본 연구에서는 동해안에 고파가 내습한 시점을 대상으로 관측 파랑자료와 미국 국립해양대기청(NOAA)에서 추산한 기상 예측자료를 통합 분석하였으며, 기상예측자료를 이용한 동해안 파랑예측시스템을 구축하였다. 또한, 파랑 예측결과를 관측자료와 비교하여 적용성을 확인하였다. 동해안 연안에는 2회 파고가 증가하고 2차 파고 증가 시 연안 기상조건은 양호한 경우도 있어 피해가 우려된다. 2008년 2월에 관측된 파랑 관측자료를 이용하여 고파의 전파방향을 추정하였으며, 기상자료와 비교를 통해 2번째 증가시기 파랑의 발생역이 동해 연안에서 멀리 떨어진 러시아와 일본 사이 해역임을 확인하였다.
본 연구에서는 동해안에 고파가 내습한 시점을 대상으로 관측 파랑자료와 미국 국립해양대기청(NOAA)에서 추산한 기상 예측자료를 통합 분석하였으며, 기상예측자료를 이용한 동해안 파랑예측시스템을 구축하였다. 또한, 파랑 예측결과를 관측자료와 비교하여 적용성을 확인하였다. 동해안 연안에는 2회 파고가 증가하고 2차 파고 증가 시 연안 기상조건은 양호한 경우도 있어 피해가 우려된다. 2008년 2월에 관측된 파랑 관측자료를 이용하여 고파의 전파방향을 추정하였으며, 기상자료와 비교를 통해 2번째 증가시기 파랑의 발생역이 동해 연안에서 멀리 떨어진 러시아와 일본 사이 해역임을 확인하였다.
In this study, characteristics of swell-like high waves in the East Sea were analyzed using observed wave data and predicted meteorological data from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). And, the wave prediction system using the data from the NOAA has been established. Further...
In this study, characteristics of swell-like high waves in the East Sea were analyzed using observed wave data and predicted meteorological data from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). And, the wave prediction system using the data from the NOAA has been established. Furthermore, the applicability of the system has been verified by comparing the predicted results with the corresponding observed data. For some case, there were two times of wave height increase and the second increase occurred in a calm weather condition on the coast which might cause casualties. The direction of wave energy propagation was estimated from observed wave data in February, 2008. Through comparison between the direction of wave energy propagation and the meteorological data, it turns out that the second increase of waves is originated from the seas between Russia and Japan which is far from the East Sea.
In this study, characteristics of swell-like high waves in the East Sea were analyzed using observed wave data and predicted meteorological data from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). And, the wave prediction system using the data from the NOAA has been established. Furthermore, the applicability of the system has been verified by comparing the predicted results with the corresponding observed data. For some case, there were two times of wave height increase and the second increase occurred in a calm weather condition on the coast which might cause casualties. The direction of wave energy propagation was estimated from observed wave data in February, 2008. Through comparison between the direction of wave energy propagation and the meteorological data, it turns out that the second increase of waves is originated from the seas between Russia and Japan which is far from the East Sea.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서 2008년 너울성 고파가 발생한 시점을 대상으로 너울성 고파의 발생역을 추정하는 기법을 개발하였다. 먼저 2008년 고파가 발생한 4개 관측지점(속초, 묵호, 후포, 진하)의 파랑자료를 분석하여 두 번째 고파랑이 발생한 경우의 고파랑 발생역을 추정한 결과 고파랑 발생 약 20시간 전에 관측지점으로부터 북동쪽으로 약 900 km 떨어진 동해 해역에 강한 북동풍이 발생하였음을 확인하였다.
