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문제 정의
- 또한 기상의 영향이 중요하게 작용하는 야간 고농도 오존일에 대한 자료동화에 따른 기상민감도연구는 거의 수행되지 않았다. 따라서 본연구에서는 고농도 오존이 많이 발생하는 부산을 포함한 한반도 남동해안지역의 오존농도 예측 정확도 향상을 위해 야간 고농도 오존일에 대한 너징종류 및 적용도메인에 따른 WRF모델의 기상모의 민감도분석을 실시하였다. 이는 남동해안지역의 기상민감도에 따른 오존농도예측 민감도분석을 위한 선행연구로 수행되어졌다.
- 본 연구에서 나타난 시간대별 기상요소들의 정확도와 수평분포 차이는 오존모의에 있어 화학반응 및 수송, 확산 등에 영향을 미칠 것으로 사료되다. 따라서 추후 본 연구 결과를 바탕으로 자료동화 기법에 따른 대기질 모델링을 수행하여 오존농도 모의 변화를 분석하고자 한다.
- 본 연구에서는 객관분석 수행 시 너징종류과 적용도메인에 따른 자료동화 효과를 분석하고자 총 6개의 실험을 구성하였다. 관측너징과 그리드너징의 적용에 따른 개선 효과를 살펴보고자 너징을 수행하지 않은 규준실험(CNTL)과 모든 도메인에 대해 관측너징을 수행한 실험(ONE)과 모든 도메인에 대해 그리드너징을 수행한 실험(GNE)을 설계하였고, 그리드너징 수행 시 너징을 적용한 도메인에 따른 개선 효과를 분석하기 위해여 각기 다른 도메인에 적용한 실험을 추가 구성하였다.
- 본 연구에서는 한반도 남동해안지역의 오존 농도 예측 정확도 향상을 위하여 너징종류 및 적용도메인에 따른 WRF모델의 민감도분석을 실시하였다. 분석은 기온, 상대습도, 풍속 그리고 PBL고도에 대해 실시하였으며, 전체기간과 낮/밤 시간에 대한 정확도 개선 효과와 공간적 특성을 살펴보았다.
제안 방법
- 너 징을 하위도메인까지 적용 할수록 기온을 높게 모의하는 경향이 증가하였으며, 특히 해양에서 증가경향이 뚜렷하게 나타났다. GNE-1실험은 기온을 과소 모의한 해안선 인근 내륙지역과 해양에서 습도를 높게 모의하였다. 또한 내륙에서 높은 풍속모의 분포가 산발적으로 나타났으며 해양에서 풍속을 높게 모의하였다.
- 5. Horizontal distribution of differences in PBL height between each experiments (ONE, GNE, GNE-3, GNE-2, GNE-1) and CNTL during daytime (first row) and nighttime (second row),respectively.
- 3. Horizontal distribution of differences in T2, RH2 and WS10 between each experiments (ONE, GNE, GNE-3,GNE-2, GNE-1) and CNTL during daytime, respectively.
- 4. Horizontal distribution of differences in T2, RH2 and WS10 between each experiments (ONE, GNE, GNE-3,GNE-2, GNE-1) and CNTL during nighttime, respectively.
- GNE실험은 도메인전역에서 기온과 습도를 높게 모의 하였으며, 내륙에서 기온과 풍속의 산발적인 분포가 보였다. ONE실험은 낮 시간보다 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며 부산 일부지역과 밀양과 김해사이의 산맥을 따라 높은 기온과 낮은 상대습도를 모의하였다. 기온과 습도에 대한 적용도메인에 따른 영향은 도메인전역에서 뚜렷하게 나타났다.
- ONE실험은 GNE실험과 동일하게 자료동화 효과가 도메인전역에서 나타났으나 GNE실험에 비교하여 작은 효과를 보였다. ONE실험은 도메인전역에서 기온을 높게 모의하고 습도를 낮게 모의하였으며, 풍속은 일부 지역을 제외한 영역에서 낮게 모의하였다. 적용도메인에 따른 영향은 너징을 하위도메인까지 적용할수록 도메인 전역에서 기온을 높게 모의하는 경향이 증가하였으며, 특히 내륙에서 뚜렷하게 나타났다.
- 특히 GNE실험은 기온분포와 유사하게 내륙에서 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며 산발적인 분포를 보였다. ONE실험은 자료동화 효과가 희미하게 나타났으며 일부 내륙과 해양에서 상대적으로 낮은 PBL고도를 모의하였다. 적용도메인에 따른 영향은 내륙에서 해양보다 뚜렷하게 나타났다.
- 너징종류에 따른 영향 분석 결과는 기온과 동일하게 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 보였다. ONE실험은 전체기간과 낮시간에 오차 값이 소폭 감소하는 개선 효과가 있었으나 전반적으로 더 낮은 IOA를 모의하였다. GNE실험은 전체기간과 낮 시간에 오차 값이 감소하고 더 높은 IOA를모의하는 개선 효과를 보였지만, 밤 시간에는 오차 값의 소폭 증가와 CNTL실험과 동일한 IOA값을 보였다.
