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- 변동풍속자료는 연평균최대풍속이 발생한 날의 10분 평균의 최대치에 대한 원 자료가 아니고, 기상청에서는 그 날의 1분 평균풍속자료만을 보유하고 있었기 때문에 각 모집 단의 표본은 1440개를 획득 후, 연최대순간풍속을 포함하는 740개를 10분의 풍속이력으로 가정했다.
제안 방법
- 선정된 각 지점에 대한 태풍의 변동풍속자료는 기상청으로부터 획득했다. 기상청으로부터 획득한 변동풍속 자료는 연최대순간풍속과 연최대평균풍속이 같은 날 발생했기 때문에 각 모집단의 표본 1440개 중 년최대순간풍속이 속하는 740개 풍속자료를 10분 평균풍속으로 가정하여 난류특성과 파워스펙트럼을 구해 현재 세계적으로 이용되고 있는 모델과 비교 검토하였다.
- 본 논문에서 각 태풍의 변동풍속자료를 이용해 난류강도, 난류강도계수, 조도장, 난류 평균적 크기의 평가는 다음 식들을 이용했다.
- 태풍 매미(2003), 곰파스(2010), 텐빈(2012)이 우리나라를 통과할 때 발생된 변동풍속자료는 기상청으로부터 획득했으며, 이러한태풍의변동풍속시간이력은그림 2에서나타냈고, 본 절에서는 이 6개 지역의 10개 모집단에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 해석으로부터 정규화된 파워 스펙트럼을 구해 표 3의 대표적 모델인 본 칼만 스펙트럼들과 비교분석했다.
- 태풍과 같이 시간과 공간적으로 불규칙하게 작용하는 난류유동에 관한 이론은 1936년 테일러의 등방선 이론과 1941년 콜모고로프가 두 지점에서 난류속도 차이의 자승 평균을 두 지점 사이의 거리와 난류구조의 미세 특성 파라미터를 함수로 해서 비교적 간단한 난류 에너지 스펙트럼 모델에 관한 콜모고로프의 유사성 가설을 제안 했다. 이후 난류 모델을 기상학적 및 풍공학적 관점에 따라 발전되어왔다.
대상 데이터
- 따라서 본 논문에서는 최근 우리나라를 통과한 태풍 2003년 매미, 2010년 곰파스, 2012년 템빈의 변동풍속자료로부터 난류의 특성 및 스펙트럼의 평가를 알아보기 위하여 6개의 대표지점 여수, 서울, 청주, 원주, 대구, 속초로 선정했다. 선정된 각 지점에 대한 태풍의 변동풍속자료는 기상청으로부터 획득했다.
- 본 논문에서 이용한 태풍의 변동풍속자료는 우리나라를 통과한 매미(2003), 곰파스(2010), 템빈(2012)이며, 총 10개의 모집단이 이용되었고, 선정된 지점과 년도는 표 1에 나타냈고, 태풍경로는 그림 1에 나타냈다[1].
- 본 논문에서는 최근 2003(매미), 2010(곰파스), 2012(템 빈)에 우리나라를 통과한 태풍들의 특성을 평가하기 위하여, 태풍이 직접 통과한 지점으로 대구, 여수, 속초, 서울, 청주, 원주를 선정했으며, 선정된 지점에 대한 각 태풍의 변동풍속자료는 기상청으로부터 획득했다. 획득된 자료는 연평균최대풍속이 발생한 날의 자료이나, 이 자료들은 1분 평균의 자료이므로 순간최대풍속을 포함하는 풍속자료 표본 720개를 10분의 평균풍속으로 가정하여 난류의 특성들을 구해 비교분석한 결과 다음의 결론을 얻을 수 있었다.
- : 경도풍고도, α: C의 고도분포 지수, α': V(h)의 고도분포 지수를 나타낸다. 본 논문의 해석을 위해 선정한 6개 지점의 풍속계 높이와 지표면조도는 기상청자료로부터 서울(B,10), 청주(C,10), 여수(C,10), 원주(C,10), 대구(B,10), 속초(C,10) 조사됐다.
