초록 ▼

● CMDPS 가시채널 검정기법 분석 및 성능개선
기상청은 통해기 운영을 대비하여 기상자료처리시스템을 2003년부터 개발해왔다. 기상자료처리시스템은 16개의 산출물을 생산하며 각 산출물의 정확도를 검증할 수 있는 모듈을 포함하고 있다. 또한 위성자료의 생산단계인 Level 1B 자료의 검정을 위한 가시 및 적외검정모듈을 포함하고 있다. 이중 가시채널 자료 검정은 해양, 사막 및 구름표적을 이용하여 이루어진다. 통해기 발사전 외국위성 기반의 가시채널 검정결과를 장기 분석하고 분석결과를 활용하여 알고리즘을 개선한다. 또한 통해기

● CMDPS 가시채널 검정기법 분석 및 성능개선
기상청은 통해기 운영을 대비하여 기상자료처리시스템을 2003년부터 개발해왔다. 기상자료처리시스템은 16개의 산출물을 생산하며 각 산출물의 정확도를 검증할 수 있는 모듈을 포함하고 있다. 또한 위성자료의 생산단계인 Level 1B 자료의 검정을 위한 가시 및 적외검정모듈을 포함하고 있다. 이중 가시채널 자료 검정은 해양, 사막 및 구름표적을 이용하여 이루어진다. 통해기 발사전 외국위성 기반의 가시채널 검정결과를 장기 분석하고 분석결과를 활용하여 알고리즘을 개선한다. 또한 통해기 발사후 알고리즘 및 프로그램을 통해기 시스템으로의 변환을 고려하여 구성한다. 모든 프로그램은 표준화 방식을 따른다.
개선된 알고리즘은 검정정확도가 잘 알려진 극궤도위성을 이용하여 이를 테스트한다.
가시채널 검정결과를 영상파일로 생산하고 기상청 인트라넷에 표출한다.
가시채널 검정 장기분석 결과 및 알고리즘 개선사항을 보고서로 작성하여 제출한다.
● CMDPS 위성산출물 품질관리를 위한 국제규격의 위성자료 검정?검증용 지상 관측사이트 확보 방안 마련
기상청이 개발한 CMDPS내 검증모듈을 개선 보완할 수 있는 국제규격의 관측 정확도를 가지는 기기 및 관측환경을 갖춘 지상 검정?검증 사이트에 대한 확보 방안을 마련한다.
기존 국내?외에 활용 가능한 지상관측망을 조사하고, 검증 사이트로서 주변조건, CMDPS 산출물의 검증가능한 관측기기의 종류와 정확도 및 기기의 검정 주기 등에 대한 조사를 실시하고 국제기준과 비교?검토하여 보고서로 작성한다. 검보정 사이트로서의 주변여건의 필요충분조건, 관측기기의 검정주기 등이 포함되어야 한다.
기존 국내외 지상관측망을 활용하는 것 뿐 아니라 신규 관측사이트의 필요성을 조사하고 기상청내 혹은 타기관에서의 관측망 확충 계획을 조사하고 이의 공동 활용 가능성에 대한 조사를 실시하고 보고서로 작성한다.
● 기상요소 검증을 위한 지상관측자료 자체 품질관리 기술 개발
위성자료로부터 산출한 기상요소들의 검증 자료로 사용되는 관측자료 자체의 정확도는 위성산출 기상요소의 향후 개선 정확도와 직결되므로 관측자료 품질관리를 위한 기술을 개발한다. 품질관리 기술개발을 위한 관측자료의 우선순위 및 종류는 기상청과 협의하여 결정한다. 검정이 잘 된 기기의 경우 특정 위성산출물의 검증에 직접적으로 활용하기 위한 자료의 처리기술개발을 한다.
지상관측자료가 거의 없거나 부족한 기상산출물의 경우를 대비하여 정확도가 잘 알려진 타위성 분석자료를 이용한 검증 계획을 수립한다. 위성 산출물별 특징 및 알려진 정확도를 조사한다. 동일산출물을 생산하는 서로 다른 위성 센서간 산출정확도·특징의 상호비교 및 검증방안을 제시한다.
