태풍시 발생하는 해상풍 산출을 위해서는 태풍 모의 기법을 이용하며, 이 경우 Holland 모델은 비교적 정확도 높은 태풍 모의가 가능하게 한다. 태풍 모의를 위한 가용 정보로는 JTWC(Joint Typhoon Warning Center, USA)와 RSMC(Regional Specialized Meteorological Center, Japan) 최적경로자료가 있으며, 두 자료는 매개변수 산정 방법과 제공하는 태풍인자가 약간 다르다. 본 연구에서는 RSMC 최적경로자료에서 제공하는 풍속 25 m/s와 15 m/s에 해당하는 반경을 Holland 모형에 각각 대입하여 구성되는 2개의 비선형 방정식을 구성하였으며, 구성된 방정식의 해에 해당하는 최대풍속반경은 Newton-Raphson 기법을 이용하여 산출하였다. 본 방법은 일본 기상청(JMA)에서 제공하는 태풍 풍속프로파일에 근거하여 산출된 결과로서 타 방법에 의하여 산출된 결과보다 태풍 매개변수의 공간적, 시간적 변화에 능동적으로 반응하여 태풍의 특성을 보다 잘 반영하는 것으로 나타났다. RSMC 최적경로 자료를 이용할 경우, 본 방법은 태풍모의 입력 자료의 일관성도 확보할 수 있기 때문에 최대풍속 반경 산출에 합리적일 것으로 판단된다.
태풍시 발생하는 해상풍 산출을 위해서는 태풍 모의 기법을 이용하며, 이 경우 Holland 모델은 비교적 정확도 높은 태풍 모의가 가능하게 한다. 태풍 모의를 위한 가용 정보로는 JTWC(Joint Typhoon Warning Center, USA)와 RSMC(Regional Specialized Meteorological Center, Japan) 최적경로자료가 있으며, 두 자료는 매개변수 산정 방법과 제공하는 태풍인자가 약간 다르다. 본 연구에서는 RSMC 최적경로자료에서 제공하는 풍속 25 m/s와 15 m/s에 해당하는 반경을 Holland 모형에 각각 대입하여 구성되는 2개의 비선형 방정식을 구성하였으며, 구성된 방정식의 해에 해당하는 최대풍속반경은 Newton-Raphson 기법을 이용하여 산출하였다. 본 방법은 일본 기상청(JMA)에서 제공하는 태풍 풍속프로파일에 근거하여 산출된 결과로서 타 방법에 의하여 산출된 결과보다 태풍 매개변수의 공간적, 시간적 변화에 능동적으로 반응하여 태풍의 특성을 보다 잘 반영하는 것으로 나타났다. RSMC 최적경로 자료를 이용할 경우, 본 방법은 태풍모의 입력 자료의 일관성도 확보할 수 있기 때문에 최대풍속 반경 산출에 합리적일 것으로 판단된다.
Typhoon simulation method is widely used to estimate sea surface wind speeds during the typhoon periods. Holland (1980) model has been regarded to provide relatively better results for observed wind data. JTWC or RSMC best track data are available for typhoon modeling, but these data show slightly d...
Typhoon simulation method is widely used to estimate sea surface wind speeds during the typhoon periods. Holland (1980) model has been regarded to provide relatively better results for observed wind data. JTWC or RSMC best track data are available for typhoon modeling, but these data show slightly different because the data generation process are different. In this paper, a Newton-Raphson method is used to solve the two nonlinear equations based on the Holland model that is formed by the two typhoon parameters, i.e. the longest radius of 25 m/s and 15 m/s wind speeds, respectively. The solution is the radius of maximum wind speed which is of importance for typhoon modeling. This method is based on the typhoon wind profile of JMA and it shows that Holland model appears to fit better the characteristics of typhoons on the temporal and spatial changes than that of the other models. In case of using RSMC best track data, the method suggested in this study shows better and more reasonable results for the estimation of radius of maximum wind speed because the consistency of the input data is assured.