- 각 실험별 최종도메인(D4)의 모의결과를 이용하여 오존의 생성 및 소멸에 중요하고 고농도 오존이 주로 발생하는 낮 시간(07~18 LST)과 야간 고농도일의 밤 시간(00~04 LST)에 대해 오존농도와 밀접한 관련이 있는 기상요소인 기온, 상대습도, 풍속을 분석하였다. 각 실험/기상요소/시간대별 WRF모델링 결과의 모사능력을 평가하기 위해 관측값과 모델결과값을 이용한 통계분석을 실시하였다.
- 본 연구에서는 객관분석 수행 시 너징종류과 적용도메인에 따른 자료동화 효과를 분석하고자 총 6개의 실험을 구성하였다. 관측너징과 그리드너징의 적용에 따른 개선 효과를 살펴보고자 너징을 수행하지 않은 규준실험(CNTL)과 모든 도메인에 대해 관측너징을 수행한 실험(ONE)과 모든 도메인에 대해 그리드너징을 수행한 실험(GNE)을 설계하였고, 그리드너징 수행 시 너징을 적용한 도메인에 따른 개선 효과를 분석하기 위해여 각기 다른 도메인에 적용한 실험을 추가 구성하였다. 그리드너 징을 D1에만 적용한 실험을 GNE-1, D1과 D2에 적용한 실험을 GNE-2 그리고 D1, D2, D3에 적용한 실험을 GNE-3이라 칭하였고, D1, D2, D3, D4에 적용한 실험(GNE-4)은 앞선 GNE의 결과 값을 사용하였다.
- 적용도메인에 따른 영향은 기온분포와 유사하게 나타났다. 너징을 하위도메인까지 적용할수록 내륙에서 높은 PBL고도를 모의하였으며 해양에서 낮은 PBL고도를 모의하였다.
- 너징종류와 적용도메인에 따른 공간적인 영향을 분석하고자 각 실험별 기온, 습도, 풍속 모의 결과와 CNTL실험 결과의 수평분포 차이를 낮 시간(Fig. 3)과 밤 시간(Fig. 4)에 대해 나타냈다. 또한 오존의 연직 수송 모의에 영향을 주는 PBL고도의 수평분포(Fig.
- 정량적 평가지표로는 기상모델링 결과 평가에 대표적으로 사용되는 중규모 기상모델 평가 기준지표(US EPA, 2007)인 MBE (mean bias error), RMSE(root mean square error), IOA (index of agreement)와 Taylor diagram(Taylor, 2001)에 이용되는 요약통계값(standard deviation, SD; correlation coefficient, Cor)을 사용하였다. 또한 낮 시간과 밤 시간에 대한 기상요소별 수평분포 분석을 통해 너징종류 및 적용도메인에 따른 모델링 결과를 비교하였고, 오존의 연직수송 모의에 영향을 주는 PBL 고도 모의결과의 수평분포 분석도 수행하였다.
- 4)에 대해 나타냈다. 또한 오존의 연직 수송 모의에 영향을 주는 PBL고도의 수평분포(Fig. 5)를 분석하였다.
- 70 ppb의 평균오존농도를 보였다. 모델링 기간은 기상/대기질 모델링의 초기불안정성 및 대기질 모델링 입력자료 생성과정을 고려하여 5일의 spin-up 기간을 포함하는 2012년 4월 30일부터 5월 10일로 설정하였다.
- 오존의 생성 및 소멸기작에 영향을 주는 대표적인 기상요소인 기온, 상대습도, 풍속에 대해 관측너징과 분석너징을 수행하였다. 분석너징의 경우 그리드너징을 사용하였으며 공간분석너징과 지상분석너징을 동시에 실시하였다. 영향반경의 경우 원형의 Cressman방법을 이용하였으며, 영향계수의 경우 내정값인 3 × 10-4을 사용하였다.
- 본 연구에서는 한반도 남동해안지역의 오존 농도 예측 정확도 향상을 위하여 너징종류 및 적용도메인에 따른 WRF모델의 민감도분석을 실시하였다. 분석은 기온, 상대습도, 풍속 그리고 PBL고도에 대해 실시하였으며, 전체기간과 낮/밤 시간에 대한 정확도 개선 효과와 공간적 특성을 살펴보았다.
- 각 도메인별로 D1에는 34,195개, D2에는 1,345개, D3에는 138개, D4에는 21개의 관측자료가 사용되었다. 오존의 생성 및 소멸기작에 영향을 주는 대표적인 기상요소인 기온, 상대습도, 풍속에 대해 관측너징과 분석너징을 수행하였다. 분석너징의 경우 그리드너징을 사용하였으며 공간분석너징과 지상분석너징을 동시에 실시하였다.
대상 데이터
- OBSGRID 프로그램을 이용하여 자료동화과정과 보간과정을 수행하였으며, NCEP에서 제공하는 지상과 고층 관측자료를 사용하였다. 각 도메인별로 D1에는 34,195개, D2에는 1,345개, D3에는 138개, D4에는 21개의 관측자료가 사용되었다.
