[논문]엘니뇨/라니냐 강도 변화에 따른 국지적 풍력자원의 변동

이순환; 이화운; 김동혁; 김민정; 김현구

doi:10.5467/jkess.2011.32.2.180

엘니뇨/라니냐 강도 변화에 따른 국지적 풍력자원의 변동
Analytic Study on the Variation of Regional Wind Resources Associated with the Change of El Niño/La Niña Intensity 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.32 no.2, 2011년, pp.180 - 189

이순환 (부산대학교 환경연구원) , 이화운 (부산대학교 대기과학과) , 김동혁 (부산대학교 대기과학과) , 김민정 (부산대학교 대기과학과) , 김현구 (한국에너지기술연구원)

초록
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엘니뇨/라니냐의 강도 변화에 따른 한반도의 풍력자원 변동성을 확인하기 위하여 20년간 장기 지상관측자료를 바탕으로 해석적인 분석을 실시하였다. 장기적으로 유라시아 대륙의 풍속 약화경향에도 불구하고 한반도는 최근 10년간 풍속 증가가 약하게 나타났다. 그리고 엘니뇨와 라니냐에 따른 한반도 풍속은 계절적으로 다양한 형태를 나타낸다. 지역적으로 음의 해수면 온도 아노말리를 나타내는 라니냐가 발생하면 한반도내 지상풍속이 빨라지는 경향을 가진다. 그리고 기후변화에 대한 풍속은 중규모의 강제력이 가장 미약한 산악지역에서 가장 민감하게 나타난다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to clarify the relation between El Ni$\tilde{n}$o/La Ni$\tilde{n}$a and wind resources of the Korean Peninsula, observed meteorological data for 20 years were used in this study. Although the wind speed tends to decrease in Eurasia Continent, it gradually increases in the peninsula for 10 years. The seasonal variation of wind speed due to El Ni$\tilde{n}$o/La Ni$\tilde{n}$a development is not so small and negative anomalies of SST tend to lead the beginning of the wind speed increase over the Korean Peninsula. Wind speed variation caused by the global scale meteorological phenomena is more sensitive in mountainous area than in any other areas because of the relatively weak mesoscale forcing at mountainous area.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 공간적인 연속성을 확보하기 위하여 현업 수치모형에 의하여 계산된 RDAPS 자료도 풍력자원분포 특성을 파악하기 위하여 사용되었다. RDAPS(Regional Data Assimilation and Prediction System)는 한국기상청의 기상예보 모형에서 도출된 기상요소값으로 30 km 수평격자와 31개의 연직층으로 구성되어 있다.
그러므로 풍력발전의 장기적인 안정성 차원에서 지구규모 기류 변동이 한반도 풍력자원 분포에 미치는 영향을 정확히 평가하여야 한다. 따라서 본 연구는 2000년부터 10년간의 관측자료를 바탕으로 특이한 지구규모 기상현상인 엘니뇨와 라니냐 발생에 따른 한반도 풍력자원 시간적인 변동성을 확인하고, 이들에 따른 풍력자원 변동성이 지역적으로 어떻게 나타나는지를 살펴보았다.
따라서 이러한 전지구규모의 기후현상변화가 한반도내의 풍력자원에 미치는 영향을 파악하기 위하여 엘니뇨와 라니냐 발생시기를 구분하여 풍력자원의 차이를 비교하였다. 본 연구에서는 연구대상 20년 자료 중 평균풍속이 증가한 최근 10년 자료를 바탕으로 분석하였다. 먼저 Fig.

가설 설정

6. Seasonal patterns of monthly mean values for (a) mean and (b) maximum wind speed normalized by their averaged values for 10 years.