- 따라서 본 논문에서는 최근 우리나라를 통과한 태풍 2003년 매미, 2010년 곰파스, 2012년 템빈의 변동풍속자료로부터 난류의 특성 및 스펙트럼의 평가를 알아보기 위하여 6개의 대표지점 여수, 서울, 청주, 원주, 대구, 속초로 선정했다. 선정된 각 지점에 대한 태풍의 변동풍속자료는 기상청으로부터 획득했다. 기상청으로부터 획득한 변동풍속 자료는 연최대순간풍속과 연최대평균풍속이 같은 날 발생했기 때문에 각 모집단의 표본 1440개 중 년최대순간풍속이 속하는 740개 풍속자료를 10분 평균풍속으로 가정하여 난류특성과 파워스펙트럼을 구해 현재 세계적으로 이용되고 있는 모델과 비교 검토하였다.
이론/모형
- 평균화 스펙트럼과의 비교에서 본 칼만의 스펙트럼만 이용한 것은 표 3에서 나타내고 있는 대표적 스펙트럼들의 유형이 본 칼만의 스펙트럼을 기본으로 풍동실험 자료나 이론 및 경험을 통해 진동수 영역별 즉 저진동수 영역, 관성 소영역, 고진동수 영역의 물리적 영향을 고려해 나타내고 있기 때문이다. 따라서 본 논문에서는 우리나라를 통과한 태풍의 변동풍속에 대한 유형파악에 관한 기초적 연구로서 본 칼만의 스펙트럼을 이용했다. 그림 6으로부터 변동풍속자료에 의한 스펙트럼은 난류유동의 영향이 큰 저진동수 영역에서 매미(속초), 곰파스(원주)를 제외한 나머지 지역에서는 본 칼만의 스펙트럼보다는 크게 나타나는 사실을 확인할 수 있고, 저진동수 영역에서는 전체적으로 본 칼만의 스펙트럼이 크게 나타나는 사실을 확인할 수 있다.
성능/효과
- 그림 4의 (a)로부터 매미의 경우 대구 및 속초의 변동풍속은 주로 2-6(m/s) 영역에서 분포하나 여수의 경우는 높은 풍속이 확대영역에서 분포하는 사실을 확인할 수 있으며, 또한 모두 비정규분포하는 사실을 확인할 수 있다. (b)로부터 곰파스의 경우 주로 2.
- 그림 2의 (a)로부터 매미의 경우 우리나라 통과 초입에 있는 여수에서 최대풍속을 나타내고 있으며, 내륙을 통과하면서 지표면 조도장에 의해 변동풍속의 감소를 확인할 수 있다. (b)로부터 곰파스 통과 지점과 가장 가까운 서울에서 가장 크게, 청주 및 원주에서는 소멸성 변동풍속을 나타내고 있다. (c)로부터 템빈은 통과 초입을 지나 모두 내륙의 영역에서 유사한 형태의 변동풍속을 보이고 있다.
- 1. 각 태풍의 시간이력에서 비정상확율과정을 나타냈고, 확률분포에서 매미의 경우 대구 및 속초의 변동풍속은 주로 2-6(m/s)의 협대역에서 분포하나 여수는 높은 풍속이 확대역에서 분포하는 사실과 비정규분포성이 확인됐고, 곰파스의 경우 주로 2.5-7(m/s)의 협대역에서 분포하는 사실과 비정규분포성을 나타내고 있고, 템빈의 경우 주로 5-12(m/s) 확대역에서 분포하는 사실과 비교적 다른 경우보다 정규분포성으로 나타나는 사실을 알 수 있다.