- OBSGRID 프로그램을 이용하여 자료동화과정과 보간과정을 수행하였으며, NCEP에서 제공하는 지상과 고층 관측자료를 사용하였다. 각 도메인별로 D1에는 34,195개, D2에는 1,345개, D3에는 138개, D4에는 21개의 관측자료가 사용되었다. 오존의 생성 및 소멸기작에 영향을 주는 대표적인 기상요소인 기온, 상대습도, 풍속에 대해 관측너징과 분석너징을 수행하였다.
- 관측너징과 그리드너징의 적용에 따른 개선 효과를 살펴보고자 너징을 수행하지 않은 규준실험(CNTL)과 모든 도메인에 대해 관측너징을 수행한 실험(ONE)과 모든 도메인에 대해 그리드너징을 수행한 실험(GNE)을 설계하였고, 그리드너징 수행 시 너징을 적용한 도메인에 따른 개선 효과를 분석하기 위해여 각기 다른 도메인에 적용한 실험을 추가 구성하였다. 그리드너 징을 D1에만 적용한 실험을 GNE-1, D1과 D2에 적용한 실험을 GNE-2 그리고 D1, D2, D3에 적용한 실험을 GNE-3이라 칭하였고, D1, D2, D3, D4에 적용한 실험(GNE-4)은 앞선 GNE의 결과 값을 사용하였다.
- 1). 대상지역의 지형과 지표면 상태를 현실적으로 반영하기 위하여 SRTM 3sec (shuttle radar topography mission 3sec) 고해상도 지형고도와 EGIS (environ-mental geographic information system)에서 제공하는 토지피복자료를 사용하였다. 모델링 수행 시 사용된 물리옵션 중 구름미세물리 모수화과정은 WSM (WRFsingle momentum) 5-Class graupel scheme을 적용하였고, 복사과정에서 장파복사기법과 단파복사기법은 RRTM (rapid radiative transfer model)과 RRTMG(rapid radiative transfer model for GCMs) scheme을 사용하였다.
- 5 °의 공간 해상도를 가지며 6시간, 일 간격의 시간 해상도를 가진다. 모델링 영역은 Two-way nesting기법을 이용하여 동아시아영역(27 km, D1), 한반도영역(09 km, D2), 영남권영역(03km, D3), 그리고 부산지역을 중심으로 한 남동해안영역(01 km, D4)으로 총 4개의 도메인으로 구성하였다(Fig. 1). 대상지역의 지형과 지표면 상태를 현실적으로 반영하기 위하여 SRTM 3sec (shuttle radar topography mission 3sec) 고해상도 지형고도와 EGIS (environ-mental geographic information system)에서 제공하는 토지피복자료를 사용하였다.
- 사례일은 2012년 5월 4일부터 5월 8일로서 환경부에서 제공하는 확정자료 중에서 최근 자료인 2012년을 이용한 월별 오존농도의 장기간 변동 분석을 통하여 가장 높은 오존 농도를 나타내는 5월의 야간 고농도 오존일을 선정하였다. 정확한 해석을 위하여 오존 농도에 단기간영향을 줄 수 있는 강수일을 제외하였다.
- 6을 사용하였다. 초기 및 경계조건은 NCEP/NCAR (national centers for environmental prediction/national centers for atmospheric research)에서 제공하는 FNL (final analyses)자료와 SST (sea surface temperature)자료를 이용하였다. FNL자료와 SST자료는 1 °×1 °, 0.
데이터처리
- 각 실험별 최종도메인(D4)의 모의결과를 이용하여 오존의 생성 및 소멸에 중요하고 고농도 오존이 주로 발생하는 낮 시간(07~18 LST)과 야간 고농도일의 밤 시간(00~04 LST)에 대해 오존농도와 밀접한 관련이 있는 기상요소인 기온, 상대습도, 풍속을 분석하였다. 각 실험/기상요소/시간대별 WRF모델링 결과의 모사능력을 평가하기 위해 관측값과 모델결과값을 이용한 통계분석을 실시하였다. 정량적 평가지표로는 기상모델링 결과 평가에 대표적으로 사용되는 중규모 기상모델 평가 기준지표(US EPA, 2007)인 MBE (mean bias error), RMSE(root mean square error), IOA (index of agreement)와 Taylor diagram(Taylor, 2001)에 이용되는 요약통계값(standard deviation, SD; correlation coefficient, Cor)을 사용하였다.
- 전체기간과 낮/밤 시간에 대한 각 실험별 모델링 결과의 정확도 개선 효과를 분석하기 위하여 종관기상관측장비(ASOS)에서 관측된 기상요소(기온, 상대습도, 풍속)와의 통계지표를 Table 1에 나타냈으며, 요약통계값을 이용한 Taylor diagram을 근거로 각 실험별 모델링 결과의 정확도를 비교 분석하였다(Fig. 2). 미국 EPA에서 제시하는 기준지표범위와 비교하였을 때, 각 실험/시간대별로 다소 차이는 있으나 대부분의 기상요소에 대해 RMSE와 IOA는 기준지표보다 좋은 결과를 보였고MBE는 기준범위를 벗어나 약간 높은 값을 모의하였다.
