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서남해안 관측자료를 활용한 OI 자료동화의 최적 매개변수 산정 연구
Experimental Study of Estimating the Optimized Parameters in OI 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.31 no.6, 2019년, pp.458 - 467  

구본호 (인하대학교 해양과학과) ,  우승범 (인하대학교 해양과학과) ,  김상일 (부산대학교 수학과)

초록
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본 연구는 자료동화에 필요한 매개변수의 최적화된 값를 산정하기 위해 서남해안을 포함하는 한반도 중심해역에 해양순환수치모델 FVCOM(Finite Volume Community Ocean Model)을 구축 및 검증하고 이에 연속관측된 수층별 유속자료와 OI(Optimal Interpolation)를 자료동화하였다. 자료동화에는 서남해안에 위치한 4정점에서 ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)을 통해 관측된 수층별 유속자료를 사용하였다. 자료동화에 사용된 배경 모델은 복잡하고 불규칙한 지형적 특성을 가진 서남해안 중심의 한반도 해역을 비구조격자체계의 해양순환수치모델인 FVCOM으로 구성하고 이를 조석검증하였다. 최적내삽법의 Correlation length와 Scale factor는 자료동화 과정에서 관측값의 영향 범위를 결정하고 오차를 보정할 수 있는 매개변수다. 자료동화기법 내 매개변수는 연구 지역에 존재하는 해양학적 특성에 따라 능동적으로 변동되기 때문에 이를 토대로 경험적인 산정 연구가 필요하다. 따라서 서남해안에서 요구되는 각 매개변수들을 Taylor diagram을 활용하여 관측정점별로 분석하고 최적값을 산정하였다. 산정된 최적매개변수는 관측정점마다 요구되는 값이 상이하며 연안에서 외해로 갈수록 증가하는 추세를 보인다. 추가로 조석검증 전과 후에 따른 배경 모델이 갖는 정확성이 자료동화 효과에 미치는 영향을 분석하였다. 조석검증을 통해 정확성이 높아진 배경 모델은 배경오차공분산이 상대적으로 감소됨에 따라서 총 비중 함수가 0에 가까워지고 결과적으로 최적매개변수값이 감소하였다. 이러한 최적매개변수는 광역 모델이 갖고 있는 연안역까지 도달하는 개방경계의 한계점을 완화시켜줄 것으로 기대하며 향후 관측정점별로 요구되는 최적매개변수값을 독립적으로 적용하도록 개선한다면 향상된 해양예측 시스템 개발에 도움이 될 것으로 기대한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is the suggestion of optimized parameters in OI (Optimal Interpolation) by experimental study. The observation of applying optimal interpolation is ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) data at the southwestern sea of Korea. FVCOM (Finite Volume Coastal Ocean Model) is u...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 현재까지 서남해안 내에 관측 정점별로 명확한 매개변수의 최적값이 제시되지 않고 있으며 이는 경험적 산정을 통해 결정해야하는 부분이다. 따라서 최적매개변수을 선정하기 위해 실험표를 구성하고 모델 개선에 따라 자료동화 효과가 미치는 영향에 대해서도 실험을 진행하였다. 이어도 과학기지를 포함한 한반도 주변으로 구축된 FVCOM 조석모델과 조화분해를 통해 재생산한 수층별 유속자료를 바탕으로 Table 2와 같이 실험표를 구성하였다.
  • 45도). 본 실험을 통해 배경 모델이 가진 자체 정확도가 자료동화 적용시 최적매개변수에 대한 변화를 유도하는지 분석하였다.
  • 본 연구는 이어도 종합 과학기지에서 제공된 연안 관측자료를 기반으로 광역 모델의 자료동화를 서남해안 연안까지 확장하고 기존 관측자료와의 자료동화연계를 통한 해양수치모델의 정확성 개선을 도모하고자 한다. 그러기 위해 서남해안을 중심으로 수층별 유속관측자료를 활용하여 해양순환모델에 최적내삽법을 적용할 경우 요구되는 최적매개변수를 산정하였다.
  • 추가적인 실험으로서 해양자료동화의 효과가 배경 모델이 수반하는 정확성의 차이에 따라 어떻게 반응하는지 확인하였다. 일반적으로 해양수치모델은 개방경계조건과 초기조건에 따라 연안에서의 정확성이 결정되는데 초기조건과 지형조건을 고정하고 오직 개방경계조건만으로 조석에 대한 검증을 2가지로 나누어 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FVCOM은 무엇인가? Chen et al.(2003)에 의해 개발된 FVCOM 은 연안모델에 적합한 비구조격자체계의 3차원 해양 순환 수치모델이다. FVCOM이 갖고 있는 주요 장점은 유한체적법과 비구조격자체계, 병렬화기법이다.
FVCOM의 장점은 무엇인가? (2003)에 의해 개발된 FVCOM 은 연안모델에 적합한 비구조격자체계의 3차원 해양 순환 수치모델이다. FVCOM이 갖고 있는 주요 장점은 유한체적법과 비구조격자체계, 병렬화기법이다. 기존의 유한차분법이 갖는 수직적분의 빠른 차분화기법과 유한요소법의 기하학적 장점을 차분형태가 아닌 적분형태로 병렬화하기 때문에 정확성과 계산효율이 효과적이다.
자료동화의 정의에서 하나의 공통점은 무엇인가? 이렇게 다양한 해석을 할 수 있는 자료동화의 정의에서 하나의 공통점이 있다. 그것은 관측자료를 수치모델에 반영하여 기존 수치모델의 한계점을 개선시킬 수 있는 방법론이라는 점이다.
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참고문헌 (18)

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