[보고서]산악지형과 관련된 영동강풍 및 동계 대설분포에 관한 연구

이재규

산악지형과 관련된 영동강풍 및 동계 대설분포에 관한 연구
A numerical study of the topographic effect on the downslope wind and a distribution of the heavy snowfall in the Yeongdong area 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	강릉원주대학교
연구책임자	이재규
참여연구자	김유진 , 김승도 , 정선희 , 양아련
보고서유형	3단계보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2012-01
과제시작연도	2011
주관부처	기상청
사업 관리 기관	기상청 Korea Meteorological Administration
등록번호	TRKO201200001080
과제고유번호	1365001161
DB 구축일자	2013-04-18
키워드	태백산맥,영동대설,WRF수치모의,풍하측 기울기,활강 강풍Taebaek mountains,Yeongdong heavy snowfall,WRF numerical simulation,downwind slope,downslope windstorm

초록 ▼

북동 기류와 관련된 영동 지역의 대설 현상을 보면, 먼저, 시베리아 쪽에 근원을 두고 있는 차가운 대륙성 기단의 세력이 북한이나 북중국 쪽을 거쳐 연해주와 동해 북쪽 해상으로 진출하면서 기압이 높아져, 강원도 지역은 북동 기류의 영향을 받게 되고 이에 따른 태백산맥의 지형효과(강제상승 효과 및 저지 효과)가 나타나게되며, 이러한 과정에서 영동지역에는 대설현상이 나타남. 그런데 대륙성 기단의 세력이 풍상측에 위치한 북한 지역의 산맥 군(부전령산맥, 함경산맥, 마천령산맥, 낭림산맥, 묘향산맥 그리고 백두산을 포함하는 장백산맥)에 의하여 일부는 강원도 지역으로 흘러 들어오지만, 대부분은 북한 지역의 산맥 군에 막혀 장백산맥을 돌아 연해주 방면을 거쳐 동해 북부해상으로 진출함에 라, 차가운 공기가 영동지역으로 유입되면서 하층운이 생성되어 대설현상이 나타나게 됨. 따라서 시베리아에 근원을 둔 공기 덩어리가 북한의 산맥 군을 거치거나 또는 우회하여 영동 지역으로 유입되는 과정에서 물리적으로 그리고 열적으로 변화되는 과정이 일어남. 따라서 유입되는 기류의 경로를 trajectory 분석을 통하여 조사, 연구하고 또한, 풍상측에 위치한 북한 지역의 산맥 군의 존재 자체가 영동 지역의 대설 현상에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여 인위적으로 북한의 산맥 군을 제거한 WRF 수치모의 민감도 실험을 수행하고자 함. 한편, 태백산맥 풍상측 경계층의 연직 구조에 따라 풍하측의 활강풍 세기가 변함에 따라 풍상측의 대기 연직구조(역전층, 연직 shear, 지형 형태등)를 다양하게 설정한 ARPS 수치모의 민감도 실험을 수행하여 강풍 관련 지배요소를 분석하고자 함. 이러한 수치모의 민감도 실험 등을 통하여 산악 지형이 이러한 특이기상의 발생 및 증폭에 미치는 메카니즘을 밝히고 특히, 영동 대설 현상에 대한 3차원적인 개념 모식도를 제안하고자 함.

