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제안 방법
- 남극대륙과 그 주변 해양을 포함하여 남반구 중위도 일부까지 실험 영역 1(domain 1)을 설정하였으며, 장보고 과학기지를 중심으로 9 km, 3 km 격자 간격의실험 영역 2와 3(domain 2, domain 3)을 구성하였다. 3개의 실험 영역은 측면 경계에서 기상변수 정보를 양 방향으로 전달하는 양방향 둥지체계(two-way nesting)로 구성하였으며, 각 실험영역의 연직 층 수는 44층이며 모형 상한은 10 hPa로 설정하였다. 모델의 초기 및 경계 자료로 유럽중기예보센터의 ERA Interim 자료(수평해상도~0.
- 구름 물리과정은 WSM5 (WRF Single Moment 5-Class cloud microphysics scheme) (Hong et al., 2003) 방안을, 적운대류 모수화 과정은 Grell-Freitas ensemble (Grell and Freitas, 2014) 방안을 27 km 격자에만 적용하였 으며, 9 km와 3 km 격자에는 적운대류 모화를 사용하지 않았다.
- 6). 남극대륙과 그 주변 해양을 포함하여 남반구 중위도 일부까지 실험 영역 1(domain 1)을 설정하였으며, 장보고 과학기지를 중심으로 9 km, 3 km 격자 간격의실험 영역 2와 3(domain 2, domain 3)을 구성하였다. 3개의 실험 영역은 측면 경계에서 기상변수 정보를 양 방향으로 전달하는 양방향 둥지체계(two-way nesting)로 구성하였으며, 각 실험영역의 연직 층 수는 44층이며 모형 상한은 10 hPa로 설정하였다.
- 테라노바베이 해안가에 위치한 장보고 기지의 AWS 관측지점의 실제 고도는 10 m로 실제 모델의 고도 값과 큰 차이를 보인다. 따라서 AWS 관측자료와 각 해상도의 모델 실험에서 모의된 지면기압을 동등하게 비교하기 위해 실제 지형과 모델 지형의 고도 차이에 대한 지면기압의 보정을 수행하였다. 정역학 방정식에서 밀도와 중력가속도를 상수로 가정하면 고도가 1 m 증가함에 따라 기압은 0.
- 수치모형의 격자 간격에따른 강풍 사례 모의 결과를 분석해 본 결과 지면기압 모의에 있어서 두 사례 모두 관측에 비해 과소 모의되는 경향을 보였으며, 특히 9 km 해상도 실험에서 가장 큰 음의 편차를 보였다. 모의된 지면기압이 관측에 비해 과소 모의된 특성을 보이는 원인을 살펴보기 위해 모델 실험에서 사용된 지형을 살펴보았다. 27 km, 9 km, 3 km 해상도 실험에서 각각 10분, 30초, 30초 해상도의 지형자료가 사용되었으며, 이러한 지형자료는 수치모형에 사용되기 위해 각 격자의 해상도에 맞게 내, 외삽되므로 각 해상도의 모델 격자마다 다른 지형 값을 보이며, 이러한 차이는 지형이 복잡한 지역일수록 큰 차이를 보인다.
- 본 연구에서는 Polar WRF를 이용하여 남극 지역에 대한 기상예보 및 성능 검증 수행 결과를 기술한 Bromwich et al. (2013)를 참조하여 시간적분 방안 및 물리과정을 설계하였다. 선정된 두 사례 기간에 대한 수치 모의 실험을 위해 매일 0000 UTC에 모형을 초기화하여 48시간의 적분을 수행하였으며, 스핀 업(spinup) 시간을 고려하여 초기 24시간은 제외하고 나머지 24시간 예측자료만을 분석에 활용하였다.
- 본 연구에서는 장보고 과학기지의 자동기상관측장 비에서 관측된 풍속 자료를 분석하여 관측이래 순간 최대 풍속의 최고 값(41.17 m s−1)을 기록한 사례와 일평균 최대 풍속 값(23.92 m s−1)을 기록한 강풍 사례를 선정하고, 이를 극 지역 모의를 위해 개발된 Polar WRF 수치모형을 이용하여 모의하였다.
- (2013)를 참조하여 시간적분 방안 및 물리과정을 설계하였다. 선정된 두 사례 기간에 대한 수치 모의 실험을 위해 매일 0000 UTC에 모형을 초기화하여 48시간의 적분을 수행하였으며, 스핀 업(spinup) 시간을 고려하여 초기 24시간은 제외하고 나머지 24시간 예측자료만을 분석에 활용하였다. 실험 수행에서 사용된 물리과정은 다음과 같다.
- 선택한 사례의 수치모의 성능을 살펴보기 위해 우선 각 사례별 바람, 기압의 공간 분포를 살펴보았다. Figure 7은 사례1(CASE1) 기간 중 10분 최대 풍속 값을 기록한 2010년 9월 9일의 3 km 격자 실험결과로, 6시간 간격의 해면기압과 10 m 고도의 풍속, 풍향을 나타낸다.