한반도, 중국 및 러시아 대륙, 일본 열도 사이에 위치하는 큰 호수형태의 동해는 기상예측자료를 이용한 파랑 예측시스템을 통해 실시간 파랑 예측이 가능하다. 본 연구에서는 NOAA의 기상예측자료를 입력조건으로 하는 파랑모델을 구축하고 2008년 2월 너울성고파 내습시점을 대상으로 파랑변형 실험을 수행하였으며, 관측자료와 비교를 통해 예측 정확성을 검토하였다. 파랑예측 수치모델로는 SWAN(Booij et al.
본 연구에서는 너울성 고파로 인한 피해가 발생한 2008년 2월을 대상으로 기상예측자료와 파랑 관측자료를 통합하여 고파 발생과 기상 패턴의 경향성을 분석하였다. 2008년 2월은 연안의 유의파고 및 첨두주기가 2회 증가하며, 파랑에너지 스펙트럼을 분석하여 2번째 내습한 장주기성 파랑의 전파방향을 예측하였다.
본 연구의 파랑예측시스템은 입력조건으로 이용한 기상예측결과의 적정성을 검토하고, 동해 전체의 예측결과를 도출하기 위한 것이며, 연안에서 첨두주기와 유의파고의 증가·감소 경향을 비교적 정확히 예측하므로 향후 동해안 전체의 공간적인 파랑생성 특성을 검토하거나 상세 파랑예측시스템의 경계조건으로 활용성이 높은 것으로 판단된다.
제안 방법
파랑에너지가 속초에 도달한 시각은 2008년 2월 24일 7시 49분경 이다. 각 지점에서 관측된 에너지 도달시각과 방향을 이용하여 2008년 2월 24일 7시의 파랑에너지 도달위치를 예측하였으며, 그 시점을 기준으로 7시간, 13시간, 20시간 이전의 파랑에너지 도달위치를 예측하였다. 예측 결과를 각 시각의 해상풍 벡터도와 함께 Fig.
계산격자는 동해안 전체를 포함하는 1,200 km × 1,800 km 영역을 대상으로, 4 km 등간격자로 구성하였으며, 계산 시간 간격은 5분으로 설정하였다.
너울성 고파의 전파특성을 파악하기 위해 한국해양과학기술원(KIOST)에서 관측한 2008년 2월 속초, 묵호, 후포, 진하지점의 유의파고, 첨두주기, 주파수별 스펙트럼 밀도자료를 분석하였다. 파랑 관측은 수압식 파고계(모델명 : WTG-256M)를 사용하였다.
먼저 2008년 고파가 발생한 4개 관측지점(속초, 묵호, 후포, 진하)의 파랑자료를 분석하여 두 번째 고파랑이 발생한 경우의 고파랑 발생역을 추정한 결과 고파랑 발생 약 20시간 전에 관측지점으로부터 북동쪽으로 약 900 km 떨어진 동해 해역에 강한 북동풍이 발생하였음을 확인하였다. 또한 본 발생역 추정법의 정확성을 검증하기 위해 2008년 시점을 대상으로 NOAA의 기상예측자료를 이용한 파랑모델을 구축하고 실시간 모의하여 관측자료와 비교하였다. 실험 결과, 지형이 비교적 복잡한 동해안 남측해역을 제외하면 유의파고와 첨두주기의 크기 및 증가·감소경향을 정확히 예측하였다.
또한, 2008년 시점을 대상으로 NOAA의 기상예측자료를 이용한 파랑모델을 구축하고 실시간 모의하여 관측자료와 비교하였다. 검증 결과, 지형이 비교적 복잡한 동해안 남측해역을 제외하면 유의파고와 첨두주기의 크기 및 증가감소경향을 정확히 예측하였다.
