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문제 정의
- 본 논문에서는 지역 파랑 예측시스템에 의해 2008년, 2009년에 산출된 파랑 예측결과와 우리나라 연안의 해양기상 부이와의 비교를 통해 시․ 공간적인 파랑 특성을 살펴보았다. 2008년과 2009년 각각 1년 동안 모델에서 계산된 유의파고 평균 및 최고치 분석에서는 태풍에 의해 발생되는 강한 해상풍에 의해 발생하는 높은 유의파고를 확인할 수 있었다.
- 파랑 모델의 입력장은 기상청 대기모델 자료 중 해상풍을 사용한다. 본 연구에서는 KWRF(Korea weather research and forecasting) 모델 결과를 입력장으로 활용한 3시간 간격의 파랑 모델 자료를 분석하였다. 모델에 의해 예측된 유의파고는 기상청에서 운영중인 해양기상 관측부이의 관측 결과와 비교하였다.
제안 방법
- 609m 였다. 2008년 7호 태풍 갈매기와 2009년 8호 태풍 모라꼿이 우리나라에 접근할 때 모델로 모의된 유의파고 12시간 간격으로 48시간의 예보정확도를 살펴보았다. 태풍 갈매기 접근시의 모델과 관측 유의파고의 48시간 평균 RMSE는 0.
- 2008년과 2009년에 우리나라에 가장 근접했던 태풍 Kalmaegi (갈매기)와 Morakot(모라꼿)의 기간 중 파랑 모델의 예보 정확도를 산출하였다. 갈매기는 2008년 7월 13일 06UTC에 필리핀 북동쪽에서 발생하여 7월 18일경에 대만에 상륙하였고 이후 상하이 남서쪽 부근에서 TD(Tropical depression: 17m/s 미만)급으로 약화되었으며 이후 북동진하였고 우리나라 황해에서 열대저압부로 약화되었다.
- 2에는 본 연구에서 사용된 총 5개의 해양기상 관측부이의 위치를 나타내었다. 관측부이는 풍향, 풍속, 기압, 기온, 상대습도, 수온, 최대파고, 유의파고, 파향, 파주기등을 관측하며 매일 1시간 간격으로 실시간 자료를 수집 한다. 해양기상 부이 관측자료는 파랑 모델의 검증 자료로 매우 유용하게 사용되며 본 연구에서도 예측정확도 산출의 중요한 자료로 활용되었다.
- 또한 우리나라에 직·간접적인 영향을 주었던 태풍 중 2건(Kalmaegi, Morakot)을 선정하여 파랑 예측 시스템에 의해 산출된 파랑의 예측정확도를 산출하였다.
- 1)이며 해상도는 위, 경도 동일하게 1/12º로 설정이 되어있다. 모델 수행은 기상청 슈퍼컴 2호기를 통해서 하루에 2회씩 00UTC(Universal time coordinated)와 12UTC 에 수행되어 파랑 예측 결과를 산출한다. 파랑 모델의 입력장은 기상청 대기모델 자료 중 해상풍을 사용한다.
- , 2002; Tolman, 2002)을 기반으로 기존의 WAM 모델을 대체하는 지역 파랑 예측 시스템(RWW3: Regional Wave Watch III)을 개발하여 2006년부터 시험운영을 실시하였고 2008년부터 정식 운영 중에 있다(유승협 등, 2006; 유승협, 2009). 본 연구에서는 한반도 주변 해역의 파랑 특성을 분석하기 위해 2008년과 2009년의 지역 파랑 예측 시스템(RWW3) 예측 결과와 해양기상 부이의 관측결과와의 비교검증을 실시하였고 파랑 예측 정확도를 산출하였다. 또한 우리나라에 직·간접적인 영향을 주었던 태풍 중 2건(Kalmaegi, Morakot)을 선정하여 파랑 예측시스템에 의해 산출된 파랑의 예측정확도를 산출하였다.
- 2008년과 유사하게 2009년의 경우에도 9월과 10월의 예측정확도가 다른 계절에 비해 높은 것으로 나타났다. 유의파고 예측정확도에 영향을 미치는 해상풍의 정확도를 알아보기 위해 Fig. 5에는 48시간 예측 해상풍과 부이 5개 지점(Fig. 2)에서의 관측 해상풍의 월별 평균 예측정확도를 도시하였다. 앞선 유의파고 예측 정확도 결과와 비교하면 입력으로 사용된 해상풍의 예측 오차가 작은 경우가 유의파고의 예측정확도도 높게 나타났으며 유의파고의 예측 오차가 가장 적었던 9월과 10월의 해상풍 예측정확도가 가장 좋게 나타난 것을 알 수가 있다.