- 수치모형의 다양한 크기의 수평격자 간격에 따른강풍 사례 모의 결과의 차이를 살펴 보기 위해 27 km, 9 km, 3 km 해상도의 모의 결과를 분석하였다. Figures 11과 12는 수치 모의의 수평 해상도 변화에 따른 모의 결과를 AWS 관측과 비교한 것으로 각각 CASE1, CASE2에 대하여 Fig.
- 125 hPa 감소하게 된다. 이를 적용해 각 해상도에서 모의된 실험의 지형 고도와 관측 고도와의 차이에 대해 지면 기압의 고도 보정을 수행하였으며, Fig. 13은 CASE2에 대해 고도보정이 적용된 지면기압을 나타낸다. 보정 전의 결과(Fig.
- 본 연구에서는 장보고 과학기지에 설치, 운영되어 오고 있는 자동기상관측장비(Automatic Weather Station: AWS)에서 관측된 풍속 자료를 분석하여 특징적인 강풍사례를 선정하고, 이를 극지역 모의를 위해 개발된 Polar WRF (Weather and Research Forecasting) 수치 모형을 이용하여 모의하였다. 이를 통해 장보고 과학 기지 주변의 강풍 사례의 원인을 분석하고, 관측자료와의 비교를 통해 재분석 자료와 중규모 수치모델을 이용한 역학적 상세화(downscaling) 기법을 이용해 생산된 국지 바람장의 검증을 수행하였다.
- 92 m s−1)을 기록한 강풍 사례를 선정하고, 이를 극 지역 모의를 위해 개발된 Polar WRF 수치모형을 이용하여 모의하였다. 이를 통해 장보고 과학기지 주변의 강풍 사례의 원인을 분석하였으며, 관측 자료와의 비교 분석을 통해 중규모 모델을 이용한 역학적 상세화 기법으로 생산된 국지 바람장의 검증을 수행하였다.
- 장보고 기지에서 강풍 모의 결과 검증 및 상세 분석을 위해 관측 자료와의 비교, 분석을 수행하였다. Figure 9는 CASE1에 대한 장보고 기지의 AWS 관측, 3 km 해상도의 수치 모의 결과, ERA-interim 재분석장의 풍속, 지면 기압, 풍향의 시계열을 나타낸다.
대상 데이터
- 강풍사례의 선정과 모의를 위해 장보고 기지에서 운영되고 있는 AWS 관측자료를 분석하였다.
- 모델의 초기 및 경계 자료로 유럽중기예보센터의 ERA Interim 자료(수평해상도~0.75°)를 사용하였다.
- 사례 선정을 위해 2010년 2월부터 2015년 2월 기간에 관측된 풍속 시계 열을 분석하여 10분 최대 순간 풍속 값의 최고 값(41.17 m s−1)을 기록한 사례(2010년 9월 9일, CASE1)와 일평균 풍속 값의 최고 값(23.92 m s−1)을 기록한 사례(2010년 8월 20일, CASE2)를 선정하였다.
- 수치 모의를 위해 각각 27 km, 9 km, 3 km의 격자 간격을 갖는 3개의 실험 영역을 구성하였다(Fig. 6). 남극대륙과 그 주변 해양을 포함하여 남반구 중위도 일부까지 실험 영역 1(domain 1)을 설정하였으며, 장보고 과학기지를 중심으로 9 km, 3 km 격자 간격의실험 영역 2와 3(domain 2, domain 3)을 구성하였다.
이론/모형
- 본 연구를 위해 미국 오하이오 주립 대학(Ohio State University)의 Byrd Polar and Climate Research Center 의 Polar Meteorology Group 에서 개발된 Polar WRF 모델(version 3.7)을 사용하였다. Polar WRF 모형은 중규모 대기현상을 고해상도로 연구하고 예측하기 위해 개발된 WRF 모형(Skamarock et al.
- 본 연구에서는 장보고 과학기지에 설치, 운영되어 오고 있는 자동기상관측장비(Automatic Weather Station: AWS)에서 관측된 풍속 자료를 분석하여 특징적인 강풍사례를 선정하고, 이를 극지역 모의를 위해 개발된 Polar WRF (Weather and Research Forecasting) 수치 모형을 이용하여 모의하였다.
- 지표면 모형(Land surface model: LSM)은 극지역에 맞게 수정된 Noah LSM (Bromwich et al., 2009)을 사용하였으며, 복사 모수화 방안으로는 RRTMG 방안(Iacono et al., 2008)을 장파복사 및 단파복사에 동일하게 적용하였다.
- , 2008)을 장파복사 및 단파복사에 동일하게 적용하였다. 행성경계층 모수화 방법은 Mellor-Yamada-Janjic TKE (Janjic, 1994) 방안을, 지표면 물리방안(surface layer scheme)으로는 Monin-Obukhov (Monin and Obukhov, 1954) 방안을 적용하였다. 실험구성 및 물리 모수화 방안에 대한 상세한 정보는 Table 1과 2에 각각 요약하여 기술하였다.
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