- 각 실험/기상요소/시간대별 WRF모델링 결과의 모사능력을 평가하기 위해 관측값과 모델결과값을 이용한 통계분석을 실시하였다. 정량적 평가지표로는 기상모델링 결과 평가에 대표적으로 사용되는 중규모 기상모델 평가 기준지표(US EPA, 2007)인 MBE (mean bias error), RMSE(root mean square error), IOA (index of agreement)와 Taylor diagram(Taylor, 2001)에 이용되는 요약통계값(standard deviation, SD; correlation coefficient, Cor)을 사용하였다. 또한 낮 시간과 밤 시간에 대한 기상요소별 수평분포 분석을 통해 너징종류 및 적용도메인에 따른 모델링 결과를 비교하였고, 오존의 연직수송 모의에 영향을 주는 PBL 고도 모의결과의 수평분포 분석도 수행하였다.
이론/모형
- 대기질 모델의 기상입력자료 생성을 위하여 중규모 기상모델인 WRF ver 3.6을 사용하였다. 초기 및 경계조건은 NCEP/NCAR (national centers for environmental prediction/national centers for atmospheric research)에서 제공하는 FNL (final analyses)자료와 SST (sea surface temperature)자료를 이용하였다.
- 대상지역의 지형과 지표면 상태를 현실적으로 반영하기 위하여 SRTM 3sec (shuttle radar topography mission 3sec) 고해상도 지형고도와 EGIS (environ-mental geographic information system)에서 제공하는 토지피복자료를 사용하였다. 모델링 수행 시 사용된 물리옵션 중 구름미세물리 모수화과정은 WSM (WRFsingle momentum) 5-Class graupel scheme을 적용하였고, 복사과정에서 장파복사기법과 단파복사기법은 RRTM (rapid radiative transfer model)과 RRTMG(rapid radiative transfer model for GCMs) scheme을 사용하였다. 행성경계층과정은 YSU PBL (YonSeiuniversity planetary boundary layer) scheme을 사용하였으며, 적운 모수화과정은 Kain-Fritsch scheme을 동아시아영역(D1)에만 적용하였다.
- 영향반경의 경우 원형의 Cressman방법을 이용하였으며, 영향계수의 경우 내정값인 3 × 10-4을 사용하였다.
- 모델링 수행 시 사용된 물리옵션 중 구름미세물리 모수화과정은 WSM (WRFsingle momentum) 5-Class graupel scheme을 적용하였고, 복사과정에서 장파복사기법과 단파복사기법은 RRTM (rapid radiative transfer model)과 RRTMG(rapid radiative transfer model for GCMs) scheme을 사용하였다. 행성경계층과정은 YSU PBL (YonSeiuniversity planetary boundary layer) scheme을 사용하였으며, 적운 모수화과정은 Kain-Fritsch scheme을 동아시아영역(D1)에만 적용하였다.
성능/효과
- 적용도메인에 따른 영향은 너징을 하위도메인까지 적용할수록 도메인 전역에서 기온을 높게 모의하는 경향이 증가하였으며, 특히 내륙에서 뚜렷하게 나타났다. GNE-1실험에서는 나타나지 않은 일부 산간지역에서의 높은 습도모의가GNE-2실험부터 나타났으며 높은 습도 모의 경향은GNE-2, GNE-3, GNE실험으로 갈수록 증가하였다. 또한 일부 산간지역을 제외한 지역에서의 낮은 습도모의경향은 증가하였으며, 특히 해안선 인근 내륙과 해양에서 변화가 뚜렷하게 나타났다.
- 너징종류에 따른 영향 분석에서는 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 모의하였다. GNE실험은 CNTL실험보다 전반적으로 높은IOA와 낮은 MBE, RMSE를 보였으며, 특히 밤 시간에 낮은 정확도를 보인 CNTL실험의 결과를 뚜렷하게 향상시켰다. 반면, ONE실험은 전체기간과 낮 시간에 약간의 개선 효과를 보였으나, 밤 시간에는 더 낮은 IOA를 모의하였다.
- 4)의 경우, 너징종류에 따른 영향은 전반적으로 기온과 습도는 내륙에서, 풍속은 해양에서 뚜렷하게 나타났다. GNE실험은 낮 시간과 동일하게 자료동화 효과가 도메인전역에서 뚜렷하게 나타났으며, 해양보다 내륙에서 더 크게 나타났다. GNE실험은 도메인전역에서 기온과 습도를 높게 모의 하였으며, 내륙에서 기온과 풍속의 산발적인 분포가 보였다.
- GNE실험은 낮 시간과 동일하게 자료동화 효과가 도메인전역에서 뚜렷하게 나타났으며, 해양보다 내륙에서 더 크게 나타났다. GNE실험은 도메인전역에서 기온과 습도를 높게 모의 하였으며, 내륙에서 기온과 풍속의 산발적인 분포가 보였다. ONE실험은 낮 시간보다 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며 부산 일부지역과 밀양과 김해사이의 산맥을 따라 높은 기온과 낮은 상대습도를 모의하였다.
- 너징종류에 따른 분석 결과는 앞선 기온, 상대습도와 동일하게 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 보였다. GNE실험은 전반적으로 IOA의향상이 크게 나타났다(0.13, 0.09, 0.30). 특히 기온과 동일하게 밤 시간에 낮은 정확도를 보인 CNTL실험의 결과를 뚜렷하게 향상시켰다.
