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[국내논문] 시간 고해상도 라디오존데 관측 자료를 이용한 WRF 모델 행성경계층고도 정확도 평가
Accuracy Assessment of Planetary Boundary Layer Height for the WRF Model Using Temporal High Resolution Radio-sonde Observations 원문보기

대기 = Atmosphere, v.26 no.4, 2016년, pp.673 - 686  

강미선 (국립기상과학원 응용기상연구과) ,  임윤규 (국립기상과학원 응용기상연구과) ,  조창범 (국립기상과학원 응용기상연구과) ,  김규랑 (국립기상과학원 응용기상연구과) ,  박준상 (국립기상과학원 응용기상연구과) ,  김백조 (국립기상과학원 응용기상연구과)

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Understanding limitation of simulation for Planetary Boundary Layer (PBL) height in mesoscale meteorological model is important for accurate meteorological variable and diffusion of air pollution. This study examined the accuracy for simulated PBL heights using two different PBL schemes (MYJ, YSU) i...

주제어

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문제 정의

  • 현재 우리나라 기상청에서는 백령도, 흑산도, 고산, 포항, 속초에서 일 2회 정규 고층기상관측을 실시하고 있으나 국지규모 기상현상에 활용하기에는 시 · 공간적인 제약이 따른다. 따라서 낙동강 중류에서 3시간 간격으로 수행한 고층기상관측자료로부터 산정된 PBL 고도를 이용하여 평가하고자 한다. 또한 YSU 방안을 대상으로 연직 분석을 통해 PBL 고도 오차원인을 파악하고, PBL 고도 오차를 줄이기 위한 방안으로 라디오 존데 자료를 이용한 자료동화(FDDA, Four-Dimensional Data Assimilation) 실험을 수행하고자 한다.
  • 본 연구에서는 낙동강 수변지역에서 관측한 시간고해상도 라디오존데 자료를 이용하여 WRF 모델의 MYJ, YSU PBL 방안에 따른 PBL 고도 정확도를 평가하였다. 또한 YSU PBL 방안을 대상으로 라디오존데 자료를 이용하여 FDDA 수행하였고 이를 통해 PBL 고도의 정확도를 향상시키고자 하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
  • 따라서 낙동강 중류에서 3시간 간격으로 수행한 고층기상관측자료로부터 산정된 PBL 고도를 이용하여 평가하고자 한다. 또한 YSU 방안을 대상으로 연직 분석을 통해 PBL 고도 오차원인을 파악하고, PBL 고도 오차를 줄이기 위한 방안으로 라디오 존데 자료를 이용한 자료동화(FDDA, Four-Dimensional Data Assimilation) 실험을 수행하고자 한다.
  • 본 연구에서는 낙동강 수변지역에서 관측한 시간고해상도 라디오존데 자료를 이용하여 WRF 모델의 MYJ, YSU PBL 방안에 따른 PBL 고도 정확도를 평가하였다. 또한 YSU PBL 방안을 대상으로 라디오존데 자료를 이용하여 FDDA 수행하였고 이를 통해 PBL 고도의 정확도를 향상시키고자 하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
  • 본 연구에서는 중규모 기상모델의 PBL 고도 산정방식에 따른 정확도를 평가하기 위하여, PBL 모수화 방안 중 가장 많이 사용하고 있는 MYJ (MellorYamada-Janjic) PBL (Janjic, 1990) 방안과 YSU (YonSei University) PBL (Hong et al., 2006) 방안을 대상으로 모델 PBL 고도 정확도를 평가하고자 한다. 현재 우리나라 기상청에서는 백령도, 흑산도, 고산, 포항, 속초에서 일 2회 정규 고층기상관측을 실시하고 있으나 국지규모 기상현상에 활용하기에는 시 · 공간적인 제약이 따른다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Parcel 방법이란 무엇인가? 관측 PBL 고도는 Parcel 방법을 이용하여 산정하였고, 이를 벌크 리차드슨 수(Rib; Bulk richardson number) 방법과 비교하였다. Parcel 방법은 온도, 비습 등의 난류 혼합에 의해 직접적으로 영향을 받는 물리량의 연직 분포로 PBL 고도를 결정하는 방법으로, PBL 내에서는 난류에 의해 열, 수증기, 운동량이 연직으로 균일하게 혼합되므로 상층관측으로부터 얻은 온위와 혼합비의 연직 분포를 이용하여 PBL 고도를 결정할 수 있다 (Benkley and Schulman, 1979; Lohou et al., 1998).
MYJ PBL 방안은 무엇을 이용하여 열과 수분 속을 계산하는가? MYJ PBL 방안은 국지 1.5차수 국지 종결 방안으로서 TKE (Turbulent Kinetic Energy) 진단 방정식을 이용하여 열과 수분 속을 계산한다. 열과 수분 속을 계산하기 위한 방정식은 혼합 항을 포함하고 있기 때문에 큰 맴돌이 효과를 나타낼 수 있다.
본 연구에서 적용한 WRF 모델의 도메인은? WRF는 비정역학 모델로 미규모, 중규모 기상 현상을 모의하기에 적합하다. 도메인은 단일 도메인으로 PBL 고도 모의에 있어서 종관 변화를 반영하기 위하여 우리나라 전역을 포함하였다(Fig. 1).
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참고문헌 (31)

  1. Benkley, C. W., and L. L. Schulman, 1979: Estimating hourly mixing depths from historical meteorological data. J. Appl. Meteorol., 18, 772-780. 

