 있음을 알 수 있다.
- 한반도 내륙의 바람을 EXP F1에서는 강하게 모 사한 반면, EXP "에서는 약한 풍속의 지역에 따 른 다양한 풍계 특성을 보여주었고 이것은 관측치 와 유사한 모습이다. 고층기상관측자료가 지상바람 장에 미치는 영향을 보기 위한 EXP F2와 EXP L2 를 분석한 결과, MM5 FDDA의 자료동화방법을 통해서는 고층기상관측자료가 지상바람장에 미치 는 영향이 거의 나타나지 않고, 지상기상관측자료 만을 동화했을 경우와 유사한 바람장 결과가 나타 나고 LAPS 자료동화방법을 이용하였을 때에는 연 직바람자료를 추가시킴으로 인해 지상자료만을 추 가했을 때보다 서해상과 남서지역에서의 풍속을 보다 강하게 그리고 동해상에서의 풍속을 보다 약 하게 모사하였다.
- 객관분석기법의 차이에 따른 초기 입력장의 변 화가 바람장 정확도 향상에 기여하는 효과를 분석 하기 위하여 현재 관련 연구에서 많이 사용되어지 고 있는 자료동화기법 중 MM5 FDDA와 LAPS를 선택하여 지상기상관측자료와 고층기상관측자료를 사용하여 모델링을 수행하였다. 모의된 바람장을 수평바람장, 각 실험 간의 풍속 차이, 연직바람장 의 형태로 분석해본 결과, MM5 FDDA의 경우 관 측치에 모의된 값을 강제로 내삽시키는 객관분석 기법의 특징으로 인하여 지상기상관측자료의 자료 동화 효과가 크게 나타나 배경장의 패턴을 많이 따르지 않고 국지적인 풍속분포를 잘 나타내며, LAPS를 사용한 실험과 비교하였을 때 자료동화 하지 않은 EXP B와의 풍속 차이가 크게 나타나 는 특성을 보였다. 반면, LAPS를 사용한 지상자 료동화의 효과는 배경장의 패턴을 크게 벗어나지 않으면서 MM5 FDDA를 사용하였을 때와는 달리 지상자료동화의 효과가 상대적으로 완화되어 나타 났다.
- 이는 LAPS 내의 지 상바람장과 상층바람장의 자료를 단계적, 연차적 으로 분석하는 3차원 바람장 분석 과정의 특성에 서 기인한 것으로 분석되며, 관측치의 종류와 기상 변수에 따라서 서로 연관 . 상호보완되어 분석되는 LAPS 분석기법의 특성으로 인하여 관측치의 수가 증가할수록 자료동화의 효과가 잘 나타난 것으로 사료된다.
- 새벽시간인 25일 0000 LST의 모의된 바람장의 경우, 관측된 바람장에서 볼 수 있듯이 한반도는 전반적으로 약한 바람이 지배적인 가운데 지역적 으로 국지적인 바람이 일정한 풍계를 나타내지 않 으며, 한반도 남해상에서 강한 풍속을 보이는 바람 이 존재하고 있음을 확인할 수 있다. 한반도 남서 해안에서는 일기도에서 보이는 저기압의 영향으로 서풍, 북서풍 계열의 바람이 불며, 앞에서 살펴보 았던 낮 시간(1200 LST)의 바람장보다 새벽 시간 (0000 LST)의 바람장이 객관분석기법에 따른 자료 동화 효과가 크다는 것을 뚜렷이 보여주고 있다 (Fig.
- 수치모의 기간 동안 대표적인 낮시간대인 6월 24일 1200 LST와 새벽시간대인 6월 25일 0000 LST의 관측된 수평바람장과 모의된 수평바람장을 살펴본 결과 MM5 FDDA를 이용한 자료동화의 경 우에는 지상기상자료의 특성이 잘 반영되어 배경 장과는 달리 지역적인 바람 특징이 잘 나타남을 알 수 있었고, LAPS를 이용한 결과는 배경장의 패턴 을 유사하게 따르면서, 지상기상자료의 자료동화 효과가 나타났고 고층기 상관측자료는 MM5 FDDA 보다 LAPS에서 보다 민감하게 자료동화효과에 반 영되 었다.
- 연직적으로 다소 강하게 모의 하고 있으며, 포항으로 흘러들어가는 하층바람의 경우에도 다소 강하게 모의하고 있다. 연직자료를 동화시 킨 EXP F2와 EXP L2를 분석 해보면, MM5 FDDA에서는 앞에서 분석된 결과처럼 연직바람자 료의 자료동화 효과가 크게 작용하지 않아 지상자 료만을 동화시킨 EXP F1 과 큰 차이를 나타내지 않고 있는 반면, LAPS를 통한 연직자료동화를 수 행한 EXP L2의 경우에는 EXP L1 에 비하여 연직적으로 보다 강한 풍속을 모사하고 있는 가운데, 포항의 왼쪽 부근의 지역에서는 600 - 800 hPa 부 근에서 다소 약한 풍속을 보이고 있고, 포항 부근 의 하층 바람은 EXP L1 보다 강하게 풍속을 모의 하고 있음을 알 수 있다.