- ONE실험은 전체기간과 낮시간에 오차 값이 소폭 감소하는 개선 효과가 있었으나 전반적으로 더 낮은 IOA를 모의하였다. GNE실험은 전체기간과 낮 시간에 오차 값이 감소하고 더 높은 IOA를모의하는 개선 효과를 보였지만, 밤 시간에는 오차 값의 소폭 증가와 CNTL실험과 동일한 IOA값을 보였다. 그리드너징을 하위도메인까지 적용 할수록 전반적으로 오차 값이 감소하는 개선 효과가 있었다.
- 3)의 경우, 너징종류에 따른 영향은 앞선 통계분석 결과와 유의하게 GNE실험이 ONE실험보다 크게 나타났다. GNE실험의 자료동화 효과는 도메인전역에서 뚜렷하게 나타났다. 특히 기온과 습도에 대한 효과는 내륙과 해양의 경계인 해안선 인근 내륙에서 뚜렷하게 나타났으며 풍속은 연안인근 해양에서 뚜렷하게 나타났다.
- 너징종류에 따른 영향은 전반적으로 GNE실험이 ONE실험보다 크게 나타났다. ONE실험은 낮 시간보다 밤 시간에 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며, GNE실험은 해양보다 내륙에서 뚜렷한 효과가 나타났다. 특히 GNE실험은 CNTL실험에서 해양과 유사한 모의경향을 보이던 해안선 인근 내륙지역의 기상요소를 개선하여 내륙과 유사한 모의경향이 나타났다.
- 특히 기온과 동일하게 밤 시간에 낮은 정확도를 보인 CNTL실험의 결과를 뚜렷하게 향상시켰다. ONE실험은 전체 모델링기간과 낮 시간에 낮은 IOA를 모의하였으나 밤 시간에는 0.44의 IOA를 보이며 소폭 향상된 결과를 보였다. 그리드너징을 하위도메인까지 적용 할수록 RMSE가 감소하는 개선 효과를 보였지만 MBE와 IOA에 대한 일정한 경향은 나타나지 않았다.
- 반면 관측너징을 적용한 실험은 전반적으로 낮은 정확도를 보였으나 약간의 개선효과가 있었다. 공간적 자료동화 효과는 밤 시간에 낮 시간보다 뚜렷하게 나타났으며 도메인전역에서 높은 기온과 낮은 상대습도 그리고 낮은 풍속을 모의하였다. PBL고도에 대한 그리드너징을 적용한 실험의 자료동화 효과는 기온과 유사한 분포를 보였다.
- 적용도메인에 따른 자료동화 효과는 너징을 적용하지 않은 실험과 비교하여 기상인자/시간대 별로 다소 차이를 보였으나 전반적으로 그리드너징을 최종도메인인 남동해안영역(D4)까지 적용한 실험이 가장 크게 나타났다. 그리드너징을 상위도메인(D1)부터 하위도메인(D2~D4)까지 적용 할수록 낮 시간에는 기온을 높게 모의하는 경향과 습도를 낮게 모의하는 경향이 증가하였으며, 밤시간에는 높은 기온 모의 경향이 증가하였고 습도의 경우 내륙 동부지역을 제외한 나머지 지역에서 습도를 높게 모의하는 경향이 소폭 감소하였다. 풍속은 시간별로 일정한 경향성을 보이지 않았으나, PBL고도는 기온의 모의 경향과 동일한 경향을 보였다.
- GNE실험은 전체기간과 낮 시간에 오차 값이 감소하고 더 높은 IOA를모의하는 개선 효과를 보였지만, 밤 시간에는 오차 값의 소폭 증가와 CNTL실험과 동일한 IOA값을 보였다. 그리드너징을 하위도메인까지 적용 할수록 전반적으로 오차 값이 감소하는 개선 효과가 있었다. IOA의 경우 전체기간과 밤 시간에 더 높은 값을 모의하였으나 낮 시간에는 낮은 값을 모의하였다.
- 2)는 앞선 통계지표분석과 유사하게 나타났다. 기온, 상대습도, 풍속에 대해 GNE실험이 ONE실험보다 높은 상관계수와 1에 가까운 표준편차비를 보이며 높은 정확도를 보였다. 특히 GNE실험은 앞선 통계지표 분석과 동일하게 밤 시간의 기온에 대해 뚜렷하게 향상된 결과를 보였다.
- 공간적 자료동화 효과는 낮시간과 밤 시간에 차별적으로 나타났다. 낮 시간에는 기온과 습도는 해안선 인근 내륙에서, 풍속은 연안인근 해양에서 뚜렷한 자료동화 효과를 보였으며, 밤 시간에는 전반적으로 해양보다 내륙에서 뚜렷하게 나타났다. 반면 관측너징을 적용한 실험은 전반적으로 낮은 정확도를 보였으나 약간의 개선효과가 있었다.
- 적용 도메인에 따른 효과는 낮 시간과 밤 시간에 차별적으로 나타났다. 낮 시간에는 상위도메인(D1)에만 너징을 적용한 실험(GNE-1)이 가장 향상된 결과를 모의하였으나, 밤 시간에는 하위도메인(D2~D4)까지 너징을 적용할수록 보다 향상된 결과를 보였다.