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  4. Chen, F., and J. Dudhia, 2001: Coupling an advanced land surface-hydrology model with the Penn State-NCAR MM5 modeling system. Part : Model implementation and sensitivity. Mon. Wea. Rev., 129, 569-585. 

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  6. Garcia-Diez, M., J. Fernandez, L. Fita, and C. Yague, 2013: Seasonal dependence of WRF model biases and sensitivity to PBL schemes over Europe. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 139, 501-514. 

  7. Hong, S.-Y., 2010: A new stable boundary-layer mixing scheme and its impact on the simulated East Asian summer monsoon. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 136, 1481-1496. 

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  9. Hong, S.-Y., and S.-W. Kim, 2008: Stable boundary layer mixing in a vertical diffusion scheme. In 18th Symposium on Boundary Layers and Turbulence B, 16. 

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  11. Hwang, Y. J., J. C. Ha, Y. H. Kim, K. H. Kim, E. H. Jeon, and D. E. Chang, 2011: Observing system experiments using KLAPS and 3DVAR for the upper-air observations over the south and west sea during ProbeX-2009. Atmosphere, 21, 1-16 (in Korean with English abstract). 

  12. Janjic, Z. I., 1990: The step-mountain coordinate: physical package. Mon. Wea. Rev., 118, 1429-1443. 

  13. Janjic, Z. I., 2002: Nonsingular implementation of the Mellor-Yamada level 2.5 scheme in the NCEP Meso model. NCEP office note, 437, 61 pp. 

  14. Kaimal, J. C., and J. J. Finnigan, 1994: Atmospheric Boundary Layer Flows: Their Structure and Measurement. Oxford University Press, 289 pp. 

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  20. Lim, K.-S. S., and S.-Y. Hong, 2010: Development of an effective double-moment cloud microphysics scheme with prognostic cloud condensation nuclei (CCN) for weather and climate models. Mon. Wea. Rev., 138, 1587-1612. 

  21. Lim, Y. K., S. K. Song, and S. O. Han, 2014: Data assimilation effect of mobile rawinsonde observation using unified model observing system experiment during the summer intensive observation period in 2013. J. Korean Earth Sci. Soc., 35, 215-224 (in Korean with English abstract). 

  22. Lohou, F., B. Campistron, A. Druilhet, P. Foster, and J. P. Pages, 1998: Turbulence and coherent organizations in the atmospheric boundary layer: a radar-aircraft experimental approach. Bound.-Layer Meteor., 86, 147-179. 

  23. Min, K. D., S. H. Kim, K. E. Kim, and B. H. Kwon, 1999:Seasonal and local characteristics of atmospheric mixed layer over Kyungpook province. J. Korean Meteor. Soc., 35, 539-548 (in Korean with English abstract). 

  24. Mlawer, E. J., S. J. Taubman, P. D. Brown, M. J. Iacono, and S. A. Clough, 1997: Radiative transfer for inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated-k model for the longwave. J. Geophys. Res., 102, 16663-16682. 

  25. Moon, N., S. Kim, and J. Seo, 2011: Sensibility study for PBL Scheme of WRF-CMAQ. J. Korean Soc. Atmos. Environ., 27, 791-804 (in Korean with English abstract). 

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  27. Shafran, P. C., N. L. Seaman, and G. A. Gayno, 2000: Evaluation of numerical predictions of boundary layer structure during the Lake Michigan Ozone Study. J. Appl. Meteorol., 39, 412-426. 

  28. Shin, H. H., and S. Y. Hong, 2011: Intercomparison of planetary boundary-layer parameterizations in the WRF model for a single day from CASES-99. Bound.-Layer Meteor., 139, 261-281. 

  29. Stauffer, D. R., and N. L. Seaman, 1990: Use of fourdimensional data assimilation in a limited-area mesoscale model. Part I: experiments with synoptic scale data. Mon. Wea. Rev., 118, 1250-1277. 

  30. Stauffer, D. R., and N. L. Seaman, 1994: On multi-scale four-dimensional data assimilation. J. Appl. Meteorl., 33, 416-434. 

  31. Zhang, D.-L., and W.-Z. Zheng, 2004: Diurnal cycles of surface winds and temperatures as simulated by five boundary layer. J. Appl. Meteorol., 43, 157-169. 

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