초록 ▼

본 연구에서는 슈퍼컴퓨터를 활용한 예보 능력 향상을 위한 연구의 일환으로 태풍감시 및 예보 기술개발 연구를 수행하였다. 본 연구는 위성자료를 이용한 태풍 정보 생산 체계 구축, 실시간 태풍 해일 예측 시스템 구축 그리고 태풍 관측 자료 생산 및 자료 동화 기반 구축으로 구성되어 있으며, 각 세부과제에 대한 연구결과는 다음과 같다.
위성에 의한 태풍 정보 생산 체계 구축에서는 태풍 분석 및 예보 시스템인 TAPS(Typhoon Analysis and Prediction System)을 Ver. 1.5에서Ver. 2.2로 개선하였

본 연구에서는 슈퍼컴퓨터를 활용한 예보 능력 향상을 위한 연구의 일환으로 태풍감시 및 예보 기술개발 연구를 수행하였다. 본 연구는 위성자료를 이용한 태풍 정보 생산 체계 구축, 실시간 태풍 해일 예측 시스템 구축 그리고 태풍 관측 자료 생산 및 자료 동화 기반 구축으로 구성되어 있으며, 각 세부과제에 대한 연구결과는 다음과 같다.
위성에 의한 태풍 정보 생산 체계 구축에서는 태풍 분석 및 예보 시스템인 TAPS(Typhoon Analysis and Prediction System)을 Ver. 1.5에서Ver. 2.2로 개선하였고, GMS-5 위성 자료로부터 Dvorak 방법을 적용하여 대풍의 강도와 중심을 결정하였으며, TRMM(Tropical RainfallMeasurement Mission) 위성의 마이크로파 센서인 TMI(TRMM Microwave Imager) 자료를 이용하여 개발된 태풍 중심 위치 결정기법을 실시간 예보를 위하여 NOAA/AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit) 자료에 적용하였다. 먼저 TAPS Ver. 2.2의 주요 개선점들은 자료의 입출력과 관련된 환경 설정, 태풍 자료의 입력을 간소화시킨 예보 마법사 기능, 과거 태풍 DB로부터 태풍의 통계적 특성 분석을 위한 태풍통계기능의 추가, 통계적인 방법에 의해 태풍 진로를 예측하기 위한 유사법의 기능이 강화되었으며 TAPS 홈페이지 구축을 통하여 최신의TAPS 소프트웨어과 매뉴얼을 제공하고 있다. GMS 위성영상을 이용한 실시간 태풍 강도 분석을 위해 일본 기상위성 센터의 태풍 강도분석 소프트웨어를 SATDIS(SATellite Data Display System)라 명한 한국형 소프트웨어로 변환하여 2001년 태풍 분석 업무에 활용하였다. SATDIS는 Dvorak기법을 적용하여 태풍의 중심과 강도를 결정하며, 이 강도지수로부터 중심기업과 최대풍속 등이 경험적인 관계식에 의하여 추정되어 예보에 활용된다. 태풍 중심 상부에 구름이 있는 경우 가시, 적외 영상에서는 태풍의 눈 관측이 불가능하므로 이러한 단점을 극복하기 위하여 개발된 TRMM/TMI 마이크로파 자료를 이용한 태풍 중심 결정 알고리즘을 NOAA/AMSU 자료에 적용하여 태풍의 중심을 분석하고 Dvorak 방법에 의한 중심과 비교하였다. NOAA/AMSU의 정규복사강도차이에 의한 중심결정은 적외 영상에만 의했던 태풍의 중심 위치 결정이 보완될 수 있음을 보였다.