기상위성 분석자료 특징 및 장점 파악 연구를 통해 최적의 차세대 위성산출물 개발 및 검증 계획을 수립한다. 다파장 분광계 등 차세대 극궤도위성으로부터 활용가능한 산출물에 대한 조사를 실시한다.
● 영국수치모델(UM) 통해기 자료입력을 위한 자료동화연산자 개발 및 튜닝
통해기 자료의 기상청 수치예보모델 자료동화를 위한 연산자 개발 및 테스트를 실시한다. 연산자 개발을 위해 사용할 복사전달모델은 기상청과 협의하여 결정한다. 또한 통해기뿐만 아니라 후속위성개발을 위해 확장성을 고려하여 개발하여야 한다.
개발한 복사전달모델 및 확장계수를 기상청에 제공하여야 한다. 개발 결과를 보고서 형태로 제공하여야 하며, 모델 사용법에 대한 매뉴얼은 필요시 신속하고 용이하게 사용할 수 있도록 체계적으로 구성되어 있어야 한다.
● 기상산출물 및 기후자료 생산 프로그램 및 자료포맷의 표준화안 구축
기상요소 및 기후자료 생산 프로그램 표준안을 설계 및 작성한다. 프로그램은 포트란(Fortran 90) 기반으로 구축되어야 하며, 프로그램만으로 알고리즘 해독이 가능하도록 최대한 자세히 프로그램에 대한 설명(in-line script)을 삽입한다. 또한 프로그램의 수정에 따른 히스토리를 포함하며 프로그램 중에 수정사항의 시작과 끝에 표시하여 이를 알 수 있게 한다. 표준안 지침서는 계층구조로 구성되고 구체적이고 다양한 사례를 포함하여야 한다.
검정·검증결과 및 기상요소 산출물 생산 자료포맷의 표준화안을 구축한다. 전 세계적으로 배포되는 위성산출 기상산출물의 자료포맷을 조사하고 반영하여야 하며, 기상청 수치예보모델 입력자료 포맷을 고려하여야 한다. 기상청에서 생산하는 위성자료의 생산량, 각 산출물의 국제 표준포맷 등을 고려하여 표준화안을 제시하여야 한다.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...4
• 목차 ...8
• 표 목차 ...15
• 그림 목차 ...18
• Ⅰ. CMDPS 가시채널 검정기법 분석 및 성능개선 ...22
• 1. GSICS 공동 표적 선정 ...22
• 1.1. 목적 ...22
• 1.2. 방법 ...22
• 1.3. 호주지역 ...22
• 1.4. 중국지역 ...25
• 2. 검정이 잘된 극궤도 위성을 이용하여 현 알고리즘 테스트 ...27
• 2.1. MODIS를 이용한 테스트 ...27
• 2.2. SeaWiFS를 이용한 테스트 ...28
• 3. 오차분석 ...29
• 3.1. 모델 입력자료의 민감도 검사 ...29
• 3.1.1. 모델 입력자료의 시간 변화 ...29
• 3.1.1.1. 기하정보 ...29
• 3.1.1.2. 대기 정보 ...30
• 3.1.1.3. 지표면 정보 ...30
• 3.1.2. 민감도 검사를 위한 기준 조건 ...34
• 3.1.3. 모델 입력자료에 대한 민감도 검사 ...35
• 3.1.3.1. 기하정보의 민감도 검사 ...35
• 3.1.3.2. 대기 정보의 민감도 검사 ...37
• 3.1.3.3. 지표면 정보의 민감도 검사 ...39
• 3.1.4. 민감도 검사 결과를 이용한 입력 자료에 의한 오차 원인 분석 ...40
• 3.2. 지표면 BRDF 구현의 정확도 파악 ...41
• 3.3. 표적별 알고리즘 테스트 ...42
• 3.4. 오차 분석 정리 ...44
• 4. 알고리즘 개선 ...44
• 4.1. 알고리즘 개선 방향 ...44
• 4.2. 알고리즘 개선 결과 분석 ...44
• 4.2.1. MODIS에 적용한 결과 ...44
• 4.2.2. SeaWiFS에 적용한 결과 ...46
• 4.2.3. MTSAT-1R에 적용한 결과 ...48
• 4.2.4. CMDPS 검정 알고리즘 개선 내용 ...49
• 5. 부록: CMDPS CAM 프로그램 수정 내역 ...50
• Ⅱ. CMDPS 위성산출물 품질관리를 위한 국제규격의 위성자료 검정용 지상 관측사이트 확보 방안 마련 ...58
• 1. 검정.검증용 지상관측사이트 ...58
• 1.1. 국내 지상 관측사이트 조사 ...59
• 1.1.1. 기상청 산하 지상관측사이트 ...59
• 1.1.1.1. 국가위험기상 집중관측센터 (해남) ...60
