선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 1). 그래서 본 연구에서는 우선 도시화 효과에 의한 강수변화를 이해하기 위해서 한반도 중부지역을 대상으로 수도권, 수도권 풍하측, 산악지역에 대한 36년간(1972~2007년)의 연평균 강수량을 이용하여 장기적인 강수량과 강수빈도의 변동성을 분석하였으며, 관측결과를 보완하기 위해 도시화 효과에 의한 풍하측 강수변동이 관측된 최적의 사례일을 선정하여 WRF (Weather Research and Forecasting) 모의를 수행하였다. 또한 지면거칠기 변화와 인위적인 열원을 추가하는 민감도 실험을 실시하여 도시화에 따른 약한 강수의 변화를 살펴보았다.
제안 방법
- 강수강도에 따른 변화를 분석하기 위해 PA ≤ 1 mm d−1(약한 강수), 1 mm d−1< PA ≤ 10 mm d−1(중간 강수), PA > 10 mm d-1(강한 강수)로 분류하여 7개 지점의 연중 누적강수량과 강수빈도를 계산하였다.
- 8 m로 지정되어 있으며 인위적인 열원은 사용하지 않았다. 거칠기 변화에 대해서는 z0를 1.6 m (EXP 2z0), 4.0 m (EXP 5z0), 8.0 m (EXP 10z0)로 각각 증가시키면서 민감도 실험을 수행하였다. 도시지역에 인공적인 열원을 주기 위하여 WRF 모델에 Urban Canopy Model (UCM)을 결합하였으며, Lee et al.
- 그리고, 6시간 간격(00 UTC, 06 UTC, 12 UTC, 18 UTC) NCEP 재분석자료 (2.5° × 2.5°)의 850 hPa 지오포텐셜 고도자료를 사용하여 일별 지균풍 풍향을 계산하고 서풍(225°~315°)인 사례만을 선정하여 분석하였다.
- 0 m (EXP 10z0)로 각각 증가시키면서 민감도 실험을 수행하였다. 도시지역에 인공적인 열원을 주기 위하여 WRF 모델에 Urban Canopy Model (UCM)을 결합하였으며, Lee et al. (2009)이 제시한 서울 지역의 인위적인 열원을 1배 (EXP 1AH), 5배 (EXP 5AH), 10배 (EXP 10AH)로 설정하여 열원에 대한 민감도 실험을 수행하였다. 열원은 37.
- 도시화로 인해 발생되는 열섬효과와 거칠기 길이의 변화에 대한 기상장의 변화를 살펴보기 위하여 열원(Anthropogenic Heat, AH)의 추가와 지면거칠기(z0) 변화에 따른 민감도 실험을 수행하였다. 규준실험은 거칠기 길이가 0.
- 또한 관측자료 분석을 뒷받침하기 위해 WRF V3.0.1.1을 이용하여 수치모의를 수행하였다. 수치실험을 위한 모델 설계는 Fig.
- 그래서 본 연구에서는 우선 도시화 효과에 의한 강수변화를 이해하기 위해서 한반도 중부지역을 대상으로 수도권, 수도권 풍하측, 산악지역에 대한 36년간(1972~2007년)의 연평균 강수량을 이용하여 장기적인 강수량과 강수빈도의 변동성을 분석하였으며, 관측결과를 보완하기 위해 도시화 효과에 의한 풍하측 강수변동이 관측된 최적의 사례일을 선정하여 WRF (Weather Research and Forecasting) 모의를 수행하였다. 또한 지면거칠기 변화와 인위적인 열원을 추가하는 민감도 실험을 실시하여 도시화에 따른 약한 강수의 변화를 살펴보았다.
- 마찬가지 방법으로 인위적인 열원을 추가한 민감도 실험에서 도시 열섬효과를 분석하였다. Fig.
- 2절의 분석은 약한 강수경우의 장기적인 경향성에 대한 통계적 분석이라는 관측적인 한계를 가지고 있다. 이를 보완하고자 본 연구의 가설(연구방법에 제시된 조건)을 만족하는 최적사례로 2009년 2월 11일을 선정하고 WRF 모의를 수행하였다.
