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기상청 현업 예보 바람자료를 이용한 동해안 동계 파랑 예측 재현도 연구
A Study on the Predictability of Eastern Winter Storm Waves Using Operational Wind Forecasts of KMA 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.30 no.5, 2018년, pp.223 - 233  

도기덕 (한국해양대학교 해양과학기술융합학과) ,  김진아 (한국해양과학기술원 해양재난.재해연구센터)

초록
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본 연구에서는 동해안의 너울성 고파랑 예측하기 위해 기상청 현업 예보 바람자료를 입력장으로 하여 파랑수치모델(SWAN)을 수립 및 최적화하고 동해안 동계 파랑의 예측 재현도를 평가하였다. 파랑 모델은 연안역에서의 파랑 변형을 모의하기 위해 네스팅 기법을 적용하였으며, 백파 에너지 소산항을 개선하여 너울성 파랑을 모의하였다. 수치실험을 위한 입력 바람장으로는 기상청 현업 기상예보모델인 RDAPS 및 LDAPS 자료를 사용하였다. 모의된 파랑에 대한 정확도 비교 평가를 위해 ECMWF 재분석 바람자료와 KIOST 운용해양시스템의 WRF 예측 바람자료를 이용한 파랑모델링 및 기상청 현업 파랑예보모델 결과와 연안 및 외해 4개 관측정점의 파랑 관측자료를 이용하였다. 기상청 현업 기상예보모델을 입력바람장으로 이용한 경우 연안에서는 유의파고, 첨두주기 및 평균 파향이 모두 가장 낮은 RMSE와 가장 높은 상관계수를 가졌으며, 외해에서는 모든 수치실험 결과가 관측자료와 전반적으로 잘 일치하였다. 백파항을 수정한 SWAN 모델과 기상청 현업 기상예보모델을 사용할 경우 급격하게 발생하는 고파랑 재현은 개선이 필요하지만 비교적 겨울철 폭풍파를 잘 재현하고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The predictability of winter storm waves using KMA's operational wind forecasts has been studied to predict wind waves and swells in the East coast of Korea using SWAN. The nested model were employed along the East coast of Korea to simulate the wave transformation in the coastal area and wave dissi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 각 기관별로 제공하는 바람자료에 따른 파랑 모델의 정확도를 분석하기 위해 2.3절에서 기술한 각기 다른 기관에서 생산하는 4가지 시공간 바람자료(RDAPS, LDAPS, ERA-interim, WRF)를 입력 외력으로 사용하여 동해안 너울성 고파랑을 수치모의 하였으며, 이를 SWAN-RDAPS, SWANLDAPS, SWAN-ECMWF, SWAN-WRF로 표기하기로 한다. 이 때, 기상청에서 생산하고 있는 LDAPS 모델 자료는 그 영역이 한반도 주변만을 대상으로 하고 있어 동해안에서 발생하는 장주기 너울성 파랑을 예측하기에는 공간적으로는 충분하지 않다.
  • 본 연구에서는 겨울철 동해안에서 발생하는 너울성 고파랑의 정확한 예측을 통한 사전 인지 및 대응을 통한 피해 최소화를 위해, 기상청 현업 기상예보모델에서 생산된 시공간적 바람장을 입력자료로 하여 너울성 파랑의 예측 재현도를 평가하기 위한 수치모의에 대한 연구를 수행하였다. 파랑 수치모의를 위해 파랑 모델의 경우에는 연안공학분야에서 가정 널리 사용되고 있는 3세대 모형인 SWAN을 이용하였으며 해상풍 자료는 기상청 현업 예보모델인 국지 및 지역예보모델의 바람자료를 이용하였다.
  • 본 연구에서는 너울성 고파랑으로 인하여 발생하는 인명 및 재산피해를 최소화하기 위하여 현재 우리나라 기상청에서 생산 중인 현업 예보기상모델의 바람자료를 이용하여 동해안에서 발생하는 겨울철 너울성 고파랑의 예측 재현도에 대한 연구를 수행하였다. 바람자료는 기상청 지역예보모델(RDAPS)와 국지예보모델(LDAPS)에서 생산하는 자료를 이용하였으며, 파랑 수치모델은 3세대 파랑 모형 중 하나인 SWAN 모델을 이용하였다.
  • kr)을 통해 준실시간으로 다운로드가 가능하며, 기상청에서 관측 중인 한반도 주변의 다양한 기상자료와 자료동화가 기 적용되어 상대적으로 한반도의 해상풍에 대해서 그 정확도가 높다고 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 기상청 현업기상예보모델을 입력 바람장으로 하여 너울성 고파랑의 발생 가능성을 사전에 인지하고 예측하기 위한 수치모의 실험을 수행하였다. 2015년 겨울철 발생한 너울성 장주기 파랑을 재현하고, 그 결과를 동해안 외해에 위치한 2개의 해양관측부이 및 연안 정점의 파랑 관측자료와 비교 및 검증을 수행하였으며, ECMWF ERA-interim 재분석자료 및 운용해양예보시스템 WRF 예측자료의 바람장을 입력으로 한 모의결과와 현재 기상청에서 Wave Watch III를 사용한 현업 예보 파랑모델 결과 또한 상호 비교하여 본 연구에서 구축한 수치모형의 예측 정확도에 대해 정량적으로 비교 · 검토하였다.
  • 이에 본 연구에서는 2015년 11월 15일부터 12월 20일을 수치모의 기간으로 선정하였으며, 겨울철 동해안에서 발생하는 너울성 파랑을 모의하였다. 이 기간은 유의 파고 3미터 이상, 첨두주기 8초 이상의 폭풍파가 최소 4차례 이상 지역별로 발생하여 본 연구에서 구축한 수치모델의 재현 정도를 살펴보는 데 적합하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
너울성 장주기 파랑을 예측하기 위한 연구에 어떤 자료가 입력되나? 너울성 장주기 파랑을 예측하기 위한 연구는 기상자료를 입력자료로 하여 3세대 풍파모형인 WAM, Wave Watch III 및 SWAN 모형이 주로 사용되고 있다(Kang et al., 2015; Eum et al.
RDAPS 모델과 ECMWF ERAinterim, WRF의 차이점은 무엇인가? 그러므로 본 연구에서는 LDAPS 모델이 포함하고 있지 않은 동해 북동부 및 일본 연안 지역에서의 해상풍 자료는 기상청에서 제공하는 RDAPS 모델의 결과를 이용하여 바람장을 생성하였다. 이때 입력 바람장은 ECMWF ERAinterim는 재분석자료이고, WRF는 예측자료이며, RDAPS 및LDAPS는 현업 예보자료라는 차이점이 있다.
연안공학분야에서 널리 사용되는 수치 기상모델 자료는 무엇인가? 수치모델을 통해 동해안에서 발생하는 너울성 파랑을 정확하기 예측하기 위해서는, 먼저 시공간적으로 변화하는 해상풍에 대한 자료가 필수적이며 이는 대부분 수치 기상 모델 결과를 이용한다. 연안공학분야에서 널리 사용된 수치 기상모델자료는 중규모 유럽 기상예보센터(ECMWF, The European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)에서 제공하는ECMWF ERA-interim(Berrisford et al., 2011) 자료이며, 파랑 후측 모의 및 장기간 유의파고 추세 분석 등에 많이 이용되었다(Lee and Jun, 2006; Kang et al., 2015; Ko et al.
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참고문헌 (15)