(2013)은 스펙트럼 밀도의 증가시각을 객관적으로 결정하기 위해 Shapiro(1970)가 제안한 Smoothing 기법을 적용하고, 스펙트럼 밀도의 기울기가 음에서 양으로 변하는 시각을 증가시각으로 결정하였다. 또한, 동해안 연안의 4개 지점(속초, 묵호, 후포, 진하)에서 주파수별 스펙트럼 밀도의 상승시각을 추정하고 지점별 너울의 진행거리를 산정하였으며, 두 지점의 특정 주파수에 해당하는 스펙트럼 밀도 상승시각을 이용하여 너울의 진행방향을 추정하는 기법을 제안하였다. 너울의 진행 방향은 독립적으로 관측된 지점별 관측자료를 이용하였음에도 불구하고 모든 경우에 유사한 진행방향을 보였으며, 해석에 신뢰성이 있는 것으로 판단하였다.
또한, 두 번째 파고 증가시기에 출현빈도가 가장 높은 14.22초를 대상으로 주파수 스펙트럼 밀도의 상승시각을 이용하여 에너지의 전파방향을 추정하였다. 4개 지점의 상승시각을 이용하여 2지점씩 조합하면 총 6개 경우에 대해 너울의 진행방향을 추정할 수 있다.
(2010)은 2005~2008년에 우리나라 연안에 피해를 준 너울성 고파는 중국 내륙에서 발생하여 동해로 진출한 저기압에 기인하며, 저기압 중심 인근에서 발생한 강한 해상풍이 너울을 생성하고 연안까지 전파한 것으로 추정하였다. 또한, 속초지점의 에너지 스펙트럼 증가시점을 이용하여 너울성 고파의 진행거리를 추정하는 기법을 제안하였다. Ahn et al.
대상 데이터
동해안 파랑과 기상자료와의 상관성 분석을 위해 미국 국립해양대기청(NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration)에서 추산한 해상풍자료를 이용하였다. NOAA에서는 WRF (Weather Research and Forecasting) 수치모형을 이용하여 전 지구를 대상으로 기상예측시스템(CFSv2: Climate Forecast System version 2)을 구축·운영하고 있으며, 예측결과를 웹을 통해 제공하고 있다.
계산격자는 동해안 전체를 포함하는 1,200 km × 1,800 km 영역을 대상으로, 4 km 등간격자로 구성하였으며, 계산 시간 간격은 5분으로 설정하였다. 모형의 검증은 너울성고파 내습 당시 파랑관측이 이루어진 속초, 묵호, 후포, 진하지점의 자료를 이용하였다. 파랑 검증위치 및 계산격자망을 Fig.
본 연구에서는 2008년 너울성 고파 내습시점을 대상으로 속초, 묵호, 후포, 진하지점의 모든 주파수별 에너지스펙트럼 밀도를 분석하였으며, Ahn et al.(2013)이 제안한 너울의 진행방향 추정방법을 적용하였다. Table 2에 지점별-첨두주기별 에너지스펙트럼 밀도의 증가시각을 제시하였으며, Fig.
SWAN모형은 파랑의 위상을 고려하지 않으므로 반사 및 회절 계산 시에 유의해야하며, 본 연구에서 대상으로 하는 동해는 회절의 영향이 크지 않으므로 적용성에 문제가 없는 것으로 판단하였다. 지배방정식으로 다음과 같은 파작용 평형방정식(wave action balance equation)을 사용한다(Mei, 1983; Komen et al., 1994).
본 연구에서는 NOAA의 기상예측자료를 입력조건으로 하는 파랑모델을 구축하고 2008년 2월 너울성고파 내습시점을 대상으로 파랑변형 실험을 수행하였으며, 관측자료와 비교를 통해 예측 정확성을 검토하였다. 파랑예측 수치모델로는 SWAN(Booij et al., 1999)을 사용하였다. SWAN(Simulating WAve Nearshore)은 네덜란드 Delft 공대에서 개발한 3세대 파랑변형 수치모형으로 파랑에너지의 천수, 굴절, 회절, 파랑-흐름 상호작용, 바람에 의한 에너지 생성, 백파(white capping), 쇄파에 의한 에너지 감쇠, 파랑간의 3차 및 4차 비선형 현상, 바닥의 마찰 등을 모의할 수 있다.
