본 연구에서는 파랑과 흐름이 공존하는 해역에서 수위변화 및 흐름효과 고려 유무에 대하여 파랑모델을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 해수유동장은 RIAMOM 모델 결과를 적용하였으며 파랑모델은 SWAN모델을 적용하였다. 바람자료는 ECMWF, NCEP 및 JMA의 3가지에 대하여 관측자료를 비교적 잘 재현하는 JMA 자료를 적용하였다. 수치모의는 2016년 1월~8월까지 8개월간 수행하였으며, 각 경우에 대하여 관측자료와의 비교를 위하여 2.5 m이상의 고파랑 기간에 대해 파고변화를 검토하였다. 분석결과, 수심이 깊은 파랑관측부이 정점에서는 수위/흐름효과를 고려할 경우 파고변화가 크지 않게 나타났으나, 수심이 얕은 비교 정점에서는 수위/흐름효과의 고려 여부에 따라 5~10%의 유의미한 파고변화가 나타났다.
본 연구에서는 파랑과 흐름이 공존하는 해역에서 수위변화 및 흐름효과 고려 유무에 대하여 파랑모델을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 해수유동장은 RIAMOM 모델 결과를 적용하였으며 파랑모델은 SWAN모델을 적용하였다. 바람자료는 ECMWF, NCEP 및 JMA의 3가지에 대하여 관측자료를 비교적 잘 재현하는 JMA 자료를 적용하였다. 수치모의는 2016년 1월~8월까지 8개월간 수행하였으며, 각 경우에 대하여 관측자료와의 비교를 위하여 2.5 m이상의 고파랑 기간에 대해 파고변화를 검토하였다. 분석결과, 수심이 깊은 파랑관측부이 정점에서는 수위/흐름효과를 고려할 경우 파고변화가 크지 않게 나타났으나, 수심이 얕은 비교 정점에서는 수위/흐름효과의 고려 여부에 따라 5~10%의 유의미한 파고변화가 나타났다.
In this study, wave model was conducted on the presence or absence of water level changes and currents effects in coastal waters coexisting with waves and currents, then the results were compared. The flow field applied the results of the RIAMOM model and the wave model applied the SWAN model. Among...
In this study, wave model was conducted on the presence or absence of water level changes and currents effects in coastal waters coexisting with waves and currents, then the results were compared. The flow field applied the results of the RIAMOM model and the wave model applied the SWAN model. Among ECMWF, NCEP and JMA, wind data applied JMA data sets which agreed well with the observed data comparatively. Numerical simulation was conducted for 8 months from January to August 2016. For each case, the deviation of wave height was calculated for the high wave of more than 2.5 m for comparison with observed data. As a result, the deviation of wave height was not significant both considering water level changes and currents effects or not at wave observation stations installed in deep waters. However, a significant deviation of wave height of 5~10% was obtained depending on water level changes and currents effects at the comparison point in shallow waters.
In this study, wave model was conducted on the presence or absence of water level changes and currents effects in coastal waters coexisting with waves and currents, then the results were compared. The flow field applied the results of the RIAMOM model and the wave model applied the SWAN model. Among ECMWF, NCEP and JMA, wind data applied JMA data sets which agreed well with the observed data comparatively. Numerical simulation was conducted for 8 months from January to August 2016. For each case, the deviation of wave height was calculated for the high wave of more than 2.5 m for comparison with observed data. As a result, the deviation of wave height was not significant both considering water level changes and currents effects or not at wave observation stations installed in deep waters. However, a significant deviation of wave height of 5~10% was obtained depending on water level changes and currents effects at the comparison point in shallow waters.
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문제 정의
본 연구에서는 수위변화와 흐름효과를 고려한 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 각각 수치모의한 후 그 변화 특성을 검토하였다.
후)연구 결과와">연구결과와 직접적인 비교는 어렵다. 본 연구에서는 파랑-흐름의 상호작용에 따라 파고의 변화가 나타남을 실해역을 대상으로 실증하였다는 것에 의의가 있다.
제안 방법
2016년 1월~8월의 8개월간 JMA 3시간 간격의 바람자료를 활용하여 수위변화 및 흐름효과를 고려하지 않은 파랑추산 결과와 10개소의 기상청 해양기상부이 관측자료(Table 3, Fig. 4)를 비교하여 Fig. 5에 제시하였다. Fig.