실시간 태풍 해일 예측 시스템 구축에서는 실시간 태풍해일 예측을 위해 폭풍해일 예측에 대한 수치모델이 개발되었으며, 우리나라에서 피해가 발생하는 남·서해안을 중심으로 적용하였다. 연구에 사용된 기상모델은 MM5-PSU/NCAR이며 해양모델은 2차원 Princeton Ocean Model이다. 그리고 폭풍해일을 유발하는 해수 응력은 풍속과 거칠기 함수로 계산하였으며, 모델의 분해능과 자료의 시간간격은 선형 내삽법으로 조정되었다. 모델의 결과를 보면 2000년 태풍 발생기간 예측된 해일높이는 지역에 따라 -50cm에서 60cm로서 관측값 -60cm에서 80cm에 근접하게 재현하며 실시간 운영되는 해수면 예측결과는 기상연구소 인천관측소 자료에서 주로 고·저조 때에 나타나는 보통 20cm이내의 기상조를 반영하여 보여준다. 이러한 결과는 예보된 조석을 실제 해수면의 높이에 접근시킨 것으로 해수면 예보에 충분히 활용 가능하다태풍 관측 자료 생산 및 자료 동화 기반 구축 연구는 개선된 전지구 예보시스템(Global Data Assimilation and Prediction System, 이하GDAPS라 함)의 3차원 최적내삽법(3-Dimension Optimum Interpolation, 이하 3DOI라 함)에서의 모조태풍 작성과정과 이전 GDAPS에서 사용되었던 2DOI에서의 모조태풍 작성과정을 비교, 분석하였다. 2DOI에서는 대칭성분의 모조태풍이 작성되어지는 반면, 3DOI에서는 비대칭 모조태풍이 작성되어지는 큰 차이를 보였다. 2DOI를 이용한 이전 GDAPS(T106L20)와 3DOI를 이용한 개선된 GDAPS(T213L30)의 2001년 태풍예보검증결과, 개선된 GDAPS가 이전 GDAPS에 비해 약 15$\%$ 정도의 진로오차 개선효과를 보였으며, 강도예측에 있어서도 상당한 개선효과가 있는 것으로 나타났다. 이러한 개선효과는 모델 분해능 향상과 더불어 모조태풍 작성에서의 개선에 기인하는 것으로 판단된다. 또한 종관 관측자료(GTS)이외에 비종관 관측자료인 민간항공기 자료(ACARS), 위성자료(GMS, NOAA, QuikSCAT) 등을 KLAPS의 입력자료로 사용하여 태풍을 분석하였으며 QuikSCAT자료를 사용한 경우 GTS자료를 사용한 경우보다 태풍의 중심을 정확히 분석해 낼 수 있었다.