성능/효과
SWAN(Simulating WAve Nearshore)은 네덜란드 Delft 공대에서 개발한 3세대 파랑변형 수치모형으로 파랑에너지의 천수, 굴절, 회절, 파랑-흐름 상호작용, 바람에 의한 에너지 생성, 백파(white capping), 쇄파에 의한 에너지 감쇠, 파랑간의 3차 및 4차 비선형 현상, 바닥의 마찰 등을 모의할 수 있다. SWAN모형은 파랑의 위상을 고려하지 않으므로 반사 및 회절 계산 시에 유의해야하며, 본 연구에서 대상으로 하는 동해는 회절의 영향이 크지 않으므로 적용성에 문제가 없는 것으로 판단하였다. 지배방정식으로 다음과 같은 파작용 평형방정식(wave action balance equation)을 사용한다(Mei, 1983; Komen et al.
또한, 2008년 시점을 대상으로 NOAA의 기상예측자료를 이용한 파랑모델을 구축하고 실시간 모의하여 관측자료와 비교하였다. 검증 결과, 지형이 비교적 복잡한 동해안 남측해역을 제외하면 유의파고와 첨두주기의 크기 및 증가감소경향을 정확히 예측하였다. NOAA의 해상풍 예측자료가 동해안의 공간적인 해상풍 특성을 재현하는 것으로 판단되며, 향후 상세 파랑예측시스템의 경계조건으로 활용성이 높은 것으로 판단된다.
실험 결과, 지형이 비교적 복잡한 동해안 남측해역을 제외하면 유의파고와 첨두주기의 크기 및 증가·감소경향을 정확히 예측하였다.
2008년 2월은 연안의 유의파고 및 첨두주기가 2회 증가하며, 파랑에너지 스펙트럼을 분석하여 2번째 내습한 장주기성 파랑의 전파방향을 예측하였다. 예측한 전파방향과 군속도를 이용하여 과거 파랑에너지의 위치를 추정하였으며, 2번째 증가한 파랑에너지는 러시아와 일본 사이에 발생한 NE계열 해상풍에 기인하는 것을 확인하였다.
(2013)은 스펙트럼 밀도의 증가시각을 Shapiro(1970)의 Smoothing 기법을 적용하여 객관적으로 결정하고, 4개 지점(속초, 묵호, 후포, 진하)의 에너지 스펙트럼 밀도 증가시각을 이용하여 진행거리 뿐만 아니라 진행방향을 추정하는 기법을 제안하였다. 추정결과, 동해상의 국지적인 기상현상의 영향으로 진행거리는 지점별로 다양하게 추정되지만, 진행방향은 일정하게 나타났다. 우리나라 동해안은 한반도, 중국 및 러시아 대륙, 일본 열도 사이에 위치하는 큰 호수 형태의 특징이 있다.
후속연구
검증 결과, 지형이 비교적 복잡한 동해안 남측해역을 제외하면 유의파고와 첨두주기의 크기 및 증가감소경향을 정확히 예측하였다. NOAA의 해상풍 예측자료가 동해안의 공간적인 해상풍 특성을 재현하는 것으로 판단되며, 향후 상세 파랑예측시스템의 경계조건으로 활용성이 높은 것으로 판단된다.
최근 수치모델의 발달로 전 지구 또는 국지해역을 대상으로 기상 및 파랑예측시스템이 개발되어 운영되고 있다. 동해안 파랑과 기상자료의 상관성 및 관측파랑의 발생기원을 분석하고, 동해안 전체를 대상으로 파랑예측시스템을 구축한 본 연구가 향후 예측시스템의 정확성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대되며, 동해안의 너울성고파 피해 저감방안 수립에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기상예측시스템은 어떻게 기상을 예측하나요?