- 지면 거칠기 길이의 증가는 지면 마찰을 유도하며 역학적인 강제력을 유도할 수 있기 때문에 거칠기 길이 변화에 따른 연직속도, 수렴 및 구름수함량 변화를 분석하였다. Fig.
- 3333px;">-1(강한 강수)로 분류하여 7개 지점의 연중 누적강수량과 강수빈도를 계산하였다. 풍향과 강수의 등급에 따라 계산된 7개 분석 지역의 연 누적강수량과 강수빈도를 도시(서울, 인천, 수원)와 풍하측(춘천, 원주, 홍천)으로 구분지어 연평균한 후 강수등급별 연중 누적강수량(PA), 누적 강수빈도(PF), 풍상측과 풍하측의 강수량비(ErPA), 강수빈도 비(ErPF)등의 장기적인(36년간) 변동 경향성(Tr)을 분석하였다. ErPA와 ErPF은 아래 식 (2), (3)과 같이 계산한다.
- 한반도 중부지역에서 종관적인 풍향이 서풍일 조건에서 수도권과 수도권 풍하측, 산악지역에 대한 장기간의 연 누적강수량과 강수빈도를 분석하였고 연구가설을 뒷받침하는 최적의 사례를 선정하여 수치모의 및 민감도 실험을 수행하였다. 도시화 진행의 지표 중의 하나인 인구변동을 살펴본 결과 서울, 인천과 경기도 지역의 인구가 남한 인구의 약 50%를 차지하고 있으며, 인천과 경기도의 급격한 인구 증가로 수도권의 도시화가 꾸준히 진행 중임을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 7개 관측지점의 장기적인 강수량 및 강수빈도의 변동 경향을 강수강도 등급에 따라 살펴보기 위해 1972년부터 2007년까지 기상청에서 제공하는 일강수량 자료를 사용하였고 서풍조건을 선별하기 위하여 Fig. 1에 표시된 4개 격자점(■)의 850 hPa 지오포텐셜 고도값을 이용하여 식 (1)과 같이 지균풍 ug와 vg를 계산하였다.
- Fig. 1은 본 연구에 사용된 한반도 중부지방의 7개 관측지점(서울, 인천, 수원, 춘천, 원주, 홍천, 대관령)을 나타낸 것이며 지점에 대한 위·경도 및 고도와 분석에 사용된 기상변수의 관측 기간에 대한 정보를 Table 1에 제시하였다.
- 모델의 초기 입력 자료는 NCEP/NCAR (National Centers for Environmental Prediction/National Centers for Atmospheric Research)에서 제공하는 GFS (Global Forecast System) 분석 자료로써 6시간 간격, 1°× 1° 의 해상도를 갖는다.
- 모의실험을 위해 사례는 850 hPa의 풍향이 서풍을 유지하며, 서울, 원주, 대관령의 일 누적 강수량이 1 mm d−1이하로 강수 시작은 서울, 원주, 대관령 순으로 진행된 경우를 선정하였다.
- 수치실험을 위한 모델 설계는 Fig. 2와 같이 동서와 남북으로 격자가 각각 61 × 61의 30 km (영역 1), 88 × 82의 10 km (영역 2), 166 × 73의 3.3 km (영역 3)의 수평해상도를 가지며, 연직으로 28개 층으로 모델의 꼭대기 층 기압은 50 hPa이다.
- 열원은 37.52 N, 126.92E의 위·경도 중심으로 41개의 격자에 인위적 열원을 추가하여 실험하였고 총면적은 446.49 km2로 서울도심 영역을 의미한다.
데이터처리
- 는 변수(a)의 36년 평균값을 나타낸다. 또한 관측 자료의 통계적인 유의성 검토를 위해 PA, PF, ErPA와 ErPF의 회귀선에 대한 p값 (p-value)을 구하였다. 값은 ‘연변화경향이 없다’라는 귀무가설을 기각할 수 있는 유의수준(확률)을 의미하며, 값이 작아질수록(일반적으로< 0.