제안 방법

그리고 기후학적인 변동에 따른 지역적 변동성을 보기 위하여 해수면온도 아노말리와 각 영역별 평균 풍속의 시간변동을 살펴보았다. Fig.
이러한 한반도 내 풍속의 경년 변화는 국지적인 기상장 뿐아니라 기후학적인 변화에도 영향을 받는다. 따라서 이러한 전지구규모의 기후현상변화가 한반도내의 풍력자원에 미치는 영향을 파악하기 위하여 엘니뇨와 라니냐 발생시기를 구분하여 풍력자원의 차이를 비교하였다. 본 연구에서는 연구대상 20년 자료 중 평균풍속이 증가한 최근 10년 자료를 바탕으로 분석하였다.
본 연구는 전지구규모의 기후학적인 현상이 한반도 풍력자원에 미치는 영향을 평가하기 위하여 한반도내 20년간의 지상관측 바람자료를 이용하였다. 본 연구의 기후학적 현상은 동태평양상의 수온상승에 따른 기후 변화인 엘니뇨와 라니냐이고, 이러한 전구규모의 기류 변동이 발생하였을 때 한반도의 풍력자원변동을 정량적으로 분석하였다.
이러한 엘니뇨와 라니냐에 따른 한반도 풍속의 계절적인 변동을 살펴보기 위하여 엘니뇨와 라니냐 발생월을 계절적으로 분리하여 각 계절에 따른 한반도 풍속변화를 살펴보았다. Fig.
이러한 풍력자원분포의 경년변동 경향성을 파악하기 위하여 한반도내 유인관측소에서 관측된 20년간의 연평균 풍속과 최대 풍속을 살펴보았다. Fig.
이러한 한반도의 증가 추세를 명확히 살펴보기 위해 한반도 지역의 장기적인 풍력자원에 대한 분석을 실시하였다. Fig.
기상관측지는 전국에 고르게 분포하고 있으며, 관측지간의 이격거리는 평균 8 km 정도이다. 자료의 기간은 GDAS와 동일하게 30년 자료를 적용하여 평균치를 작성하고, 최근 10년의 자료를 바탕으로 바람자원의 변동성을 분석하였다.
지구 규모 기류 변동의 영향에 따른 지역적인 변동 특성을 명확히하기 위하여 산악, 내륙, 연안 등을 대표하는 각 3개 관측소 자료를 이용하여 이들 지역에서의 풍력자원 변동성을 살펴보았다. Fig.
풍력 에너지 변동성 분석을 위하여 전구규모자료를 바탕으로 동아시아지역의 풍속 변동 경향성을 파악하였다. Fig.

대상 데이터

그리고 한반도 기상학적인 풍력 자원 평가는 한국기상청에서 제공하는 신뢰도 높은 기상관측 자료를 사용하였다. Fig. 1은 본 연구에서 사용된 자료의 위치를 나타낸 것으로, 본 연구는 전국 76개 유인 관측소와 610개의 자동 관측장비, 5개의 윈드프로파일러 관측자료, 그리고 비정기적으로 운행하는 비행기에 의한 AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)자료를 이용하였다. 기상관측지는 전국에 고르게 분포하고 있으며, 관측지간의 이격거리는 평균 8 km 정도이다.
그리고 한반도 기상학적인 풍력 자원 평가는 한국기상청에서 제공하는 신뢰도 높은 기상관측 자료를 사용하였다. Fig.
25°의 해상도로 재분석하여 제공하는 전구 기상 자료로 42개층의 바람, 온도, 기압, 습도 등 기본적인 기상자료를 포함한다. 기후학적인 동아시아지역의 평균 바람장은 1989년부터 2009년까지의 30년 자료를 바탕으로 구하였다.
본 연구는 전지구규모의 기후학적인 현상이 한반도 풍력자원에 미치는 영향을 평가하기 위하여 한반도내 20년간의 지상관측 바람자료를 이용하였다. 본 연구의 기후학적 현상은 동태평양상의 수온상승에 따른 기후 변화인 엘니뇨와 라니냐이고, 이러한 전구규모의 기류 변동이 발생하였을 때 한반도의 풍력자원변동을 정량적으로 분석하였다.

이론/모형

먼저 지구규모의 기상학적 변동 특성을 파악하기 위하여 미국 NCEP(National Centers for Environmental Prediction)에서 제공하는 GDAS(Global Data Assimilation system)를 이용하였다. GDAS는 NCEP 재해석자료를 위경도 약 1.