Typhoon simulation method is widely used to estimate sea surface wind speeds during the typhoon periods. Holland (1980) model has been regarded to provide relatively better results for observed wind data. JTWC or RSMC best track data are available for typhoon modeling, but these data show slightly different because the data generation process are different. In this paper, a Newton-Raphson method is used to solve the two nonlinear equations based on the Holland model that is formed by the two typhoon parameters, i.e. the longest radius of 25 m/s and 15 m/s wind speeds, respectively. The solution is the radius of maximum wind speed which is of importance for typhoon modeling. This method is based on the typhoon wind profile of JMA and it shows that Holland model appears to fit better the characteristics of typhoons on the temporal and spatial changes than that of the other models. In case of using RSMC best track data, the method suggested in this study shows better and more reasonable results for the estimation of radius of maximum wind speed because the consistency of the input data is assured.
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제안 방법
1007) 정보를 이용하였으며 Holland 모델에 유한차분기법을 적용하여 최대풍속반경 매개변수인 A, B를 산정하였다. 또한 산정된 결과는 기타 최대풍속반경 산정 경험 공식들과 비교하였으며 각 방법들의 특성을 분석하였다.
태풍 모의는 설계 풍속 산정 등 장기간 태풍 자료가 요구될 때 수행하게 된다. 본 연구에서는 JTWC와 RSMC 최적 경로자료에 대하여 상호 비교 및 자료 특성을 파악하였으며, 최대풍속반경을 산정한 후, 기존 경험식들과 비교하였다. 이를 통하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이처럼 B의 선택이 태풍의 과대 또는 과소 평가의 중요한 역할을 하기 때문에 태풍의 특성을 고려하여 적합한 B의 값 산출이 필요하다. 본 연구에서는 RSMC 최적경로자료의 15 m/s와 25 m/s의 풍속과 장반경 정보를 이용하여 A, B를 추정하였다. 두 값을 식 (10) 에 대입하면 미지수, A, B에 대한 두 개의 비선형방정식이 나타난다.
본 연구에서는 국내 서남해안 지역에 큰 영향을 미친 2010~2012년 태풍 BOLAVEN, MEARI, KOMPASU에 대하여 최대풍속반경을 산정하였다. 자료로는 A, B 추정이 가능한 비선형 방정식의 형태를 수립할 수 있는 정보(15 m/s와 25 m/s의 풍속과 장반경)를 제공하는 RSMC 데이터를 사용하였다.
한편, JTWC에서는 2001년 이후부터 최대풍속반경을 제공하고 있다. 본 연구에서는 태풍 BOLAVEN, MEARI, KOMPASU를 대상으로, 경험 공식과 JTWC의 최대풍속반경 정보 그리고 Holland model을 적용한 결과를 비교하였다. Holland model에 의해 산정된 값은 Anthes, Graham and Nunn, JTWC값과 각각 57.
이러한 차이는 다른 변수들의 산출에 더 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다. 본 연구에서는 태풍 BOLAVEN, MEARI, KOMPASU의 RSMC와 JTWC 최적경로자료를 상호 비교해 보았으며 Fig. 3에 상기 3개 태풍의 최대풍속 비교 결과를 도시하였다. 그 결과 최대풍속의 경우, JTWC의 자료가 RSMC 자료에 비해 약 15.
대상 데이터
본 연구에서는 국내 서남해안 지역에 큰 영향을 미친 2010~2012년 태풍 BOLAVEN, MEARI, KOMPASU에 대하여 최대풍속반경을 산정하였다. 자료로는 A, B 추정이 가능한 비선형 방정식의 형태를 수립할 수 있는 정보(15 m/s와 25 m/s의 풍속과 장반경)를 제공하는 RSMC 데이터를 사용하였다. JTWC에서도 35, 50, 65, 100 kts(= 17.
이론/모형
국내의 경우, KORDI(2005)에서 최대풍속 태풍 반경을 산정한 바 있으며, 식 (1)과 같이 표현되는 Original Rankin vortex model(R. W. Schloemer model)의 해면기압 분포식을 이용하여 추정하였다.