Abstract ▼

As a part of the [Improvement of Technology for an Accurate Forecasting by Utilization of the Supercomputer], the research for the [Development of Typhoon Monitoring and Prediction Methods] has been conducted. This study consists of three sub-projects such as 'Production of Typhoon Information

As a part of the [Improvement of Technology for an Accurate Forecasting by Utilization of the Supercomputer], the research for the [Development of Typhoon Monitoring and Prediction Methods] has been conducted. This study consists of three sub-projects such as 'Production of Typhoon Information from Satellite Data', 'Development of Real-time Storm Surge Prediction System', and 'Production and Construction of Data Assimilation for Typhoon”. The results of each sub-project areas follows For the 'Production of Typhoon Information from Satellite Data', Typhoon Analysis and Prediction System(TAPS) Ver.1.5 has been upgraded to Ver.2.2, Dvorak method is applied to determine the typhoon intensity and center using GMS-5 satellite data and a method to determine the typhoon center using NOAA/AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit) is implemented. The major improvement of TAPS Ver.2.2 are as follows; TAPS environment configuration related with input/output of data, addition of typhoon prediction wizard to simplify the typhoon input process, addition of statistic analysis of typhoon, improvement of similarity method that predict the typhoon track using statistical method. SATDIS(SATellite Data Display System) developed in 2001(result of Satellite Data Processing Technique, METRI, 2001) based on MSC(Meteorological Satellite Center)/JMA software has been utilized for the real-time typhoon analysis using GMS-5 data, since early 2001. It is well known that the Dvorak method can introduce error in the determined tropical cyclone center when clouds cover the center. To mitigate the difficulties, normalized intensity difference of brightness temperature is applied to the NOAA/AMSU data. Typhoon center position determined from AMSU is compared with the position determined from Dvorak method by KMA, RSMC, JTWC for 2001 typhoon case.
In the 'Development of Real-time Storm Surge Prediction System', the numerical models were developed for real-time prediction of the storm surge and applied for the west and south coast of the Korean Peninsula. MM5-PSU/NCAR was used to produce the sea wind fields and sea level pressure fields as the atmospheric force and Princeton Ocean Model was used to predict the storm surge. We applied to a form of wind stress force with wind stress response coefficient and roughness length function in ocean model and used a linear interpolation method to solve the difference of grid between the numerical models. The maximum storm surge caused by 'Prapiroon' and 'Saomai' reached up to 80cm. Current prediction system could predict the storm surge by typhoon up to 60cm. It is also able to forecast the normal atmospheric tide within 20cm and will be applied to forecast the sea level elevation for the mitigation of disasters in the coastal region.
In the 'Production and Construction of Data Assimilation for Typhoon', bogus techniques for the tropical cyclone in GDAPS(GlobalData Assimilation and Prediction System) uses 3DOI(3-Dimension Optimum Interpolation) were analyzed and compared with that of 2DOI. We found a significant difference between those two methods, while 3DOI adopts an asymmetricbogus typhoon, the 2DOI, method uses the symmetric approach. GDAPS(T213L30) with 3DOI showed an improvement in track prediction by 15$\%$, and also in strength forecast compared to GDAPS(T106L21) with 2DOI. This improvement is thought to be from the bogus technique as well as the resolution. Additional to the conventional synoptic data, several asynoptic data such as ACARS(Aircraft Communications Addressing and Reporting System), GMS, NOAA, QuikSCAT have been plugged into KLAPS(Korea Local Analysis and Prediction System) for the tropical cyclone analysis. Notably when the QuikSCAT sea wind data is used for the data assimilation, the accuracy of the forecasted typhoon center shows a significant improvement.

목차 Contents

• 제 1 장. 서론...21
• 제 2 장. 위성자료를 이용한 태풍정보 생산 체계 구축...24
• 제 1 절. 태풍감시 및 예측 시스템(TAPS)의 개선...24
• 1. 태풍감시 및 예측 시스템의 개요...24
• 2. 주요 개선사항...24
• 3. TAPS Ver2.2의 운용...26
• 4. 결론...36
• 제 2 절. 위성 영상을 이용한 태풍 강도 분석...37
• 1. 개요...37
• 2. Dvorak 법을 이용한 태풍강도 추정...37
• 3. SATDIS를 이용한 태풍강도 사례분석...49
• 4. SATDIS를 이용한 2001년 태풍강도 분석 현황...57
• 5. 결론...60
• 제 3 절. NOAA/AMSU를 이용한 태풍 중심 위치 결정...61
• 1. 개요...61
• 2. 자료 및 마이크로 원격탐사 원리...62
• 3. NOAA위성의 마이크로파(AMSU)를 이요한 태풍의 눈 탐지...66
• 4. 결론...78
• 제 3 장. 실시간 태풍해일 예측 시스템 구축...81
• 제 1 절. 서론...81
• 제 2 절. 실시간 태풍해일 예측 시스템 구축...83
• 1. 태풍모델의 해면기압 및 예보 바람에 의한 조석과 해일예측모델 구축...83
• 2. 웹을 이용한 실시간 폭풍해일 예측 표출...96
• 3. 실시간 해수면 변화 웹 표출 시스템 구축...104
• 제 3 절. 요약 및 결론...111
• 제 4 장. 태풍 자료의 생산과 자료 동화 기반 구축...112
• 제 1 절. 전지구 예보 시스템의 모조 태풍 작성과정 분석...112
• 1. 서론...112
• 2. 3DOI에서의 모조태풍 작성 과정...113
• 3. 태풍예보 검증...124
• 4. 결론...134
• 제 2 절. 비종관 관측 자료를 이용한 태풍 "파북"의 3차원 분석...135
• 1. 서론...135
• 2. 자료, 사례 및 분석 방법...135
• 3. 분석 결과...138
• 4. 결론...139
• 제 5 장. 결론...142
• 참고문헌...144
• 2001 학술용역과제: 태풍예보기술의 다변화(II)...147