성능/효과
- 강수강도 구분에서 1 mm d−1 이하의 사례 중에서 시간당 1 mm 강수가 있는 경우와 10시간 동안 1 mm강수가 있는 경우에 대한 차이를 검토하기 위해 약한 강수(< 1mm d−1) 경우를 0.1-0.3 mm hr−1, 0.3-0.6 mm hr−1, 0.6-1 mm hr−1로 세분하여 빈도를 살펴본 결과 거의 대부분(약 75%)이 < 0.3 mm hr−1로 나타나, 대부분의 약한 강수 사례(< 1 mm d−1)가 0.3 mm hr−1 이하 사례에 해당되는 것을 확인하였다.
- 2) 경향성이 통계적으로 유의하지 않았다. 강한 강수의 연강수량이 도시지역, 도시 풍하측, 산악지역별로 각각 1.16% (R = 0.30), 0.96% (R = 0.27), 1.25% (R = 0.29)로 증가하는 것으로 나타났다. 이는 강한 강수의 강수량이 관측지역에서 모두 증가함을 알 수 있었으나, p값이 유의한 수준은 아니었다(p = 0.
- 서울의 인구는 1975년 689만 명에서 1990년 1060만 명으로 인구증가가 가속화된 후 점차 감소하여 2010년 970만 명에 이르렀지만 인천과 경기도는 지속적인 성장으로 2010년에 두 지역의 합이 서울 인구를 초과하는 1390만 명을 기록하였다. 결과적으로 2010년을 기준으로 보면 서울, 인천, 경기도는 한반도 인구의 절반가량이 집중되어 있어 도시화가 계속 진행 중임을 알 수 있었다. 대도시의 풍하측에 위치하고 있는 원주의 경우 서울, 인천, 경기도에 비해 인구증가와 밀집도는 크지 않았다.
- 도시 열섬 효과를 살펴보기 위한 인위적인 열원 변화에 따른 민감도 실험을 통해 수도권 풍하측 20~70 km에 수렴대와 연직속도의 증가를 확인하였으나 열원의 추가로 인한 대기중 온도의 증가에 의해 구름방울의 증발을 초래하고 구름수함량이 감소되는 것으로 생각된다. 결국, 민감도 실험 결과, 거칠기 길이에 따른 구름 및 강수변동에 비해 열섬효과에 따른 민감도 효과가 상대적으로 크게 나타나고 있음을 알 수 있었다.
- 구름 수함량은 5시에 약 0.45 g kg−1로 풍하측(약 110 km)으로 가장 많이 발달되는 것을 확인하였고 이는 도시 풍하측에 상승기류와 그로 인한 수렴대가 형성되면서 구름 수함량이 증가하는 것으로 생각된다.
- 2 mm −1 증가하는 것을 알 수 있었다. 누적강수량에 차이를 보였던 거칠기 길이를 10배 증가시킨 실험에 대한 연직 속도장과 발산장은 8시에 수렴대와 상승기류가 강화되는 것을 확인하였다 (Fig. 10). 도시지역의 지면거칠기 길이가 증가할수록 인천부근의 수렴대와 연직운동이 발달하면서 인천과 서울 사이에 구름수함량이 증가하였지만 강수량의 변화는 미미한 수준이었다.
- 5는 도시 풍하측과 도시의 강수량 및 강수빈도의 비(ErPA, ErPF)와 대관령과 도시 풍하측의 강수량과 강수빈도 비를 통해 장기간 강수의 변동성을 나타낸 것이다 (참조 Table 4). 도시의 풍하측 지역과 도시 지역의 약한 강수의 강수량에 대한 ErPA(D/U)은 0.49% (R = 0.20)로 장기간 증가하는 경향을 보였다. 이것은 약한 강수가 도시지역보다 도시의 풍하측 지역에서 과거에 비해서 현재 증가하고 있음을 의미한다.
- 한반도 중부지역에서 종관적인 풍향이 서풍일 조건에서 수도권과 수도권 풍하측, 산악지역에 대한 장기간의 연 누적강수량과 강수빈도를 분석하였고 연구가설을 뒷받침하는 최적의 사례를 선정하여 수치모의 및 민감도 실험을 수행하였다. 도시화 진행의 지표 중의 하나인 인구변동을 살펴본 결과 서울, 인천과 경기도 지역의 인구가 남한 인구의 약 50%를 차지하고 있으며, 인천과 경기도의 급격한 인구 증가로 수도권의 도시화가 꾸준히 진행 중임을 확인할 수 있었다.