  1. Berrisford, P., Dee, D., Poli, P., Brugge, R., Fielding, K., Fuentes, M., Kallberg, P., Kobayashi, S., Uppala, S. and Simmons, A. (2011). The ERA-Interim archive, version 2.0. 

  2. Bonavita, M., Holm, E., Isaksen, L. and Fisher, M. (2016). The evolution of the ECMWF hybrid data assimilation system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 142(694), 287-303. 

  3. Caires, S., Kim, J. and Groeneweg, J. (2018). Korean East Coast wave predictions by means of ensemble Kalman filter data assimilation. Ocean Dynamics, DOI:10.1007/s10236-018-1214-0. 

  4. Chun, H., Kang, T.-S., Ahn, K., Jeong, W.M., Kim, T.-R. and Lee D.H. (2014). A study on the statistical characteristics and numerical hindcasts of storm waves in East Sea. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 26(2), 81-95 (in Korean). 

  5. Eum, H.-S., Kang, T.-S., Nam, S.-Y. and Jeong, W.-M. (2016). Wave modeling considering water level changes and currents effects. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 28(6), 383-396 (in Korean). 

  6. Hasselmann, K. (1974). On the spectral dissipation of ocean waves due to whitecapping. Boundary-Layer Meteorology, 6, 107-127. 

  7. Kang, T.-S., Park, J.-J. and Eum, H.-S. (2015). Coastal wave hindcasting modelling using ECMWF wind dataset. Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety, 21(5), 599-607 (in Korean). 

  8. Ko, D.H., Jeong, S.T., Cho, H.Y. and Seo, K.S. (2017). Distribution and trend analysis of the significant wave heights using KMA and ECMWF data sets in the coastal seas, Korea. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 29(3), 129-138 (in Korean). 

  9. Lee, D.-Y. and Jun, K.-C. (2006). Estimation of design wave height for the waters around the Korean peninsula. Ocean Science Journal, 41(4), 245-254. 

  10. Oh, S.-H. and Jeong, W. (2014). Extensive monitoring and intensive analysis of extreme winter-season wave events in the Korean east coast. Journal of Coastal Research, 70, 296-301. 

  11. Park, K.-S., Heo, K.-Y., Jun, K., Kwon, J.I., Kim, J., Choi, J.-Y., Cho, H.-H., Choi, B.-J., Seo, S.-N. Kim, Y.H., Kim, S.-D., Yang, C.-S., Lee, J.-C., Kim, S.-I., Kim, S., Choi, J.-W. and Jeong, S.-H. (2015). Development of the operational oceanographic system of Korea. Ocean Science Journal, 50(2), 353-369. 

  12. Rogers, W.E., Hwang, P.A. and Wang, D.W. (2003). Investigation of wave growth and decay in the SWAN model: three regional-scale applications. Journal of Physical Oceanography, 33(2), 366-389. 

  13. Seo, S.-N. (2008). Digital 30sec Gridded Bathymetric Data of Korea Marginal Seas - KorBathy30s. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 20(1), 110-120 (in Korean). 

  14. Yuk, J.-H., Kim, K.O., Jung, K.T. and Choi, B.H. (2016). Swell prediction for the Korean coast. Journal of Coastal Research, 32(1), 131-141. 

  15. Zijlema, M., van Vledder, G. Ph. and Holthuijsen, L.H. (2012). Bottom friction and wind drag for wave models. Coastal Engineering, 65, 19-26. 

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