후)파랑 관측부이(덕적도,">파랑관측부이(덕적도, 외연도, 칠발도, 추자도, 거제도, 거문도, 마라도, 포항, 울릉도, 동해) 자료를 활용하였다. SWAN 모델에 입력한 해수유동장(수위, 흐름) 정보는 일본 큐슈대학의 RIAMOM(Research Institute for Applied Mechanics Ocean Model) 모델 1시간 간격 결과를 적용하였다. 모의기간은 2016년 1월~8월의 8개월간 수행하였으며, 1시간 간격의 파랑
각 기관별 바람자료에 대한 내용은 Table 2에 본 연구에서는 파랑모델의 입력바람장 선정을 위하여 가용한 3개의 바람자료(ECMWF, NCEP, JMA)를 적용하여 정확도를 비교·평가하였다.
또한, 파랑모델 입력을 위한 바람자료 선정을 위하여 ECMWF(The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), NCEP(National Centers Environmental Prediction) 및 JMA(Japan Meterological Agency)의 3개 기관에서 제공하는 바람자료를 적용하여 관측자료와 비교·검토하였으며, 가장 높은 정확도를 보이는 JMA 자료를 적용하여 수위변화와 흐름효과를 고려한 모델링을 수행하였다.
본 연구에서는 SWAN(Simulating WAves Nearshore)모델을 이용하여 우리나라 서해/남해 및 동해 전체 영역에서 수위변화와 흐름효과를 고려한 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 수치모의하고 그 차이를 분석하였다. 또한,
본 연구에서는 파랑모델의 입력바람장 선정을 위하여 가용한 3개의 바람자료(ECMWF, NCEP, JMA)를 적용하여 정확도를 비교·평가하였다.
본 지점은 동계시 W~NW계열의 파랑이 우세하게 나타나며 수심이 얕고, 창·낙조류의 방향도 동-서방향으로 나타나면서 조차도 대조기시 4m 정도로 수위/흐름효과에 따른 파랑변화를 검토하기에 적정한 위치로 적용하였다(Fig. 4).
후)개선 정도를">개선정도를 평가하였다. 비교정점(CP)은 관측자료와의 비교는 불가하지만 수위/흐름효과의 고려 유무에 따른 연안역에서의 파랑변화 정도를 파악하고자 모델영역 내에서 수심이 얕고, 유속이 강하며, 파랑의 내습방향과 평행한 순방향(또는 역방향)의 흐름특성을 보이는 지역을 선정하였다. 비교 기간 선정은 수위나
후)관측 자료를">관측자료를 대상으로는 수위/흐름 효과 고려에 따른 차이가 크지 않게 나타났다. 이에 추가적으로 연안역에서의 비교 정점을 선정하여 앞서 언급한 방법과 동일한 방법으로 정확도 및 개선정도를 평가하였다. 비교정점(CP)은
주파수는 0.04~0.4 Hz 구간에서 25개로 구성하였으며, 방향분할은 10°간격으로 36개로 분할하였다.
후)파랑-흐름상 호">파랑-흐름상호 작용을 고려한 경우와 그렇지 않은 경우에 대하여 고파랑(2.5m 이상) 발생기간에 대하여 파고변화를 산정하였으며, 수심이 얕은 비교정점을 선정하여 파고변화를 검토하였다.
대상 데이터
후)시 계열을">시계열을 함께 도시하였다. 2016년 1월 19일~20일의 2일간 서해안에서 약 3 m의 고파랑이 지속적으로 내습하였다. 이 기간 중에 덕적도, 거문도에서는
후)흐름 효과를">흐름효과를 고려한 모델링을 수행하였다. 검증은 기상청 파랑관측부이(덕적도, 외연도, 칠발도, 추자도, 거제도, 거문도, 마라도, 포항, 울릉도, 동해) 자료를 활용하였다. SWAN 모델에 입력한
후)고파랑의">고 파랑의 재현성 관점에서는 바람직한 비교 방법은 아닌 것으로 사료된다. 따라서 모델 전 기간을 대상으로 하지 않고 8 개월간의 자료 중에서 2.5m 이상의 고파랑 발생시기만을 대상으로 RMSE를 재산정하였다. 2.
후)해수 유동장(수위,">해수유동장(수위, 흐름) 정보는 일본 큐슈대학의 RIAMOM(Research Institute for Applied Mechanics Ocean Model) 모델 1시간 간격 결과를 적용하였다. 모의기간은 2016년 1월~8월의 8개월간 수행하였으며, 1시간 간격의 파랑 시계열 자료를 추출하여 분석하였다.
바람자료의 정확도 평가를 위하여 서해에서 고파랑 발생기간인 2013년 11월, 2014년 11월 및 2015년 2월의 3개 이벤트를 대상으로 각 기관(ECMWF, NCEP, JMA)별 바람자료를 적용하여 관측자료와 비교하였다.