JTWC의 경우, 1분 평균 풍속에서 최대지속풍속을 산출하는 반면, RSMC에서는 10분 평균 풍속을 사용하여 최대지속풍속을 산출한다. 또한 기상예측 수치모델로는 JTWC는 경압성(baroclinic model)과 순압성 역학 모델로 구성된 CONW라 불리는 수치 모델을 사용한다. 또한 경압성 모델로는 NOGAPS, GFDN, GFS, JGSM, UKMET, 그리고 ECMWF 모델을 사용하고 있으며 순압성 모델로는 the Weber Barotropic Model WBAR)을 사용하고 있다.
본 연구에서는 Holland(1980) 모델의 파라미터 A, B와 rmax를 추정하기 위하여 일본 기상청의 RSMC 최적경로자료에서 제공하는 태풍 정보 중 국내 서남해안 지역에 영향을 미친 2010~2012년의 태풍 BOLAVEN(TY No. 1215), MEARI(TY No. 1105), KOMPASU(TY No. 1007) 정보를 이용하였으며 Holland 모델에 유한차분기법을 적용하여 최대풍속반경 매개변수인 A, B를 산정하였다. 또한 산정된 결과는 기타 최대풍속반경 산정 경험 공식들과 비교하였으며 각 방법들의 특성을 분석하였다.
두 값을 식 (10) 에 대입하면 미지수, A, B에 대한 두 개의 비선형방정식이 나타난다. 이 비선형 방정식은 가장 널리 사용하는 수치해석법 중의 하나인 Newton-Raphson 법을 이용하여 근을 계산하였으며, 초기값을 가정(A = 150, B = 1)한 후, 반복계산을 수행하여 A, B를 산출하였다.
성능/효과
(2) RSMC 최적경로자료는 25 m/s와 15 m/s의 풍속 및 장 반경을 제공하고 있으며, 태풍 프로파일 모델인 Holland model에 적용하면 RSMC에서 정의한 태풍의 풍속 프로파일 작성이 가능하다. 따라서, RSMC 최적경로자료를 이용하여 태풍 모의를 수행할 경우, 태풍 모의 입력자료 특성의 일관성을 유지 할 수 있다.
(4) 최대풍속반경의 시간적 변화양상을 살펴본 결과, Anthes 식은 Holland model 값과 비슷한 경향을 보였으며, Anthes 와 Holland model에 의한 추정값이 중심기압의 영향을 가장 잘 표현하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 Graham and Nunn 식에 의해 추정된 값은 태풍의 변화를 무시한 채 계속 증가하는 형태를 보이고 중심기압의 변동영향이 크게 반영되지 않는 것으로 나타났다.
(5) 태풍의 대한 정확한 모의는 사실상 거의 불가능하다. 또한 자료의 명확한 해설과 관측값이 부족하기 때문에 각 결과치의 우수성을 논하기엔 무리가 있으며, 자료 특성을 파악하여 사용자가 목적에 따라 적절히 사용할 필요가 있을 것으로 판단된다.
5~7은 각 방법들에 의해 계산된 최대풍속 반경을 비교한 것이다. Anthes 식에 의해 계산 된 값은 Holland model에 의해 계산한 값보다 상대오차가 57.96 %로 상대적으로 큰 오차를 보이고 있었으며, Graham and Nunn과 Holland model에 의해 추산된 값들은 약 30.54%의 오차를 보였다. 또한 JTWC에서 제공하는 최대풍속반경과는 36.
2010년 태풍 KOMPASU의 경우, Anthes 와 Graham and Nunn, JTWC의 값이 Holland 식에 의해 산정된 값에 비해 비교적 크게 산정되었으며, 이 경우 역시 Anthes와 Holland식에 의한 값이 비슷한 경향을 보이고 있었다. 전체적으로 Anthes와 Holland 식에 의한 값이 비슷한 경향을 보이며 중심기압의 영향을 잘 표현하고 있는 것으로 나타났으며, Anthes식의 경우 다른 방법에 비해 최대풍속반경의 값을 크게 산정하고 있다. 한편, Graham and Nunn 경험 식에 의한 값은 중심기압의 변화와 상관없이 증가하는 성향을 보였으며, 태풍이 소멸 단계인 경우, 최대풍속 반경의 신뢰도가 저하되는 것으로 나타났다.
