[논문]윈드프로파일러 자료를 이용한 연안 지역 국지 바람장 모의

김민성; 김광호; 김박사; 강동환; 권병혁

doi:10.7837/kosomes.2016.22.2.195

윈드프로파일러 자료를 이용한 연안 지역 국지 바람장 모의
Local Wind Field Simulation over Coastal Areas Using Windprofiler Data 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.22 no.2, 2016년, pp.195 - 204

김민성 (부경대학교 지구과학연구소) , 김광호 (부경대학교 지구과학연구소) , 김박사 (부경대학교 지구과학연구소) , 강동환 (부경대학교 지구과학연구소) , 권병혁 (부경대학교 환경대기과학과)

초록
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본 연구에서는 3차원 바람장 생성을 위한 수치 모델의 상층기상 입력 자료로 윈드프로파일러 자료의 적용 가능성과 유용성을 조사했다. 10개 지점의 윈드프로파일러 자료와 기상 예측 모델 WRF의 결과를 기상진단 모델 CALMET에 입력하여 산출한 바람장을 8개 지역에서 관측된 라디오존데 자료와 통계적으로 비교 검증하였다. WRF 바람장 모의 결과를 CALMET에 적용하여 모의한 수평 풍속에 비해 1시간 간격의 윈드프로파일러 자료를 CALMET에 적용하여 모의한 수평 풍속이 평균 제곱근 오차 1.5 m/s 내에서 관측 결과와 일치하고 특히 연안 지역에서 해풍과 같은 국지적인 바람 변화를 잘 모의하였다. 풍향의 평균 제곱근 오차는 $50^{\circ}{\sim}70^{\circ}$로써 지형의 영향으로 오염된 윈드프로파일러의 풍향 오차에 기인한다. 윈드프로파일러 자료를 CALMET에 적용하면 대부분의 고도에서 상대적으로 정확한 바람을 신속하고 정확하게 모의할 수 있기 때문에 본 연구에서 제시하는 방법은 연안 지역의 기상뿐만 아니라 안전 환경 감시에 유용할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the applicability and usefulness of windprofiler input data were investigated to generate three dimensional wind field. A logical diagnostic model CALMET with windprofiler data at ten sites and with weather forecasting model WRF output was evaluated by statistically comparing with the radiosonde data at eight sites. The horizontal wind speed from CALMET simulated with hourly windprofiler data is in good agreement with radiosonde observations within 1.5 m/s of the root mean square error, especially local circulation of wind such as sea breeze over the coastal region. The root mean square error of wind direction ranged $50^{\circ}{\sim}70^{\circ}$ is due to the wind direction error from the windprofiler polluted by ground clutters. Since the exact wind can be produced quickly and accurately in most of the altitude with windprofiler data on CALMET, we expect the method presented in this study to be useful for the monitoring of safe environment as well as weather in the coastal zone.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 윈드프로파일러 자료의 유용성과 시공간적 고해상도를 고려하여, 기상예측모델 결과와 지상 및 상층 기상 자료를 결합하여 3차원 바람장을 산출하는 선행연구들과 달리 지상과 상층 기상 자료만을 CALMET의 입력 자료로 이용하여 계산 시간을 줄일 수 있는 윈드프로파일러 자료의 적용 가능성과 효율성을 분석하였다. 우리나라에서 운용되는 윈드프로파일러 네트워크는 세계에서 가장 고밀도이며 생산되는 자료도 우수하여, 이를 활용하는 방법으로 수치 모델의 입력 자료로 적합할 것이라는 기대는 본 연구의 배경이다.

제안 방법

CALMET으로 모의한 바람장을 라디오존데 자료와 비교하여 고도별 평균 편의(Mean Bias, MB), 제곱근 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 사용하여 통계적 방법으로 평가하였다. CALMET의 모의 높이(20 m, 40 m, 80 m, 160 m, 300 m, 600 m, 1000 m, 1500 m, 2200 m, 3000 m, 4000 m, 5000 m)에 가장 근접한 라디오존데 자료를 선택하였다.

대상 데이터

CALMET으로 모의한 바람장의 정확성을 평가하기 위해서 8개 지역에서 관측된 라디오존데 자료를 사용하였다(Table 1). 속초, 전곡리, 오산, 포항, 광주, 흑산도의 라디오존데 자료는 기상청과 공군에서 비양하고 있으며 기온, 풍향, 풍속, 습도, 기압의 5가지 요소를 매일 0000 UTC와 1200 UTC에 2회 관측으로 수집된다.
CALMET으로 모의한 바람장의 정확성을 평가하기 위해서 8개 지역에서 관측된 라디오존데 자료를 사용하였다(Table 1). 속초, 전곡리, 오산, 포항, 광주, 흑산도의 라디오존데 자료는 기상청과 공군에서 비양하고 있으며 기온, 풍향, 풍속, 습도, 기압의 5가지 요소를 매일 0000 UTC와 1200 UTC에 2회 관측으로 수집된다. 이 라디오존데 자료는 세계기상기구(World Meteorological Organization, WMO)지침에 따라 품질관리를 통해 고도 분해능이 낮은 자료로 변환된다.
윈드프로파일러는 시간 해상도와 연직 공간 해상도가 뛰어나지만 단일 윈드프로파일러로는 수평 공간 해상도 향상에는 여전히 한계가 있기 때문에 강릉, 원주, 철원, 문산, 군산, 창원, 서해종합기지, 추풍령, 울진, 보성에 설치된 10개의 윈드프로파일러에서 측정되는 바람 자료를 사용하였다(Fig. 1). 2013년 6월 17일 0000 LST부터 18일 2400 LST까지 48시간 동안의 자료가 이에 해당한다.