NOAA에서는 WRF (Weather Research and Forecasting) 수치모형을 이용하여 전 지구를 대상으로 기상예측시스템(CFSv2:Climate Forecast System version 2)을 구축·운영하고 있으며,예측결과를 웹을 통해 제공하고 있다. CFSv2는 전지구를 1/5'간격으로 분할하고, 관측자료와 자료동화를 통해 산출한 초기조건을 이용하여 하루에 4회 1시간간격 192시간 미래의 기상을 예측한다. 기상예측 모형의 동해안 인근 격자망을 Fig.
파랑 관측에 사용된 장비는 무엇인가요?
너울성 고파의 전파특성을 파악하기 위해 한국해양과학기술원(KIOST)에서 관측한 2008년 2월 속초, 묵호, 후포, 진하지점의 유의파고, 첨두주기, 주파수별 스펙트럼 밀도자료를 분석하였다. 파랑 관측은 수압식 파고계(모델명 : WTG-256M)를 사용하였다. 관측지점 개요를 Table 1에 제시하였으며, 관측 정점도와 지점별 유의파고 및 첨두주기 시계열을 Fig.
NOAA에서 제공하는 가상예측시스템은 어떤 모델을 이용하나요?
NOAA에서는 WRF모델을 이용한 192시간 기상예측시스템을 구축하여 운영하고 있으며, 웹을 통해 제공한다. 한반도, 중국 및 러시아 대륙, 일본 열도 사이에 위치하는 큰 호수형태의 동해는 기상예측자료를 이용한 파랑 예측시스템을 통해 실시간 파랑 예측이 가능하다.
참고문헌 (12)
Ahn, S.J., Lee, C., Kwon, S.J., Jeong, W.-M., Kim, S.W. (2013). Source area and propagation direction of large-height swell-like waves in the east coast of Korea, 2013 Conference of the Korean Society of Civel Engineers, 2127-2131. (in Korean)
Booij, N., Ris, R.C. and Holthuijsen, L.H. (1999). A third-generation wave model for coastal regions : 1. Model description and validation. J. of Geophysical Research, 103(C4), 7649-7666.
Earle, M.D., Bush, K.A. and Hamilton, G.D. (1984). High-height long-period ocean waves generated by a severe storm in the northeast Pacific ocean during Frebruary 1983, J. Phys. Oceanogr., 14, 1286-1299.
Goda, Y., An, E.-S. (1973). On wave characteristics along the east coast of Korea and some remarks on breakwater design, J. of Korean Society of Civil Engineers, 21(1), 78-89 (in Korean).
Jeong, W.M and Oh, S.-H. (2009). Abnormally high swells occurred on the east coast in recent several years, 2009 Conference of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, 2119-2122 (in Korean).
Jeong, W.M, Oh, S.-H., and Lee, D.Y. (2007). Abnormally high waves on the east coast, J. of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 19(4), 295-302 (in Korean).
Jeong, W.-M, Oh, S.-H., Ryu, K.-H, and Kim, T.-I. (2008). Characteristics of abnormally high waves on the east coast, February 2008, 2008 Conference of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, 2480-2483 (in Korean).
Komen, G.J., Cavleri, L., Donelan, M., Hasselmann, K., Hasselmann, S., and Janssen, P.A.E.M. (1994). Dynamics and modelling of ocean waves, Cambridge University Press, 533.
Lee, C., Ahn, S.J., Lee, B.W., Kim, S.W. and Kwon, S.J. (2014). Prediction of swell-like high waves using observed data on the east coast of Korea, Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 26(3), 149-159 (in Korean).
Mei, C.C. (1983). The applied dynamics of ocean surface waves, Wiley, New York.
Oh, S.-H., Jeong, W.-M., Lee, D.Y. and Kim, S.I. (2010) Analysis of the reason for occurrence of large-height swell-like waves in the east coast of Korea, J. of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 22(2), 101-111 (in Korean).
Shapiro, R. (1970). Smoothing, filtering, and boundary effects, Reviews of Geophysics and Space Physics, 8(2), 359-387.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.