성능/효과

1) 북반구의 풍속은 장기적으로 유라시아대륙 특히 중국을 중심으로 약하게 감소하는 추세를 가진다. 이는 중국의 급격한 도시화에 따른 지표면 마찰 증가에 따른 것으로 판단된다.
2) 엘니뇨/라니냐와 한반도내 풍속의 관계에서 평균풍속에 대한 계절적인 변동 경향성이 일관되지 못하고, 엘니뇨의 경우 겨울철과 여름철의 풍속 증가가 뚜렷하였으며, 라니냐는 봄철과 가을철에 풍속 증가가 나타났다. 그러나 최대 풍속에 의한 분석의 경우엘니뇨 발생시 평년에 비하여 약하고, 라니냐 발생시 풍속이 증가하는 경향성을 확인하였다.
3) 한반도내 영역별 변동성 분석에서 산악지역은 월별 변동성이 내륙지역보다 크게 나타나며, 일변동성은 연안지역에서 크게 나타난다. 이는 종관규모와 중규모 기상 강제력의 발생정도에 따른 것으로 풀이된다.
4) 각지역별 풍속의 시간변동을 보면, 지역에 상관없이 동태평양상에서 양의 해수면온도 아노말리가 시작되면 풍속이 감소하기 시작하고, 반대로 음의 아노말리가 발생하면 풍속은 증가하는 경향을 가진다. 그러나 산악지역은 이러한 아노말리에 대한 반응성이 빠른 반면 내륙지역은 이러한 반응성이 느리게 나타난다.
2) 엘니뇨/라니냐와 한반도내 풍속의 관계에서 평균풍속에 대한 계절적인 변동 경향성이 일관되지 못하고, 엘니뇨의 경우 겨울철과 여름철의 풍속 증가가 뚜렷하였으며, 라니냐는 봄철과 가을철에 풍속 증가가 나타났다. 그러나 최대 풍속에 의한 분석의 경우엘니뇨 발생시 평년에 비하여 약하고, 라니냐 발생시 풍속이 증가하는 경향성을 확인하였다.
그리고 이러한 경향성은 최대 풍속에서 더욱 뚜렷이 나타난다. 그러므로 최근 2000년부터 10년 동안의 평균 풍속은 이전 10년에 비하여 풍속이 약 10% 이상 증가하였으며, 최대 풍속의 경우 증가율이 20%로 더욱 뚜렷하게 나타난다. 따라서 한반도에서는 최대 풍속에 의한 변동성이 평균 풍속에 대한 변동성보다 크게 나타난다.
즉 계절적 풍속 변동에 차이가 나타남을 알 수 있다. 엘니뇨의 경우 겨울철과 여름철의 풍속 증가가 뚜렷하였으며, 라니냐는 봄철과 가을철에 풍속 증가가 나타났다. 이들의 계절적인 변동은 중앙 태평양 해상 상공의 동아시아의 기압 패턴 변화에 의한 것으로 판단된다.
라니냐 기간 한반도는 가을철을 제외하고 최대 풍속의 크기가 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 특히 풍력자원이 풍부하다고 판단되는 겨울철과 봄철에 최대 풍속의 증가가 확인되었다. 겨울철에는 내륙에서 15% 이상 증가하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	한반도가 풍력에너지의 활용가능성이 높게 나타나는 이유는 무엇인가?	한반도는 기상학적으로 경압성이 높은 중위도 지역에 위치하고 있기 때문에 풍력에너지의 활용가능성이 높게 나타난다(김현구, 2008; 이순환 외, 2009; 이화운 외, 2010). 그러나 풍력발전단지의 개발에 있어서 풍력자원의 정확한 평가는 필수적이다.
	인간 생활에서 새로운 에너지 확보와 환경문제 해결이 필요해진 사회적 배경은 무엇인가?	20세기 들어서 시작된 급격한 인구증가와 그에 따른 에너지소비 증가는 인간 생활에서 새로운 에너지 확보와 환경문제 해결을 요구한다. 현재 각국 정부는 환경학적으로 지속적인 발전을 위한 신재생에너지 등 청정에너지의 확보를 위하여 많은 연구를 활발히 진행하고 있다.

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