Abstract

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 2
보고서 요약서 ... 3
요약문 ... 6
SUMMARY ... 14
CONTENTS ... 19
목차 ... 22
제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 33
제 1 절 연구개발의 필요성 및 목적 ... 33
제 2 절 연구 범위 ... 34
제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 35
제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 36
제 1 절 북한 지역의 산맥군이 영동 지역의 겨울철 강설 분포에 미치는 영향에 관한 수치 연구 ... 36
1. 개요 ... 36
2. 사례의 관측 분석 ... 38
3. WRF 수치모의 및 모의 실험 ... 45
3.1. 사례 A에 대한 수치모의 실험 결과 분석 ... 47
3.2. 사례 B에 대한 수치모의 실험 결과 분석 ... 61
4. 요약 및 결론 ... 70
제 2 절 역전층이 영동지역의 활강풍에 미치는 영향에 관한 민감도 실험 연구 ... 73
1. 개요 ... 73
2. 사례에 대한 종관 및 비종관 분석 ... 75
3. 수치 모델 및 모의 설계 ... 77
3.1. 모델 ... 77
3.2. 모의 설계 ... 77
4. 수치모의 결과 및 분석 ... 81
5. 요약 및 결론 ... 90
제 3 절 A Trajectory Study on the Heavy Snowfall Phenomenon in Yeongdong Region of Korea ... 92
1. Introduction ... 92
2. A synoptic overview ... 94
3. Model setup ... 101
4. Numerical simulations and trajectory analyses of the two events ... 103
4.1. Trajectory analyses of Event A (20-21 January 2008) ... 105
4.2. Trajectory analyses of Event B (13 January 2008) ... 110
5. Summary and conclusion ... 127
제 4 절 영동 지역 해풍 사례를 대상으로 수행한 지면 피복 자료에 따른 WRF 모델의 민감도 분석 ... 130
1. 개요 ... 130
2. 사례의 일기도 분석 및 관측바람 분석 ... 133
3. 수치 모델 및 모의 설계 ... 136
4. 지면 피복 자료별 비교분석 ... 139
5. 지면 피복 자료의 차이에 따른 WRF 모델 민감도 분석 ... 145
5.1 바람장 비교/분석 ... 145
5.2 관측 지점별 바람의 u, v 값 비교/분석 ... 150
5.3 강릉 지점의 바람에 대한 Time-Height cross section 비교/분석 ... 156
6. 요약 및 결론 ... 159
제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 161
제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 162
제 1 절 추가 연구의 필요성 ... 162
제 2 절 활용계획 ... 163
제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 175
제 7 장 연구개발결과의 보안 등급 ... 177
제 8 장 국가과학기술종합정보 시스템에 등록한 연구시설ㆍ장비현황 ... 178
제 9 장 참고문헌 ... 180

표/그림 (82)