- 기온과 습도에 대한 적용도메인에 따른 영향은 도메인전역에서 뚜렷하게 나타났다. 너 징을 하위도메인까지 적용 할수록 기온을 높게 모의하는 경향이 증가하였으며, 특히 해양에서 증가경향이 뚜렷하게 나타났다. GNE-1실험은 기온을 과소 모의한 해안선 인근 내륙지역과 해양에서 습도를 높게 모의하였다.
- 전반적으로 부산을 기준으로 동쪽해양에서는 상대적으로 높은 PBL고도를 모의하였으나 남쪽해양에서는 낮은 PBL고도를 모의하였다. 너징을 D3까지 적용할수록 일부내륙에서 높은 PBL고도모의 경향이 증가하였으나 D4까지 적용한 GNE실험의경우 높은 PBL고도 모의 경향이 감소하였다.
- 또한 일부 산간지역을 제외한 지역에서의 낮은 습도모의경향은 증가하였으며, 특히 해안선 인근 내륙과 해양에서 변화가 뚜렷하게 나타났다. 너징을 하위도메인까지 적용할수록 해양의 높은 풍속모의와 내륙의 산발적인 풍속모의 경향이 점차 감소하였으며 해양에서 뚜렷하게 나타났다. PBL고도의 경우(Fig.
- 너징종류 및 적용도메인에 따른 자료동화 효과는 전반적으로 그리드너징을 최종도메인까지 적용하였을 때 가장 크게 나타났다. 이는 종관적 기압패턴의 균형을 보정시키는 그리드너징의 특징으로 인한 결과로 사례일의 기압패턴에 따라 향상정도가 달라 질수 있다.
- 35)를 보였다. 너징종류에 따른 분석 결과는 앞선 기온, 상대습도와 동일하게 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 보였다. GNE실험은 전반적으로 IOA의향상이 크게 나타났다(0.
- 71%)을 보였다. 너징종류에 따른 영향 분석 결과는 기온과 동일하게 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 보였다. ONE실험은 전체기간과 낮시간에 오차 값이 소폭 감소하는 개선 효과가 있었으나 전반적으로 더 낮은 IOA를 모의하였다.
- 82 ℃)을 보였다. 너징종류에 따른 영향 분석에서는 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 모의하였다. GNE실험은 CNTL실험보다 전반적으로 높은IOA와 낮은 MBE, RMSE를 보였으며, 특히 밤 시간에 낮은 정확도를 보인 CNTL실험의 결과를 뚜렷하게 향상시켰다.
- 너징종류에 따른 영향분석에서는 전반적으로 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 보였다. 특히 GNE실험은 밤 시간에 기온과 풍속의 뚜렷한 정확도 향상을 보였다.
- 너징종류에 따른 영향은 전반적으로 GNE실험이 ONE실험보다 크게 나타났다. ONE실험은 낮 시간보다 밤 시간에 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며, GNE실험은 해양보다 내륙에서 뚜렷한 효과가 나타났다.
- 너징종류에 따른 자료동화 효과는 관측너징보다 그리드너징을 적용한 실험에서 더 크게 나타났다. 이는 초기입력장의 오차보정에 따른 자료동화 효과가 결과값 오차 보정에 따른 효과보다 더 크다는 것을 의미한다.
- GNE-1실험에서는 나타나지 않은 일부 산간지역에서의 높은 습도모의가GNE-2실험부터 나타났으며 높은 습도 모의 경향은GNE-2, GNE-3, GNE실험으로 갈수록 증가하였다. 또한 일부 산간지역을 제외한 지역에서의 낮은 습도모의경향은 증가하였으며, 특히 해안선 인근 내륙과 해양에서 변화가 뚜렷하게 나타났다. 너징을 하위도메인까지 적용할수록 해양의 높은 풍속모의와 내륙의 산발적인 풍속모의 경향이 점차 감소하였으며 해양에서 뚜렷하게 나타났다.
- 하지만 본 연구 결과는 세부 옵션 핸들링에 앞선 선행연구로서 오존 모델링에 필요한 기상입력자료 구축 시 참고자료가 될 수 있다. 본 연구에서 나타난 시간대별 기상요소들의 정확도와 수평분포 차이는 오존모의에 있어 화학반응 및 수송, 확산 등에 영향을 미칠 것으로 사료되다. 따라서 추후 본 연구 결과를 바탕으로 자료동화 기법에 따른 대기질 모델링을 수행하여 오존농도 모의 변화를 분석하고자 한다.
- 사례일의 경우 평균 45.16±18.82 ppb의 오존농도를 보였다.
- 적용도메인에 따른 영향은 너징을 하위도메인까지 적용할수록 기온의 경우 전체기간과 낮 시간의 정확도가 낮아졌으며 밤 시간의 정확도는 높아졌다. 상대습도와 풍속의 경우 일정한 경향을 보이지 않았으나 전반적으로 D4까지 너징을 적용한 GNE실험이 가장 높은 정확도를 보였다. 전반적으로 좁은 변동범위를 보였으나, 기온의 경우 너징종류에 따른 밤 시간의 변동범위가 0.