- 풍향과 강수등급에 따라 1972~2007년 동안 도시지역, 풍하측, 산악지역의 강수량, 강수빈도, 풍하측과 풍상측의 강수량 및 강수빈도의 비를 살펴본 결과, 수도권 풍하측에서 지난 36년간 약한 강수의 연 누적강수량 및 강수 빈도가 유의한 수준에서 증가하고 있음을 확인하였다. 따라서 수도권에 대한 수도권 풍하측 강수량 및 강수빈도의 비 역시 증가한 반면에 수도권 풍하측에 대한 고산지대(대관령)의 강수량비 및 강수빈도 감소하는 경향이 나타났다. 이는 도시화 효과에 의해 도시 풍하측 지역의 약한 강수량 및 강수빈도가 증가하였기 때문으로 생각된다.
- 11). 또한 강한 강수의 발생빈도는 도시지역, 도시의 풍하측, 산악지역별로 각각 0.15% (R = 0.06), 0.54% (R = 0.22), 0.85% (R = 0.27)로 증가했다.
- 또한 약한 강수의 빈도에 대한 경향성은 수도권지역과 산악지역에서 각각 −0.46%, −0.68% 감소하는 반면, 풍하측은 0.53%로 증가하는 것으로 나타났다.
- 이는 도시화 효과에 의해 도시 풍하측 지역의 약한 강수량 및 강수빈도가 증가하였기 때문으로 생각된다. 본 연구의 가설 조건을 만족하는 2009년 2월 11일(golden day)에 대한 수치 모의 결과 수도권보다 풍하측지역에 상대적으로 강수량 및 강수빈도가 증가하는 것을 확인하였고 이를 뒷받침하는 풍하측의 강한 상승기류와 수도권의 약 60 km 부근에서 수렴대가 나타났으며, 더불어 구름수함량이 수도권 풍하측으로 뚜렷이 증가하는 것을 확인하였다. 지면거칠기 변화에 따른 기상요소의 변화는 거칠기 길이를 증가시킬수록 도시 지역에 수렴을 유발하고 구름수함량을 증가시키지만 강수에 미치는 영향은 미미한 수준이었다.
- 수도권의 풍하측(80~100 km)에 15 cm s−1의 강한 상승기류가 나타났으며, 발산장 역시 수도권으로부터 약 60 km 떨어진 부근에서 수렴대가 존재하는 것을 확인하였다.
- 약한 강수에서 도시의 풍하측 지역과 도시 지역 강수빈도의 ErPF(D/U)은 0.90% (R= 0.50)로 증가하는 것으로 나타났으며, 높은 상관계수와 낮은 p값(< 0.01)으로 통계적으로 유의한 수준임을 확인할 수 있었다.
- 약한 강수의 강수량에 대한 경향성(Tr)은 수도권과 수도권의 풍하측 지역의 각각 0.26%, 0.81%로 증가하는 것으로 나타났으며, 산악지역에서는 −0.28% 감소하는 것으로 나타났다.
- 9(d), (e), (f)는 인위적인 열원 증가에 따른 민감도 실험과 규준 실험의 일강수량 분포 차이를 나타낸 것인데, 인천과 서울사이의 강수량이 규준 실험에 비해 다소 증가하였지만, 도시 풍하측에서는 전반적으로 감소하였다. 열원의 증가로 인한 수렴장과 연직속도장 변화는 거칠기 길이에 대한 민감도 실험에 비해 큰 것으로 확인되었고 특히 열원이 10배로 증가하였을 때 도시의 풍하측에 수렴이 강화되면서 연직운동이 증가하였고, 반면 구름수함량은 도시와 그 주변으로 감소하는 것을 확인하였다 (Fig. 11의 8시). 이는 열원추가로 인하여 (열원을 10배 증가시킨 경우) 도시 풍하측 30~70 km 부근에서 대기의 온도가 대략 3°C 증가하면서 (Fig.
- 7는 규준실험의 일 누적 강수량 분포와 850 hPa의 수평 바람장을 나타낸 것이다. 주풍향인 서풍이 잘 모의되는 것을 확인할 수 있었고, 내륙으로 진입할수록 일 누적 강수량이 점차 증가하여 춘천, 홍천, 원주 영역에서 최대를 나타내었다. 누적강수량의 최대값은 5.