2012년 태풍 BOLAVEN의 경우, Anthes의 식이 가장 큰 최대풍속반경을 산정하고 있으며, JTWC, Graham and Nunn 그리고 본 연구에서 제시한 Holland식이 비슷한 값을 보이고 있었다. 중심기압과의 관계에 따라, 중심기압이 상승하면 최대풍속 반경도 상승하는 태풍의 성향을 고려한다면, Holland와 Anthes의 식에 의해 추정된 값이 비슷한 경향을 보이며 중심기압에 대한 영향을 잘 표현하고 있는 것으로 나타났다. 2011년 태풍 MEARI의 경우, Holland 식을 이용한 방법과 Graham and Nunn, JTWC의 값이 Anthes의 식에 비해 작게 산정되었다.
그러나 JTWC 는 미국 정부의 필요 목적에 운영되어지고 있어 세계 기상 자료와는 상이한 정보를 제공한다. 최대풍속 산정의 경우, JTWC는 1분 평균 풍속을 제공하는 반면 JMA에서는 10분 평균 풍속을 제공하고 있어 JTWC의 최대지속풍속은 RSMC의 자료에 비해 약 15.5% 높게 추정되는 결과를 보였다. 이러한 차이는 다른 변수들의 산출에 더 큰 영향을 미칠 것으로 판단되며 태풍 모의시 이러한 특성을 적절히 반영할 필요가 있다.
전체적으로 Anthes와 Holland 식에 의한 값이 비슷한 경향을 보이며 중심기압의 영향을 잘 표현하고 있는 것으로 나타났으며, Anthes식의 경우 다른 방법에 비해 최대풍속반경의 값을 크게 산정하고 있다. 한편, Graham and Nunn 경험 식에 의한 값은 중심기압의 변화와 상관없이 증가하는 성향을 보였으며, 태풍이 소멸 단계인 경우, 최대풍속 반경의 신뢰도가 저하되는 것으로 나타났다.
후속연구
(5) 태풍의 대한 정확한 모의는 사실상 거의 불가능하다. 또한 자료의 명확한 해설과 관측값이 부족하기 때문에 각 결과치의 우수성을 논하기엔 무리가 있으며, 자료 특성을 파악하여 사용자가 목적에 따라 적절히 사용할 필요가 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태풍 모델의 주요 목적은?
이 자료들은 태풍 모델의 입력 자료가 되어 태풍 모의에 활용되어진다. 한편, 태풍 모델의 주요 목적은 해상 구조물이 설치될 지점에서 발생하는 최대 풍속을 추정하는 것이기 때문에 태풍 정보를 이용하여 풍속 프로파일을 정확하게 정의할 필요가 있다. 태풍 시 풍속 프로파일과 최대풍속에 대한 정의는 Fig.
태풍 모의를 위한 가용 정보로는 무엇이 있는가?
태풍시 발생하는 해상풍 산출을 위해서는 태풍 모의 기법을 이용하며, 이 경우 Holland 모델은 비교적 정확도 높은 태풍 모의가 가능하게 한다. 태풍 모의를 위한 가용 정보로는 JTWC(Joint Typhoon Warning Center, USA)와 RSMC(Regional Specialized Meteorological Center, Japan) 최적경로자료가 있으며, 두 자료는 매개변수 산정 방법과 제공하는 태풍인자가 약간 다르다. 본 연구에서는 RSMC 최적경로자료에서 제공하는 풍속 25 m/s와 15 m/s에 해당하는 반경을 Holland 모형에 각각 대입하여 구성되는 2개의 비선형 방정식을 구성하였으며, 구성된 방정식의 해에 해당하는 최대풍속반경은 Newton-Raphson 기법을 이용하여 산출하였다.
항공기를 이용한 직접 관측 방법의 단점은?
또 다른 방법 중의 하나인 항공기를 이용한 직접 관측은 약 3 km 고도를 비행하는 항공기를 이용하여 태풍 특성을 관측한다. 그러나 이 방법 역시 고비용 및 위험성, 효율성 등의 문제가 발생하기 때문에 이용에 제약이 따른다.
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