- 2. 난류특성에서 난류강도의 경우 매미가 통과한 초입의 여수(0.32)보다 내륙의 대구(0.72) 및 속초(0.72)가 약 2배의 차이가 나타나 지표면조도의 영향이 가장 크게 작용한 것으로 생각되며, 다른 지역과 태풍의 경우 0.3-0.47 나타났다. 전체적으로 태풍통과의 초입지역(태풍경로)에서는 평균풍속 및 최대풍속이 크게 나타나지만 내륙지역을 통과 할 때 감소했으나 난류강도는 증가했는데 이는 지표면 조도의 영향이 크다는 사실을 확인할 수 있다.
- 3. 표 4와 그림 5로부터 각 태풍에 의한 파워스펙트럼의 최대값은 매미(대구 0.87, 여수 2.13, 속초 0.22), 곰파스(서울 2.10, 청주 1.66, 원주 0.51), 템빈(서울 1.67, 청주 1.15, 원주 1.83, 속초 2.50)으로 나타났는데, 최대변동풍속은 매미 37.8 m/s·곰파스 16 m/s·템빈 17.3 m/s로 나타났지만 전체적인 파워스펙트럼의 크기는 매미<곰파스<템빈 순으로 나타나 템빈의 에너지 분포가 가장 크게 작용했다는 사실을 확인할 수 있다.
- 4. 각 태풍의 실측된 변동풍속자료에 의한 파워스펙트럼과 현재 일반적으로 이용되고 있는 본 칼만 모델과 비교한 그림 6으로부터 매미의 속초와 곰파스의 원주에서는 본 칼만의 모델이 저진동수 영역 및 고진동수 영역에서 크게 나타난 사실을 알 수 있다. 나머지 지역의 파워 스펙트럼에서 저진동수 영역에서는 본 칼만의 모델이 적게 고진동수 영역에서는 크게 나타나는 사실을 확인할 수 있는데, 이는 본 칼만의 스펙트럼이 풍동실험의 정상불규칙성을 고려했지만, 실측된 변동풍속은 비정상확률과정 및 지표면 조도장의 영향으로 인해 고진동수 영역에서의 급격한 에너지 소실에 기인한 것으로 생각된다.
- 47 나타났다. 전체적으로 태풍통과의 초입지역(태풍경로)에서는 평균풍속 및 최대풍속이 크게 나타나지만 내륙지역을 통과 할 때 감소했으나 난류강도는 증가했는데 이는 지표면 조도의 영향이 크다는 사실을 확인할 수 있다. 평균의 조도장 0.
- 표 2로부터 매미의 경우 최대풍속은 여수가 제일 크지만 난류강도 즉 변동풍속의 불규칙성은 대구나 속초가 더 큰 것을 알 수 있는데, 이는 태풍통과의 초입지보다는 내륙에서의 조도장의 영향이 크다는 사실을 확인할 수 있다. 곰파스나 템빔의 난류강도는 유사하게 나타난 사실을 알 수 있다.
- 본 논문에서는 최근 2003(매미), 2010(곰파스), 2012(템 빈)에 우리나라를 통과한 태풍들의 특성을 평가하기 위하여, 태풍이 직접 통과한 지점으로 대구, 여수, 속초, 서울, 청주, 원주를 선정했으며, 선정된 지점에 대한 각 태풍의 변동풍속자료는 기상청으로부터 획득했다. 획득된 자료는 연평균최대풍속이 발생한 날의 자료이나, 이 자료들은 1분 평균의 자료이므로 순간최대풍속을 포함하는 풍속자료 표본 720개를 10분의 평균풍속으로 가정하여 난류의 특성들을 구해 비교분석한 결과 다음의 결론을 얻을 수 있었다.
후속연구
- 이는 본 칼만의 스펙트럼이 풍동실험의 정상불규칙성을 고려했지만, 실측된 변동풍속은 비정상확률과정 및 지표면 조도장의 영향으로 인해 고진동수 영역에서의 급격한 에너지 소실에 기인한 것으로 생각할 수 있다. 실측치에 보다 적절한 모델의 선정을 위해서 높이 변화, 방향, 시간, 에너지 분포 등등 다양한 파라미터와 표 3의 다양한 모델의 비교 검토의 필요성이 요구된다.
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