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중규모 수치모델 WRF를 이용한 강원 지방 하층 풍속 예측 평가
Evaluation of Surface Wind Forecast over the Gangwon Province using the Mesoscale WRF Model 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.36 no.2, 2015년, pp.158 - 170  

서범근 (국립기상과학원 응용기상연구과) ,  변재영 (국립기상과학원 지구환경시스템연구과) ,  임윤진 (국립기상과학원 응용기상연구과) ,  최병철 (국립기상과학원 관측예보연구과)

초록
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큰 에디 모의과정을 포함한 WRF 모델 (WRF-LES)을 이용하여 수치모델의 수평공간 규모에 따른 대기경계층 모수화 실험과 LES 모의 결과를 지표층 근처의 풍속 예측에 대하여 비교하였다. 수치실험은 복잡한 산악지형과 해안지역을 포함하는 강원도 지역에서 수평해상도 1 km와 333 m 실험을 수행하였다. 수평해상도 1 km 실험은 대기경계층 모수화 방안을 채택하였으며, 333 m 실험에서는 LES를 이용하였다. 복잡한 산악지역에서의 풍속 예측의 정확성은 수평해상도 1 km 실험 보다 333 m 실험에서 향상되었으며 해안지역에서는 1 km 실험에서 관측과 더 일치하였다. 지표층 근처의 큰 난류를 직접 계산하는 LES 실험은 산악지역의 풍속예측 개선에 기여하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study evaluates the wind speed forecast near the surface layer using the Weather Research Forecasting with Large Eddy Simulation (WRF-LES) model in order to compare the planetary boundary layer (PBL) parameterization with the LES model in terms of different spatial resolution. A numerical simul...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 지역에 따라서는 모수화 방안에 의해서만 우수한 정확도의 지표층 풍속 예측이 가능하다고 사료된다. 그러므로, 효율적인 수치 모델 운영을 위하여 지역별로 모델 해상도에 따라 대기경계층 모수화 방안과 LES을 이용하여 하층 풍속을 모의하고 평가하고자 한다.
  • 대관령의 하층풍속에 대하여 수치모델의 모의 능력을 평가하기 위해서 지상 80 m의 수치모델의 해상도별 자료와 집중관측 자료를 서로 비교 및 검증하고자 한다. 관측자료는 라디오존데가 고도 별로 풍향, 풍속을 측정하므로 80 m 높이에 대한 자료를 산출할 수 있다.
  • 우리나라에서 강원도지역은 산악과 해안지역이 있으므로 지형구조가 다양하고 복잡하여 풍속은 지역별로 차이를 보인다. 본 연구는 강원도 지역을 대상으로 지형구조에 따른 예측정확도의 차이가 모델의 수평해상도에 따라 달라지는 것인지를 확인하기 위해서 수치모델을 이용하여 수평해상도 1 km와 333 m으로 예보 모의 조건을 각각 구성하고 하층 풍속을 평가하였다. 검증은 수평해상도별로 지역에 따라 강원도 산악지역에 위치한 풍력발전단지에서 집중 관측한 풍속자료와 그 주변 기상관측소들의 바람자료를 활용하여 지역별로 구분하여 비교 및 평가한다.
  • 우리나라 강원도 지역은 지형구조가 다양하고 복잡하므로 하층 풍속의 예측이 어렵다. 본 연구에서는 산지, 해안 등 다양한 지형구조를 갖는 강원도 일부 지역을 대상으로 해상도를 1 km와 333 m조건으로 각각 적용한 수치모델 실험을 이용하여 수평 해상도와 경계층 모수화 개선에 따른 하층 풍속의 예측 정확도를 평가하고자 한다.
  • 본 연구에서 수평해상도 1 km 영역은 MellorYamada-Janjic (MYJ) (Mellor and Yamada, 1974; Janjic, 2002) 행성경계층(Planetary Boundary Layer, PBL) 모수화 방안을 사용한 실험(1 km 실험조건, 이하 Exp_1km로 표기)으로 예측자료를 생산하였으며, 333 m 영역은 LES을 적용한 실험(333 m 실험조건, 이하 Exp_333m로 표기)으로 예측자료를 생산하였다. 여기서, 행성경계층 모수화 방안과 지면모델(Land Surface Model, LSM)은 Seo et al. (2010)에서 제시한 바와 같이 각각 MYJ와 RUC (Rapid Update Cycle; Smirnova et al, 2000)을 채택하면 풍속 예측 성능이 향상되었기 때문에 본 연구에서는 선행 연구 결과를 따른다. Exp_1km은 27-1 km 해상도 영역에 대하여 MYJ 방안을 사용하고 2-way 네스팅(nesting) 기법으로 모의하였으며, Exp_333m는 333 m 해상도 영역에 대하여 격자내에 난류를 모의할 수 있는 LES를 적용하고 Exp_1km에서 생산된 1 km 해상도 자료를 이용하는 1-way 네스팅 기법으로 모의하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지표층 풍속은 어떻게 활용할 수 있는가? 지표층 풍속은 지면 근처의 에어러졸 수송, 지면 토양 침식과 관련된 분석을 위한 자료제공과 대기-해양 또는 대기-지면의 상호 작용 연구에 활용될 수 있다(Halpern et al., 1994; Yin, 2000).
고해상도의 수치모델의 단점은 무엇인가? 즉, 대기경계층 난류의 직접 계산이 가능하다. 그러나, 해상도 증가와 난류과정의 직접 계산은 방대한 전산자원이 소모되는 단점이 있다.
대기경계층의 특징은 무엇인가? 대기경계층은 대기 오염을 비롯하여 인간 생활에 직접적인 영향을 미치는 공간이며 수치예보,기후 예측 등에도 결정적인 역할을 한다. 대기경계층의 예측에서 난류 재현은 가장 중요한 요소이며, 난류를 모의하기 위한 여러 방법이 있다.
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참고문헌 (25)

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  23. Yang, Q., Berg, L.K., Pekour, M., Fast J.D., and Newsom R.K., 2013, Evaluation of WRF-predicted near-hubheight winds and ramp events over a pacific northwest site with complex terrain. American Meteorological Society, 52, 1753-1763. 

  24. Yim, S.H.L., Fung, J.C.H., Lau, A.K.H., and Kot, S.C., 2007, Developing a high-resolution wind map for a complex terrain with a coupled MM5/CALMET system. Journal of Geophysical Research. 112, D05106, doi:10.1029/2006JD007752. 

  25. Yin, X., 2000, Surface wind speed over land: A global view. Journal of Applied Meteorology, 39, 1861-1865. 

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