- 상대습도의 경우, CNTL실험은 전체기간과 낮 시간에 13.67%와 13.34%의 MBE, 17.13%와 16.18%의 RMSE 그리고 0.79와 0.74의 IOA를 보였으나, 밤 시간에는 상대적으로 높은 IOA(0.88)와 낮은 오차 값(MBE:7.19%, RMSE: 10.71%)을 보였다. 너징종류에 따른 영향 분석 결과는 기온과 동일하게 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 보였다.
- 이러한 적용도메인에 따른 효과의 경향성은 그리드너징의 평활화(smoothing)로 인한 결과로 판단된다. 시간대별 내륙과 해양에서의 기온, 습도, 풍속, PBL 고도 차이는 오존모의에 있어 영향을 미칠 것으로 판단되며, 특히 기온의 차이는 해상풍과 같은 중규모 기상현상에, PBL고도 차이는 연직수송에 중요한 영향을 미칠 것으로 사료된다.
- 특히 상대습도의 경우 하위도메인까지 너징을 적용할수록 오차가 감소하는 경향성을 보였다. 이러한 통계분석 결과의 기상요소/시간대별 차이는 오존모의 정확도에 영향을 미칠 것으로 판단되며, 특히 밤 시간의 기온과 풍속에 대한 정확도 향상은 야간고농도오존 모의에 있어 중요한 영향을 미칠 것으로 사료된다.
- 반면, ONE실험은 전체기간과 낮 시간에 약간의 개선 효과를 보였으나, 밤 시간에는 더 낮은 IOA를 모의하였다. 적용도메인에 따른 영향 분석결과, 전체기간의 각 실험별 IOA와 RMSE가 유사하게 나타났으며 MBE는 GNE-1, GNE-2, GNE-3, GNE실험으로 갈수록-0.57 ℃, 0.63 ℃, 1.11 ℃, 0.75 ℃의 변화를 보였다. 적용 도메인에 따른 효과는 낮 시간과 밤 시간에 차별적으로 나타났다.
- 반면, ONE실험은 전반적으로 낮은 정확도를 보였다. 적용도메인에 따른 영향은 기상요소와 시간대별로 차별적으로 나타났으나 전반적으로 GNE실험이 가장 높은 정확도를 보였다. 특히 상대습도의 경우 하위도메인까지 너징을 적용할수록 오차가 감소하는 경향성을 보였다.
- 특히 GNE실험은 앞선 통계지표 분석과 동일하게 밤 시간의 기온에 대해 뚜렷하게 향상된 결과를 보였다. 적용도메인에 따른 영향은 너징을 하위도메인까지 적용할수록 기온의 경우 전체기간과 낮 시간의 정확도가 낮아졌으며 밤 시간의 정확도는 높아졌다. 상대습도와 풍속의 경우 일정한 경향을 보이지 않았으나 전반적으로 D4까지 너징을 적용한 GNE실험이 가장 높은 정확도를 보였다.
- ONE실험은 도메인전역에서 기온을 높게 모의하고 습도를 낮게 모의하였으며, 풍속은 일부 지역을 제외한 영역에서 낮게 모의하였다. 적용도메인에 따른 영향은 너징을 하위도메인까지 적용할수록 도메인 전역에서 기온을 높게 모의하는 경향이 증가하였으며, 특히 내륙에서 뚜렷하게 나타났다. GNE-1실험에서는 나타나지 않은 일부 산간지역에서의 높은 습도모의가GNE-2실험부터 나타났으며 높은 습도 모의 경향은GNE-2, GNE-3, GNE실험으로 갈수록 증가하였다.
- 적용도메인에 따른 자료동화 효과는 너징을 적용하지 않은 실험과 비교하여 기상인자/시간대 별로 다소 차이를 보였으나 전반적으로 그리드너징을 최종도메인인 남동해안영역(D4)까지 적용한 실험이 가장 크게 나타났다. 그리드너징을 상위도메인(D1)부터 하위도메인(D2~D4)까지 적용 할수록 낮 시간에는 기온을 높게 모의하는 경향과 습도를 낮게 모의하는 경향이 증가하였으며, 밤시간에는 높은 기온 모의 경향이 증가하였고 습도의 경우 내륙 동부지역을 제외한 나머지 지역에서 습도를 높게 모의하는 경향이 소폭 감소하였다.
- 이는 초기입력장의 오차보정을 통해 내륙지역의 관측자료가 반영되어 개선된 입력장이 계산과정에 반영되었기 때문으로 판단된다. 적용도메인의 효과는 너징을 하위도메인까지 적용 할수록 낮 시간과 밤 시간에 차별적으로 나타났으나, 전반적인 기상요소 및 PBL고도에 대해서 일정한 경향성을 보였다. 이러한 적용도메인에 따른 효과의 경향성은 그리드너징의 평활화(smoothing)로 인한 결과로 판단된다.
- 상대습도와 풍속의 경우 일정한 경향을 보이지 않았으나 전반적으로 D4까지 너징을 적용한 GNE실험이 가장 높은 정확도를 보였다. 전반적으로 좁은 변동범위를 보였으나, 기온의 경우 너징종류에 따른 밤 시간의 변동범위가 0.37로 상대적으로 큰 변동범위를 보였다.