• 1.1.1.2. 구름물리선도 관측센터 (대관령) ...62
• 1.1.1.3. 기후변화 감시센터 (안면도) ...63
• 1.1.2. 타 기관 산하 지상관측사이트 ...68
• 1.1.2.1. 항공우주연구원 나로 기상관측 센터 ...68
• 1.2. 국외 지상관측사이트 조사 ...70
• 1.2.1. Atmospheric Radiation Measurement (ARM) ...70
• 1.3. CMDPS 검증용 지상 관측기기 정보 조사 ...76
• 1.3.1. 강우강도(RI) 검증 기기 ...76
• 1.3.1.1. Optical Rain Gauge (ORG-815) ...76
• 1.3.1.2. Micro Rain Radar (MRR-2) ...78
• 1.3.1.3. Optical Disdrometer (OTT PARSIVEL) ...80
• 1.3.2. 대기운동벡터(AMV) 검증 기기 ...81
• 1.3.2.1. Wind profiler (LQ-7) ...81
• 1.3.2.2. Auto Sonde (AS13/RS92-SGP) ...82
• 1.3.3. 가강수량(TPW)과 상층수증기량(UTH) 검증 기기 ...86
• 1.3.3.1. Microwave Radiometer (TP/WVP-3000) ...86
• 1.3.4. 안개(FOG) 검증 기기 ...89
• 1.3.4.1. Visibility Sensor (PWD 22) ...89
• 1.3.5. 에어로솔(AI)와 에어로솔 광학두께(AOD) 검증 기기 ...90
• 1.3.5.1. Sunphotometer (MS-110) ...90
• 1.3.6. 표면도달 일사량(INS) 검증 기기 ...91
• 1.3.6.1. Pyranometer (MS-802F) ...91
• 1.4. CMDPS 검증용 지상 관측 자료 정확성 조사 ...94
• 1.4.1. 국가위험기상 집중관측센터 ...94
• 1.4.1.1. 고층기상관측기기 (Autosonde, Wind profiler, Radiometer) ...95
• 1.4.2. 구름물리선도 관측센터 ...98
• 1.4.3. 기후변화 감시센터 ...101
• 1.5. 신규 기상관측사이트 필요성 조사 ...101
• 1.5.1. 글로벌 표준관측소 정보 ...102
• 1.5.1.1. 의미 ...102
• 1.5.1.2. 필요성 ...102
• 1.5.1.3. 지형적 특징 ...103
• 1.5.1.4. 주요임무 ...103
• 1.5.2. 글로벌 표준관측소 제원 ...104
• 1.5.2.1. 부지 활용 계획 ...104
• 1.5.2.2. 인력 운영 계획 ...104
• 1.5.2.3. 관측기기 설치 예정 현황 ...105
• 1.5.3. CMDPS 검증에 대한 활용 가능성 ...106
• 1.6. CMDPS 검증을 위한 신규 관측사이트 구축 ...107
• 1.6.1. CMDPS 검증용 신규 관측소 구축의 필요성 ...107
• 1.6.2. CMDPS 검증용 관측소 부지 선정 ...108
• 1.6.2.1. World Meteorological Organization (WMO) 기준 ...108
• 1.6.2.2. 국내 표준기상관측소 관리규정 ...109
• 1.6.3. CMDPS 검증기기 설치 계획 ...109
• 1.6.3.1. World Meteorological Organization (WMO) 기준 ...109
• 1.6.3.2. 국내 표준기상관측소 관리 규정 ...110
• 1.6.3.3. CMDPS 검증 기기 배치도 ...111
• 1.6.4. CMDPS 검증용 관측소 설치 예산 ...113
• 1.6.4.1. 부지 활용 예산 ...113
• 1.6.4.2. CMDPS 검증기기 구축 예산 ...113
• 1.6.4.3. 기타 부대비용 ...114
• 1.6.4.4. 전체 추진 예산 ...115
• 참고문헌 ...116
• Ⅲ. 기상요소 검증을 위한 지상관측자료 자체 품질관리 기술개발 ...118
• 1. 개요 ...118
• 1.1. 목적 ...118
• 1.2. 구분 ...118
• 2. 지상관측자료 품질 검사 ...119
• 2.1. 개요 ...119
• 2.2. 정의 ...119