대상 데이터
- 모델 자료는 하루 두 번 생산되는 총 48시간의 3시간 간격의 시계열 예측 자료 결과와 실시간으로 기상청에서 운영 중인 5개 부이 중 2008년 서해(덕적도, 칠발도) 와 2009년 남해(거문도, 거제도) 지점에서 비교하였다. 서해에서 관측된 동계의 3m의 높은 유의파고와 남해에서의 하계 및 추계에 관측된 높은 유의파고를 모델이 잘 모의하고 있으며 모든 부이지점 비교에서 0.
- 갈매기는 2008년 7월 13일 06UTC에 필리핀 북동쪽에서 발생하여 7월 18일경에 대만에 상륙하였고 이후 상하이 남서쪽 부근에서 TD(Tropical depression: 17m/s 미만)급으로 약화되었으며 이후 북동진하였고 우리나라 황해에서 열대저압부로 약화되었다. 태풍 모라꼿은 2009년 8월 3일 일본 오키나와 동남동쪽 약 970km 부근 해상에서 발생하여 7일 0시 대만 남동쪽 220km 부근 해상에서 945hPa, 최대풍속 40m/s을 기록하여 TY(Typhoon: 33m/s 이상)급으로 최대로 발달하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 KWRF(Korea weather research and forecasting) 모델 결과를 입력장으로 활용한 3시간 간격의 파랑 모델 자료를 분석하였다. 모델에 의해 예측된 유의파고는 기상청에서 운영중인 해양기상 관측부이의 관측 결과와 비교하였다. Fig.
이론/모형
- 본 연구에서 사용된 파랑 모델 결과는 현재 기상청에서 예보에 활용되고 있는 지역파랑 예측 모델(RWW3)결과를 이용하였다. 앞서 전술한 바와 같이 RWW3은 Tolman(2002)에 의해 개발된 WW3 모델을 근간으로 하고 있다.
- 기상청에서는 해양기상 모델 중에서 파랑 모델을 가장 먼저 개발하여 해양 예보에 활용하고 있다. 초기 파랑 모델은 WAM(WAMDI Group, 1988) 기반으로 1999년 이후에 지역 및 전구 파랑예측 시스템을 수립하여 예보에 활용하였다. 2005년에 기상청 슈퍼컴퓨터 2호기가 도입되면서 고해상도의 해양기상 예측모델의 개발이 가능해져 파랑모델의 해상도의 개선이 이루어졌다.
- 모델 수행은 기상청 슈퍼컴 2호기를 통해서 하루에 2회씩 00UTC(Universal time coordinated)와 12UTC 에 수행되어 파랑 예측 결과를 산출한다. 파랑 모델의 입력장은 기상청 대기모델 자료 중 해상풍을 사용한다. 본 연구에서는 KWRF(Korea weather research and forecasting) 모델 결과를 입력장으로 활용한 3시간 간격의 파랑 모델 자료를 분석하였다.
성능/효과
- 본 논문에서는 지역 파랑 예측시스템에 의해 2008년, 2009년에 산출된 파랑 예측결과와 우리나라 연안의 해양기상 부이와의 비교를 통해 시․ 공간적인 파랑 특성을 살펴보았다. 2008년과 2009년 각각 1년 동안 모델에서 계산된 유의파고 평균 및 최고치 분석에서는 태풍에 의해 발생되는 강한 해상풍에 의해 발생하는 높은 유의파고를 확인할 수 있었다. 유의파고의 48시간 예측 2008년과 2009년의 평균 RMSE는 각각 0.
- 642)m로 나타났다. 5개 부이의 48시간 예측 평균 RMSE 는 0.570m로 나타나 앞선 월별 통계치와 태풍이 영향을 미칠 때의 오차는 큰 차이가 없이 나타났다.
- 편차의경우 모든 지점에서 양의 편차 즉 모델에서 예측한 유의파고가 부이 관측치에 비해 높게 모의하고 있음을 알 수가 있다. RMSE 결과를 보면 9월과 10월의 예측이 다른 계절에 비해 예측정확도가 높은 것으로 나타났으며 예보시간이 길어질수록 모델의 예측정확도가 떨어지는 것을 알 수가 있다. 2009년에는 2008년에 비해 시간별 예측정확도가 낮아지는데 24(48) 예보 시간별 전체 평균 편차는 0.