- 지면거칠기를 2배와 5배로 증가시켰을 때 규준 실험과 차이는 뚜렷하지 않았으나, 거칠기 길이를 10배로 증가시킨 경우 풍상측인 인천과 서울 중간부근의 강수가 약 0.2 mm −1 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 최적의 사례일은 850 hPa면의 주풍향이 서풍이며, 서울, 원주, 대관령의 강수량이 1 mm d−1 이하로 서울, 원주, 대관령 순으로 강수가 진행되었고, 서울의 강수는 3시부터 24시까지 진행되었으며 0.1 mm d−1가 관측되었다.
- 53%로 증가하는 것으로 나타났다. 특히 도시의 풍하측 지역이 통계적으로 유의한 수준(p = 0.02~0.04)에서 약한 강수의 강수량과 강수 빈도가 모두 증가하는 것을 알 수 있었다. 이것은 수도권의 도시화 진행으로 인한 열섬효과와 지면 거칠기 증가로 인해 수도권의 풍하측에 수렴대를 형성하여 약한 강수 빈도가 상대적으로 증가하는 것으로 추정된다.
- 풍향과 강수등급에 따라 1972~2007년 동안 도시지역, 풍하측, 산악지역의 강수량, 강수빈도, 풍하측과 풍상측의 강수량 및 강수빈도의 비를 살펴본 결과, 수도권 풍하측에서 지난 36년간 약한 강수의 연 누적강수량 및 강수 빈도가 유의한 수준에서 증가하고 있음을 확인하였다. 따라서 수도권에 대한 수도권 풍하측 강수량 및 강수빈도의 비 역시 증가한 반면에 수도권 풍하측에 대한 고산지대(대관령)의 강수량비 및 강수빈도 감소하는 경향이 나타났다.
후속연구
- 향후 최적의 사례들을 선정하여 추가적인 수치 모의가 필요할 것으로 보이며, 지형효과에 의한 강수변동이 연구결과에 일부 포함되어 있을 것으로 생각됨으로 지형을 제거한 민감도 실험이 추가적으로 필요할 것이다. 또한 강수에 미치는 도시화 효과에 대해 이해가 이루어진 후 도시화 효과를 배제한 에어로솔이 지형에 의해 유발되는 강수에 미치는 영향을 분석할 예정이다.
- 특히 구름 및 강수 변동이 민감하게 나타나는 영역이 규준실험(80~110 km) 보다 도시에 인접한 부근에 나타났다. 본 모델 실험은 연구 가설을 만족하는 특정 사례에 대한 파일럿 연구의 성격을 가지기 때문에 향후 다양한 민감도 실험이 필요하며, 지형을 제거하고 도시의 열원을 변화시키는 방법이나 도시의 거칠기를 증가시키면서 풍하측에서 일어나는 기상변수, 구름 및 강수 변동에 대한 상세 분석이 필요할 것이다.
- 즉, 도시 풍하측 지역의 약한 강수 증가는 수도권지역의 도시화 진행에 따른 기류의 수렴으로 풍하측 지대에 상대적으로 약한 강수빈도 및 강수량을 증가시켰을 것으로 추정된다. 이를 뒷받침하는 설명은 WRF 모의실험 및 민감도 분석결과가 포함된 다음 절에서 추가적으로 논의될 예정이다. ErPF(M/D)은 산악지역의 강수빈도 감소와 원주의 강수빈도 증가로 인하여 감소하는 것으로 나타났지만 약한 강수에 비해 중간 강수와 강한 강수의 경우는 회귀선에 대한 값이 높아 통계적 유의성을 찾기는 어려웠다.
- 향후 최적의 사례들을 선정하여 추가적인 수치 모의가 필요할 것으로 보이며, 지형효과에 의한 강수변동이 연구결과에 일부 포함되어 있을 것으로 생각됨으로 지형을 제거한 민감도 실험이 추가적으로 필요할 것이다. 또한 강수에 미치는 도시화 효과에 대해 이해가 이루어진 후 도시화 효과를 배제한 에어로솔이 지형에 의해 유발되는 강수에 미치는 영향을 분석할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.