• 2.3. 지상관측자료 품질관리 알고리즘 ...119
• 2.3.1. 물리 한계 검사(Physical limit) ...120
• 2.3.2. 시간 영역 단계 검사 (Time domain step check) ...121
• 2.3.3. 빈도수 영역 단계 검사 (Frequency domain step check) ...121
• 2.3.4. 지속성 검사 (Persistency check) ...121
• 2.3.5. 수정 중앙값 필터 검사 (Median Filter) ...122
• 2.4. 실시간 품질검사 모듈 ...123
• 2.4.1. 전체 모듈 구성 ...123
• 2.4.2. INS QC 모듈 ...124
• 2.4.2.1. INS MAIN 함수 ...124
• 2.4.2.2. 물리한계 검사 ...124
• 2.4.2.3. 시간 영역 단계 함수 ...125
• 2.4.2.4. 빈도수 영역 단계 함수 ...125
• 2.4.2.5. 지속성 검사 ...125
• 2.4.3. LST QC 모듈 ...125
• 2.4.3.1. LST MAIN 함수 ...125
• 2.4.3.2. 물리한계 검사 ...125
• 2.4.3.3. 시간 영역 단계 함수 ...126
• 2.4.3.4. 빈도수 영역 단계 검사 ...126
• 2.4.3.5. 지속성 검사 ...127
• 2.4.4. RI QC 모듈 ...127
• 2.4.4.1. RI MAIN 함수 ...127
• 2.4.4.2. 물리한계 검사 ...128
• 2.4.4.3. 빈도수 영역 단계 검사 ...128
• 2.4.5. 통계 모듈 ...128
• 2.4.5.1. 기본 통계 계산 ...128
• 2.4.5.2. 중앙값 계산 ...129
• 2.4.5.3. 정규분포 계산 ...129
• 2.4.6. 공용 QC 모듈 ...129
• 2.4.6.1. 물리한계 검사 ...130
• 2.4.6.2. 시간영역단계 검사 ...131
• 2.4.6.3. 지속성 검사 ...131
• 2.4.6.4. 수정 중앙값 필터 검사 ...131
• 2.4.7. 시간 모듈 ...132
• 2.4.8. 데이터 모듈 ...134
• 2.4.9. INF 파일 처리 모듈 ...134
• 3. 위성 산출물 및 QC 결과 검증 ...135
• 3.1. 위성자료의 시.공간 일치 검사 ...135
• 3.1.1. 공간 일치 검사 ...135
• 3.1.2. 시간 일치 검사 ...136
• 3.2. 위성 산출물의 시.공간 일치 결과 ...136
• 3.3. 지상관측 자료의 QC 결과 ...136
• 3.4. 위성 산출물과 지상관측 자료의 비교 ...137
• 3.4.1. 위성 산출물 검증 전체 알고리즘 ...137
• 3.4.2. 위성 산출물 검증 알고리즘의 결과 ...138
• 3.4.3. 위성 산출물과 지상관측자료의 비교 ...138
• 4. 극궤도 위성과의 검증계획 수립 ...139
• 4.1. COMS 운영기간 중 운용될 극궤도 위성 ...139
• 4.1.1. 위성별 운영기간 ...139
• 4.1.2. 위성의 센서별 산출 특징 및 정확도 ...140
• 4.1.2.1. Metop-A (Meteorology Operational Polar Satellite-A) ...140
• 4.1.2.2. NOAA-19 (National Oceanic and Atmospheric Administration-19) ...151
• 4.1.2.3. NPP (NPOESS Preparatory Project) ...154
• 4.2. 극궤도 위성센서 산출 특징 분석 및 위성간 검증 계획 ...162
• 4.2.1. 극궤도 위성센서 산출 특징 분석 ...162
• 4.2.2. 위성간 검증 계획 ...165
• 참고문헌 ...167
• Ⅳ. 영국수치모델(UM) 통해기 자료입력을 위한 자료동화 연산자 개발 및 튜닝 ...168
• 1. 서론 ...168
• 2. 알고리즘 개요 ...170
• 2.1. 이론적인 배경 및 근거 ...170
• 2.2. 전개 계수 산출 ...170
• 3. 단파장 투과도 계산 ...174
• 3.1. 자료 및 방법 ...174
• 3.1.1. Line-by-line (LBL)모델 ...174