- 적용도메인에 따른 효과는 시간대별로 차별적으로 나타났다. 전체기간과 밤 시간에는 GNE실험이 가장 개선된 결과를 보였으나 낮 시간에는 GNE-2실험이 가장 개선된 결과를 보였다.
- ONE실험은 낮 시간보다 밤 시간에 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며, GNE실험은 해양보다 내륙에서 뚜렷한 효과가 나타났다. 특히 GNE실험은 CNTL실험에서 해양과 유사한 모의경향을 보이던 해안선 인근 내륙지역의 기상요소를 개선하여 내륙과 유사한 모의경향이 나타났다. 이는 초기입력장의 오차보정을 통해 내륙지역의 관측자료가 반영되어 개선된 입력장이 계산과정에 반영되었기 때문으로 판단된다.
- 5, Bottom), 너징종류에 따른 영향은 앞선 기상요소분석과 유사한 결과를 보였다. 특히 GNE실험은 기온분포와 유사하게 내륙에서 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며 산발적인 분포를 보였다. ONE실험은 자료동화 효과가 희미하게 나타났으며 일부 내륙과 해양에서 상대적으로 낮은 PBL고도를 모의하였다.
- 너징종류에 따른 영향분석에서는 전반적으로 GNE실험이 ONE실험보다 향상된 결과를 보였다. 특히 GNE실험은 밤 시간에 기온과 풍속의 뚜렷한 정확도 향상을 보였다. 이는 그리드너징의 과대모의경향으로 인해 야간고농도오존일의 밤 시간에 나타나는 높은 기온을 잘 모의한 것으로 판단되며, 내륙과 해양의 기온 차에 대한 모의 정확도가 향상됨에 따라 풍속의 정확도가 향상된 것으로사료된다.
- 기온, 상대습도, 풍속에 대해 GNE실험이 ONE실험보다 높은 상관계수와 1에 가까운 표준편차비를 보이며 높은 정확도를 보였다. 특히 GNE실험은 앞선 통계지표 분석과 동일하게 밤 시간의 기온에 대해 뚜렷하게 향상된 결과를 보였다. 적용도메인에 따른 영향은 너징을 하위도메인까지 적용할수록 기온의 경우 전체기간과 낮 시간의 정확도가 낮아졌으며 밤 시간의 정확도는 높아졌다.
- 이는 초기입력장의 오차보정에 따른 자료동화 효과가 결과값 오차 보정에 따른 효과보다 더 크다는 것을 의미한다. 특히 그리드너징을 적용한 실험은 밤 시간에 기온과 풍속의 뚜렷한 정확도 향상을 보였다. 공간적 자료동화 효과는 낮시간과 밤 시간에 차별적으로 나타났다.
- 30). 특히 기온과 동일하게 밤 시간에 낮은 정확도를 보인 CNTL실험의 결과를 뚜렷하게 향상시켰다. ONE실험은 전체 모델링기간과 낮 시간에 낮은 IOA를 모의하였으나 밤 시간에는 0.
- GNE실험의 자료동화 효과는 도메인전역에서 뚜렷하게 나타났다. 특히 기온과 습도에 대한 효과는 내륙과 해양의 경계인 해안선 인근 내륙에서 뚜렷하게 나타났으며 풍속은 연안인근 해양에서 뚜렷하게 나타났다. GNE실험은 도메인전역에서 높은 기온을 모의하였으며 일부 산간지역을 제외한 나머지 영역에서 습도를 낮게 모의하였다.
- 5, Top), 너징종류에 따른 영향은 앞선 기상요소분석과 유사한 결과를 보였다. 특히GNE실험은 기온, 습도분포와 유사하게 내륙에서 자료동화 효과가 뚜렷하게 나타났으며 해안선 인근 내륙에서의 영향이 강하게 나타났다. ONE실험은 자료동화 효과가 희미하게 나타났으며 일부 내륙지역에서는 낮은 PBL고도를 모의하였다.
- 그리드너징을 상위도메인(D1)부터 하위도메인(D2~D4)까지 적용 할수록 낮 시간에는 기온을 높게 모의하는 경향과 습도를 낮게 모의하는 경향이 증가하였으며, 밤시간에는 높은 기온 모의 경향이 증가하였고 습도의 경우 내륙 동부지역을 제외한 나머지 지역에서 습도를 높게 모의하는 경향이 소폭 감소하였다. 풍속은 시간별로 일정한 경향성을 보이지 않았으나, PBL고도는 기온의 모의 경향과 동일한 경향을 보였다.
후속연구
- 또한 지역적 특성과 모의하고자하는 오존일의 특성에 따라 달라질수 있으며, 영향반경 및 영향계수와 같은 세부 옵션 설정에 따라 다를 수 있다. 하지만 본 연구 결과는 세부 옵션 핸들링에 앞선 선행연구로서 오존 모델링에 필요한 기상입력자료 구축 시 참고자료가 될 수 있다. 본 연구에서 나타난 시간대별 기상요소들의 정확도와 수평분포 차이는 오존모의에 있어 화학반응 및 수송, 확산 등에 영향을 미칠 것으로 사료되다.
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