후)내습 패턴">내습패턴 변화도 완만한 기간을 선정하였다. 비교정점(CP)은 연평도 남서측 지점(경도 125-23-0, 북위 37-28-1)으로 지점에서의 수심은 15.3m(D.L)이다. 본 지점은 동계시 W~NW계열의 파랑이 우세하게 나타나며 수심이 얕고, 창·낙조류의 방향도 동-서방향으로
후)수치 모델에">수치모델에 적용된 바람은 3개기관(ECMWF,NCEP, JMA)에서 제공하는 바람자료를 검토한 후 가장 정확도가 높은 JMA 바람자료를 적용하였으며, 모델에 입력된 해수유동장(수위, 흐름)은 RIAMOM 모델의 1시간 간격 자료를 적용하였다. 2016년 1월에서 8월까지의 8개월간의
후)재 현성을">재현성을 보이는 것으로 나타났다. 이상의 결과를 토대로 본 연구에서는 파랑-흐름 상호작용에 따른 효과를 검토하는데 JMA 바람자료를 활용하였다.
파랑모델 계산영역은 서해, 남해 및 동해 전역을 포함한 영역으로 경도 및 위도 방향으로 각각 117°E ~ 147°E, 20°N ~ 50°N으로 격자크기는 1/60°(약 2 km)이며, 격자수는 1,800×1,800로 구축하였다(Fig. 1).
1). 해안선 및 수심은 국립해양조사원에서 발행하는 최신수치해도 자료를 사용하였으며, 해도 상의 수심을 보간하여 각 격자점의 수심을 추출하였다. 주파수는 0.
이론/모형
후)기본 방정식은">기본방정식은 파동의 작용 평형방정식(wave action balance equation)이며, 사용되는 파랑에너지의 원천항(source term)에 따라 제1세대, 제2세대, 및 제3세대 모델로 분류된다. SWAN 모형의 지배방정식은 다음과 같은 파작용 평형방정식을 사용한다(Hasselmann et al., 1973).
본 연구에서 적용한 수치모델은 네델란드 Deltares에서 개발한 SWAN 모델(Booij et al., 1999)로 파랑에너지의 천수(shoaling), 굴절(refraction), 회절(diffraction), 흐름, 바람에 의한 에너지 생성, 백파(white capping), 쇄파(wave breaking) 등에 의한 에너지감쇠, 파랑간의 4차 비선형현상, 바닥마찰 등을 모의할 수 있어 주어진 바람과 해저면 및 해류 조건으로부터 연안역, 호수 및 하구 등에서의 파랑계산이 가능하다. 이 모델의
본 연구에서 적용한 해수유동장(수위, 흐름)은 큐슈대학교에서 개발한 RIAMOM 결과를 활용하였으며, RIAMOM 모델은 Yoon(1982a, 1982b, 1982c, 1982d)에 의해서 개발된 모델이며, 이후 Hirose et al.(1996), Hirose(2011) 및 Hirose et al.
성능/효과
후)발생 시기만을">발생시기만을 대상으로 RMSE를 재산정하였다. 2.5m 이상의 고파랑 시기에 대한 RMSE값은 수위/흐름효과를 고려한 경우와 그렇지 않은 경우가 각각 38.6cm, 40.3cm로 나타나 수위/흐름효과를 고려한 경우가 정확도 측면에서 다소 향상되는 것으로 나타났다. 하지만 그 정도는 크게 유의미한 값을 가지지 않는 것으로 나타났으며, 이는 앞서 언급한 바와 같이
후)해수 유동장(수위,">해수유동장(수위, 흐름)은 RIAMOM 모델의 1시간 간격 자료를 적용하였다. 2016년 1월에서 8월까지의 8개월간의 수치모델 결과를 분석하여 RMSE를 산출하였으며, 수위변화와 흐름효과를 고려한 경우가 2.5 m 이상의 고파랑 내습기간 동안에 RMSE가 40.3 cm에서 38.6 cm로 줄어들어 수위/흐름효과를 고려할 경우 재현성이 향상되는 것으로 분석되었지만 유의미한 수준은 아닌 것으로 나타났다. 이는
후)계산 결과,">계산결과, 3개 기관의 바람자료가 관측자료(파고, 주기)와 유사한 경향성을 보이지만 JMA 결과가 고파랑시의 재현정도에서 우수한 것으로 나타났다(Fig. 3). 특히 2014년 11월
본 연구에서는 수위/흐름효과를 고려한 경우 파고의 5~10% 정도의 변화가 생길 수 있음을 실험을 통하여 확인하였다. 하지만 이러한
본 연구에서는 수위변화와 흐름효과를 고려하여 파랑후측모델링의 정확도를 개선하고 그 정도를 정량적으로 평가하고자 하는 것이나, 외해역의 관측자료를 대상으로는 수위/흐름 효과 고려에 따른 차이가 크지 않게 나타났다. 이에 추가적으로 연안역에서의 비교 정점을 선정하여 앞서 언급한 방법과 동일한 방법으로 정확도 및