- 208)m로 나타났다. RMSE 결과에서는 평균 0.360m(24시간)과 0.500m(48시간)로 나타나 2008년 갈매기 태풍에 비해 조금 높은 예측 정확도를 보였다.
- 37m 임을 보였다. 본 연구에서 2008년과 2009년의 12시간 예측 정확도는 각각 0.364 와 0.408m을 나타내어 2009년이 예측정확도가 떨어진 것을 알 수가 있다. 또한 2008년의 경우 24(48) 예보시간별 전체 평균 편차는 0.
- 모델 자료는 하루 두 번 생산되는 총 48시간의 3시간 간격의 시계열 예측 자료 결과와 실시간으로 기상청에서 운영 중인 5개 부이 중 2008년 서해(덕적도, 칠발도) 와 2009년 남해(거문도, 거제도) 지점에서 비교하였다. 서해에서 관측된 동계의 3m의 높은 유의파고와 남해에서의 하계 및 추계에 관측된 높은 유의파고를 모델이 잘 모의하고 있으며 모든 부이지점 비교에서 0.8 이상의 높은 상관도를 보이는 것으로 나타내어 파랑 예측 모델이 유의파고를 잘 예측하고 있음을 알 수가 있다.
- 2)에서의 관측 해상풍의 월별 평균 예측정확도를 도시하였다. 앞선 유의파고 예측 정확도 결과와 비교하면 입력으로 사용된 해상풍의 예측 오차가 작은 경우가 유의파고의 예측정확도도 높게 나타났으며 유의파고의 예측 오차가 가장 적었던 9월과 10월의 해상풍 예측정확도가 가장 좋게 나타난 것을 알 수가 있다. 특정한 월에 예측정확도가 높게 나타나는 것은 향후좀 더 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 2009년에도 2008년과 월별 특성이 비슷하지만 2008년에 비해 하계에 서해와 남해에서 3m 이상의 높은 유의파고가 나타났던 것으로 알 수가 있다. 파주기의 경우는 2008년에서해와 남해에서 7월과 9월에 큰 주기의 파가 연안에 발생했던 것으로 나타났으며 2009년에는 하계에 비해 동계에 큰 주기의 파가 나타났다. 또한 동해의 경우가 서해, 남해에 비해 큰 주기의 파가 월별로 많이 발생한 것으로 파악되었다.
후속연구
- 향후 연안에서의 해양기상 특성을 고해상도의 연안 해양기상 예측시스템과 다양한 관측자료와의 비교를 통해 보다 정확한 파랑 예측 및 특성이 파악할 수 있을 것으로 생각되며 2010년부터 운영예정인 영국 기상청의 통합모델 UM(Unified model) 모델과 해양기상 예측모델을 연동하면 해양기상 예측의 정확성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 해양기상에 민감한 선박의 항해뿐만 아니라 해안이나 방파제 등의 항만 구조물의 설계에 적극 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 앞선 유의파고 예측 정확도 결과와 비교하면 입력으로 사용된 해상풍의 예측 오차가 작은 경우가 유의파고의 예측정확도도 높게 나타났으며 유의파고의 예측 오차가 가장 적었던 9월과 10월의 해상풍 예측정확도가 가장 좋게 나타난 것을 알 수가 있다. 특정한 월에 예측정확도가 높게 나타나는 것은 향후좀 더 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 현재 기상청에서는 본 연구에 사용된 8km 수평격자의 지역 파랑모델뿐만 아니라 연안에서의 상세한 파랑 예측을 위해 1km 수평격자의 연안 상세 파랑 예측시스템을 개발하여 운영 중에 있다. 향후 연안에서의 해양기상 특성을 고해상도의 연안 해양기상 예측시스템과 다양한 관측자료와의 비교를 통해 보다 정확한 파랑 예측 및 특성이 파악할 수 있을 것으로 생각되며 2010년부터 운영예정인 영국 기상청의 통합모델 UM(Unified model) 모델과 해양기상 예측모델을 연동하면 해양기상 예측의 정확성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 해양기상에 민감한 선박의 항해뿐만 아니라 해안이나 방파제 등의 항만 구조물의 설계에 적극 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
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