이론/모형

CALMET의 입력 자료로 사용할 중규모 수치모델 결과는 미국 NCAR에서 개발한 Weather Research and Forecasting (WRF-V3.4.1) 모델을 이용하여 산출하였다(Table 3). WRF는 비정역학 모형으로 미규모, 중규모 기상 현상을 모의하기에 적합하다(Byon et al.

성능/효과

WRFIM로 산출한 바람장은 라디오존데 자료에 비해 상층의 풍속을 과소 모의하는 경향을 보였고, 하층의 풍속은 과대 모의하는 경향을 보였다. 윈드프로파일러 자료를 입력 자료로 사용하는 경우에는 164.85 m의 고도 분해능으로 총 71개의 고도에서 1시간 간격으로 생성된 풍속이 CALMET의 상층 기상 입력 자료로 사용되었기 때문에 WPIM로 산출한 바람은 라디오존데 관측 자료와 비교하여 평균제곱근오차가 모든 고도에서 1.5 m/s 이하로 현업에 활용할 수 있는 매우 유용한 결과이다. 그럼에도 불구하고 WPIM로 산출한 군산의 하층 수평 풍속이 과소 모의되는 것은 군산 지역이 주변에 있는 서해종합기지, 추풍령, 보성 윈드프로파일러의 영향 반경 100 km 밖에 있어서 관측 자료가 충분히 반영되지 않기 때문이다.
하루 종일 모든 고도에서 전형적인 종관 바람이 영향을 받아서 서풍 계열의 바람이 관측되었다. 이 경우에 WPIM로 산출한 바람장은 Fig. 7의 관측 결과와 같이 모든 고도에서 서풍 계열의 바람으로 잘 모의되었다(Fig. 8(a)). WRFIM로 산출한 바람은 오전까지는 강한 해풍이 들어온 것으로 모의되었지만 1200 LST 이후로 약 1.

후속연구

5 m/s 이하로 현업에 활용할 수 있는 매우 유용한 결과이다. 그럼에도 불구하고 WPIM로 산출한 군산의 하층 수평 풍속이 과소 모의되는 것은 군산 지역이 주변에 있는 서해종합기지, 추풍령, 보성 윈드프로파일러의 영향 반경 100 km 밖에 있어서 관측 자료가 충분히 반영되지 않기 때문이다. 또한 강릉 사례에서 확인된 국지 순환 모의는 연안 지역 환경 감시에 매우 긍정적인 결과이지만 하층에서 발생하는 윈드프로파일러의 풍향 오차는 보정되어야 한다.
윈드프로파일러 자료는 1일 2회 제공되는 라디오존데 자료에 비해 고해상도의 상층 기상 자료라는 장점이 있다. 본 연구에서 제시하는 WPIM은 연안 지역 안전 확보를 위해 신속하고 정확하게 국지풍 변화를 확인하고 풍력 자원 평가 및 대기 오염 확산 모델 등에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대기경계층 내의 3차원 바람장을 정확하게 모의하기 위해 개발된 것은 무엇인가?	컴퓨터 성능의 발달과 함께 대기경계층 내의 3차원 바람장을 정확하게 모의하기 위해 종관규모 대기운동을 고려하고 중규모 기상 예측 모델과 상세 영역에서 지표 구조물과 지형을 포함하는 진단 모델이 개발되어 활발한 연구가 진행되고 있다. 한반도는 동북고 남서저의 큰 산맥들이 북부와 동부에 치우쳐 있고 삼면이 바다로 둘러싸여 있으며, 해안선이 길고 복잡하며 굴곡이 심한 지형으로 이루어져 있다.
	해안가에서 매우 복잡한 바람장이 나타나는 원인은 무엇인가?	한반도는 동북고 남서저의 큰 산맥들이 북부와 동부에 치우쳐 있고 삼면이 바다로 둘러싸여 있으며, 해안선이 길고 복잡하며 굴곡이 심한 지형으로 이루어져 있다. 대규모 공단이 위치하고 있는 해안가에서는 육지-바다 간의 온도차에 의한 해륙풍의 효과로 매우 복잡한 바람장이 나타나기 때문에 연안 도시 지역에서 대기 오염 물질의 분포는 해풍과 같은 국지풍에 의하여 복잡한 양상을 보이고(Kawamura, 1985), 연안지역에 정박한 선박으로부터 발생한 대기 오염물질은 해륙풍 순환을 따라 수송된다(Lee et al., 1999).
	라디오존데 자료와 달리 윈드프로파일러 자료의 장점은 무엇인가?	예측 모델과 진단 모델의 입력 자료 또는 검증 자료로 사용되는 라디오존데 자료는 하루에 2회(0900 LST, 2100 LST) 비양되어 생산되기 때문에 시간 분해능과 공간 분해능이 매우 떨어진다. 반면에 윈드프로파일러 자료는 연직 수 십 미터의 공간 분해능과 수 분의 시간 분해능으로 바람의 연직 변화를 제공할 수 있어서 위험기상을 분석하거나 수치예보 모델의 예측 정확도를 높이기 위한 기초 자료로 널리 활용되고 있다(Ishihara et al., 2006; Holleman et al.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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