후)파랑관측부 이가">파랑관측부이가 설치된 비교정점들이 연안에서 떨어진 외해역에 위치하고 있어 수위와 흐름변화에 다소 덜 민감하게 반응하였을 것으로 판단된다. 수심이 낮은 연안역 비교정점에서의 파고변화 검토결과, 연안역에서는 파랑과 흐름이 순방향(또는 역방향)으로 만나는 경우 5~10% 정도의 파고변화가 나타남을 확인하였다. 향후 이러한
2016년 1월 19일~20일의 2일간 서해안에서 약 3 m의 고파랑이 지속적으로 내습하였다. 이 기간 중에 덕적도, 거문도에서는 흐름효과를 고려한 경우가 그렇지 않은 경우와 비교하여 고파랑 시기에 일부구간에 대해서 파고가 높게 나타났으며, 칠발도에서는 오히려 파고값이 작아지는 경향이 나타났다. 이러한 경향은 2일간 지속적으로 발생하여 서해안에서의
이상의 결과를 정량적으로 분석하기 위하여 모델링 전 기간(2016년 1~8월)에 대하여 관측값과의 RMSE값을 산정하였으며, 두 경우 거의 유사한 RMSE 값(6.8, 6.9cm)을 보였다. 이는 파고가 낮은 시기를 포함하여 RMSE를 산정하였기 때문에 상대적으로 높은 정확도를 보이는 것으로 보이지만 고 파랑의 재현성 관점에서는 바람직한 비교 방법은 아닌 것의 상의 결과를 정량적으로 분석하기 위하여 모델링 전 기간(2016년 1~8월)에 대하여 관측값과의 RMSE값을 산정하였으며, 두 경우 거의 유사한 RMSE 값(6.
특히">3). 특히 2014년 11월 이벤트(최대유의파고 6 m)에서기상청 외연도/칠발도 부이 관측자료와의 비교결과 ECMWF, NCEP 결과는 약 1.5~2.0 m의 차이를 보이는 반면에 JMA 결과는 0.5m 이내의 오차를 보이고 있으며, 전체적으로 JMA 바람자료를 적용한 경우가 더 높은 재현성을 보이는 것으로 나타났다. 이상의 결과를 토대로 본 연구에서는
후속연구
후)파고 변화가">파고변화가
나타남을 확인하였다. 향후 이러한 비교정점에서 장기 파랑관측자료을 통하여 정량적인 비교를 수행하여 개선정도를 파악하는 것이 필요할 것으로 사료된다. 또한, 이러한 복합요인을 고려하여
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
SWAN 모형의 지배방정식은 무엇을 사용하는가?
이 모델의 기본방정식은 파동의 작용 평형방정식(wave action balance equation)이며, 사용되는 파랑에너지의 원천항(source term)에 따라 제1세대, 제2세대, 및 제3세대 모델로 분류된다. SWAN 모형의 지배방정식은 다음과 같은 파작용 평형방정식을 사용한다(Hasselmann et al., 1973)
SWAN 모델의 기본방정식은 무엇인가?
, 1999)로 파랑에너지의 천수(shoaling), 굴절(refraction), 회절(diffraction), 흐름, 바람에 의한 에너지 생성, 백파(white capping), 쇄파(wave breaking) 등에 의한 에너지감쇠, 파랑간의 4차 비선형현상, 바닥마찰 등을 모의할 수 있어 주어진 바람과 해저면 및 해류 조건으로부터 연안역, 호수 및 하구 등에서의 파랑계산이 가능하다. 이 모델의 기본방정식은 파동의 작용 평형방정식(wave action balance equation)이며, 사용되는 파랑에너지의 원천항(source term)에 따라 제1세대, 제2세대, 및 제3세대 모델로 분류된다. SWAN 모형의 지배방정식은 다음과 같은 파작용 평형방정식을 사용한다(Hasselmann et al.
SWAN 모델의 특징은 무엇인가?
본 연구에서 적용한 수치모델은 네델란드 Deltares에서 개발한 SWAN 모델(Booij et al., 1999)로 파랑에너지의 천수(shoaling), 굴절(refraction), 회절(diffraction), 흐름, 바람에 의한 에너지 생성, 백파(white capping), 쇄파(wave breaking) 등에 의한 에너지감쇠, 파랑간의 4차 비선형현상, 바닥마찰 등을 모의할 수 있어 주어진 바람과 해저면 및 해류 조건으로부터 연안역, 호수 및 하구 등에서의 파랑계산이 가능하다. 이 모델의 기본방정식은 파동의 작용 평형방정식(wave action balance equation)이며, 사용되는 파랑에너지의 원천항(source term)에 따라 제1세대, 제2세대, 및 제3세대 모델로 분류된다.
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