• 3.1.2. 대기프로파일 ...174
• 3.2. LBL모델 수행 구성도 ...177
• 3.3. LBLRTM 모의 결과 ...178
• 4. 전개 계수 산출 ...181
• 4.1. 채널 투과도 산출 ...181
• 4.2. 전개 계수의 산출 ...182
• 5. 연산자의 적용 ...183
• 5.1. 복사 전달 모델의 구조 ...183
• 5.2. 독립적인 대기 프로파일 ...186
• 5.3. 복사 전달 모의 ...186
• 6. 참고 문헌 ...194
• 7. APPENDIXS ...195
• 7.1. RTTOV ...195
• 7.1.1. RTTOV-5 (참고: A fast radiative transfer model for assimilation of satellite radiance observation ?Technical Memorandum 282) ...195
• 7.1.2. RTTOV-6 (참조: Science and Validation Report Ver.2) ...196
• 7.1.3. RTTOV-7 (참조: RTTOV-7 Science and Validation Report, RTTOV-7 Users Guide) ...196
• 7.1.4. RTTOV-8 (참조: Science and Validation Report) ...197
• 7.1.5. RTTOV-9 (참조: Science and Validation Report) ...197
• 7.1.6. 맺음말 ...198
• 7.1.7. 참고 문헌A ...198
• 7.2. LBLRTM 수행 매뉴얼 (매뉴얼 1장 참조) ...199
• 7.2.1. 설치 (Download at http://rtweb.aer.com/main.html) ...199
• 7.2.2. Input parameter의 생성(lnfl) ...199
• 7.2.3. line-by-line 계산 (lblrtm) 준비 과정 ...201
• 7.2.4. 입력 TAPE의 편집 (TAPE5) ...202
• Ⅴ. 기상산출물 및 기후자료 생산 프로그램 및 자료포맷의 표준화안 구축 ...208
• 1. 개요 ...208
• 1.1. 목적 ...208
• 1.2. 범위 ...208
• 2. Program Layout ...209
• 2.1. Working Directories ...209
• 2.2. Source File ...209
• 2.3. Include file ...209
• 2.4. 기타 ...210
• 3. Naming Convention ...211
• 3.1. File Name ...211
• 3.2. Function Name ...211
• 3.3. Variable/Function Parameter Name ...212
• 4. Comments ...213
• 4.1. Comments의 분류 ...213
• 4.1.1. Block comment를 사용하는 경우 ...213
• 4.1.2. End-line comment를 사용하는 경우 ...213
• 4.2. Block Comments ...213
• 4.2.1. Project Comment ...213
• 4.2.2. File Comments ...214
• 4.2.3. Function, Subroutines, Module Comments ...215
• 4.3. End-line Comments ...217
• 5. Programming Style Guide ...218
• 5.1. Indentation ...218
• 5.2. Blank space ...218
• 5.3. Program Structure ...219
• 5.4. Control Statement and Loops ...221
• 5.4.1. if ...221
• 5.4.2. switch ...221
• 5.4.3. while ...222
• 5.5. 기타 ...222
• 6. Reference ...224
• 6.1. 문서 ...224
• 6.2. 웹사이트 ...224
• 6.3. Sample Source Code ...225
• 6.3.1. Source Code ...225
• 6.3.2. Header File ...228