- 7의 (d)에서 보여지듯이 LAPS 자료동화를 사용함으로써 한반도의 전반적인 지역 에서 풍속을 보다 강하게 모의하는데 기여를 하였 으며, 동해상에서는 강하게 모의되었던 풍속을 다 소 약하게 모의하는데 영향을 끼쳤다. 이와 같이, 지상관측자료의 자료동화는 Fig. 6와 Fig. 7의 EXP Fl-EXP B의 그림에서 나타내었듯이 MM5 FDDA 에서 모델값을 관측치에 강제내삽시키는 객관분석 기법의 영향으로 인하여 MM5 FDDA를 통한 수평 바람장에서 배경장과의 차이를 보다 두드러지게 나타내었으며, 그림 EXP F2-EXP F1 에서 보이는 연직자료를 주가로 동화시켰을 때에는 MM5 FDDA 에서는 그 효과가 미미하게 나타난 반면, LAPS의 바람장 분석과정에서 지상바람자료와 3차원 연직 바람자료가 2단계의 Barnes 객관분석기법의 과정 으로 처리됨에 따라 연직바람자료의 자료동화효과 는 LAPS에서 뚜렷이 나타남을 알 수 있었다.
- 24일 1200 LST에 각 실험의 연직바람장의 분포가 자료동화하지 않 은 경우와 큰 차이가 나지 않았던 것에 비하여 25 일 0000 LST에는 각 실험의 결과들이 EXP B와는 다른 패턴의 바람장을 나타내고 있음을 알 수 있 다. 자료동화 하지 않은 실험에서는 900 hPa 아래 의 해남 근처에서는 약하게 불어나가는 바람이 포 항으로 가면서 다소 강해지는 경향을 살펴볼 수 있 고, 포항 부근의 750 - 900 hPa의 상층에 다소 약 한 기류가 존재하고 있음을 확인할 수 있다. MM5 FDDA를 통하여 지상자료를 동화시킨 경우에는 연직 바람쉬어가 매우 강해진 것을 확인할 수 있 고, EXP B와는 달리 해남 부근에서의 바람을 연직 적으로 보다 ■강하게 모사하고 있는 반면, 포항부근 에서의 바람은 연직적으로 다소 약하게 모사하다 가 700 hPa 이상에서부터는 강하게 모사하고 있다.
- 지상기상관측자료의 자료동화가 수 평바람장에 미치는 영향을 보기 위해 수행한 EXP F1 과 EXP L1 의 경우를 살펴보면, 두 경우 모두 자료동화하지 않은 EXP B와 큰 차이점을 보이지 않으며 유사한 패턴을 보여주고 있는 가운데, MM5의 FDDA는 국지적인 기상 특성을 잘 반영하 고 있는 AWS 관측치의 영향으로 인하여 한반도 내의 국지적인 바람의 특징을 잘 모사하고 있다. 자료동화를 수행하지 않은 경우보다 한반도 남서 지역과 중부 내륙지역의 바람을 보다 강하게 모사 한 특징이 보이며, 수도권 및 강원도 지역에서의 바람은 보다 약하게 모사하였다. 서해상에서의 바 람은 자료동화하지 않은 경우보다 약하게 모의하 고 있고, 서해안 태안반도의 아래로 보령 및 장항 인근 지역과 해상의 바람을 보다 약하게 모의하고 있으며 바람의 방향 또한 자료동화하지 않은 경우 에는 남풍으로 모사한 것에 비하여 지상기상관측 자료를 동화시킨 경우에는 동풍에 가까운 남동풍 으로 모의됨을 알 수 있다.
후속연구
- EXP L1 과 EXP L2는 LAPS 자료동화시스템을 이용한 실험으로 이 중 EXP L1 은 지상기상관측자 료를 이용하여 LAPS 자료동화 한 경우이고, EXP L2는 지상기상관측자료에 고층기상관측자료를 포함시 켜 고층기 상자료의 동화로 인 한 초기입 력 장의 변화가 바람장에 미치는 영향을 보고자 설계한 실 험이다. EXP F1 과 EXP L1 을 통하여 지상기상관 즉자료만을 이용하여 자료동화를 수행하였을 때, 같은 조건하에서 객관분석방법의 차이와 자료동화 방법의 차이가 수치모의 결과에 끼치는 영향에 대 해 비교 - 분석할 수 있을 것이고, EXP F2와 EXP L2를 통해서는 고층기상자료의 추가가 각각 MM5 FDDA와 LAPS의 자료동화에 얼마나 기여하는가 와 지상관측자료만을 동화시켰을 때와 비교하여 어떠한 차이점을 가져올 수 있는가를 알아볼 수 있 을 것으로 사료된다.
- Radar, Wind Profiler 등의 radar 원리를 이용한 기상자료, 비종관 연직기상자료와 위성자료 둥의 기상관측자료가 증가하고 있는 추세에 있는 요즘, 관측값의 종류와 관측된 기상변수가 증가함에 따 라 그것의 특성을 살리면서 분석되는 LAPS 자료 동화기법을 사용한다면 예측하기 어려운 바람장의 정확도 향상에 기여할 것이고, 더 나아가 보다 복 잡하고 정밀한 지형에서의 상세 바람장의 정확한 예측에도 큰 기여를 할 것으로 보인다.
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