표 Fig. 3.1.1. (a) Surface synoptic chart at 0900 LST 08 and (b) 850-hPa synoptic chart at 0900 LST 08 December 2002.
표 Fig. 3.1.2. Surface wind (ms-1) field from observation valid at 0900 LST 08 December 2002
표 Fig. 3.1.3. Distribution of 72h accumulated precipitation (10mm intervals) ending at 2100 LST 09 December 2002.
표 Fig. 3.1.4. Surface synoptic chart valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.6. Distribution of 36h accumulated precipitation (10mm intervals) ending at 2100 LST 21 January 2008.
표 Fig. 3.1.5. Same as Fig. 3.1.2, except for surface wind(ms-1) field at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.7. Model domain for Domain 1, Domain 2 and Domain 3.
표 Summary of the WRF model configuration.
표 Fig. 3.1.8. Simulated distributions of 72h accumulated precipitation (6 mm intervals) ending at 2100 LST 09 December 2002
표 Fig. 3.1.9. Same as Fig. 3.1.8, except for the surface wind field at 0900 LST 08 December 2002.
표 Fig. 3.1.10. Surface streamline valid at 0900 LST 08 December 2002 (a) from the control simulation and (b) from the simulation without the northern mountain complex
표 Fig. 3.1.11. The surface pressure field valid at 0900 LST 08 December 2002 (a) from the control simulation and (b) from the simulation without the northern mountain complex
표 Fig. 3.1.12. The vertical cross-sections of v-w vector following path A (a) from the control simulation and (b) from the simulation without the northern mountain complex
표 Fig. 3.1.13. Same as Fig. 3.1.12, except for the vertical cross-sections of vertical velocity
표 Fig. 3.1.14. Same as Fig. 3.1.8, except for the potential temperature field.
표 Fig. 3.1.15. Sea level pressure field valid at 0900 LST 08 December 2002.
표 Fig. 3.1.16. The vertical cross-sections of v-w vector valid at 0900 LST 08 December 2002, following (a) path B, (b) path C, and (c) path D, respectively.
표 Fig. 3.1.17. Same as Fig. 3.1.16a, except for no topography of the northern mountain complex.
표 Fig. 3.1.18. Same as Fig. 3.1.16, except for vertical cross-sections of potential temperature
표 Fig. 3.1.19. Same as Fig. 3.1.17, except for vertical cross-sections of potential temperature
표 Fig. 3.1.20. Same as Fig. 3.1.8, except for simulated distributions of 36h accumulated precipitation ending at 2100 LST 21 January 2008.
표 Fig. 3.1.22. Same as Fig. 3.1.10, except for the result valid at 2100 LST 20 January 2008
표 Fig. 3.1.21. Same as Fig. 3.1.9, except for being valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.23. Same as Fig. 3.1.11, except for the surface pressure field valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.24. Same as Fig. 3.1.12, except for being valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.25. Same as Fig. 3.1.13, except for being valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.26. Same as Fig. 3.1.14, except for being valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.27. Same as Fig. 3.1.16, except for being valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.1.28. The vertical cross-section of potential temperature following path B valid at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.2.1. Surface synoptic chart at 0000 UTC 13 February 2006.
표 Fig. 3.2.2. The time series of (a) wind speed and (b) wind direction at Gangneung, Daegwallyeong and Wonju for the period of 12-14 February 2006.
표 Fig. 3.2.3. Initial soundings at 1200 UTC 12 February 2006 at Osan for (a) u and v wind components and (b) temperature (solid line) for Exp. 1. Initial soundings of temperature for the sensitivity experiments for (b) Exp. 1-1 (dotted line), (c) Exp. 2 and Exp. 4, (d) Exp. 3 and Exp. 5, (e) Exp. 6 and Exp. 12, (f) Exp. 7 and Exp. 13, (g) Exp. 8 and Exp. 14, (h) Exp. 9 and Exp. 15, (i) Exp. 10 and Exp. 16, and (j) Exp. 11 and Exp. 17.
표 Specifications of 18 initial conditions for sensitivity experiments.
표 Fig. 3.2.4. ARPS model domain and its model terrain (200 m intervals). A bold straight line stands for a path of cross section, passing Osan and Gangnung sites.
표 Fig. 3.2.5. The vertical cross-sections of horizontal wind speed (3 ms-1 intervals) for (a) Exp. 1, (b) Exp. 1-1, (c) Exp. 2, (d) Exp. 3, (e) Exp. 4 and (f) Exp. 5 at 12h integration time.
표 Fig. 3.2.6. Same as Fig. 3.2.5, except for (a) Exp. 6, (b) Exp. 7, (c) Exp. 8, (d) Exp. 9, (e) Exp. 10 and (f) Exp. 11 at 12h integration time.
표 Fig. 3.2.7. Same as Fig. 3.2.5, except for (a) Exp. 12, (b) Exp. 13, (c) Exp. 14, (d) Exp. 15, (e) Exp. 16 and (f) Exp. 17 at 12h integration time.
표 Fig. 3.2.8. The conceptual model of the strong downslope wind in the lee area of the Taebaek mountains for this event.
표 Fig. 3.3.1. The geography of the Korean Peninsula
표 Fig. 3.3.2. Surface chart at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.3.3. The observed surface winds at 2100 LST 20 January 2008.
표 Fig. 3.3.4. The distribution of accumulated precipitation during 36 hours, from 0900 LST 20 to 2100 LST 21 January 2008, around the Yeongdong region of Korea.
표 Fig. 3.3.5. Surface chart at 0900 LST 13 January 2008.
표 Fig. 3.3.6. The same as in Fig. 3.3.3 except for 0900 LST 13 January 2008
표 Fig. 3.3.7. The NOAA satellite infrared image at 1059 LST 13 January 2008 of Event B
표 Fig. 3.3.8. The same as in Fig. 3.3.4, except for 12 hours, from 0700 LST to 1900 LST 13 January 2008.
표 Fig. 3.3.9. Model domains for domain 1 (D1), domain 2 (D2) and domain 3 (D3) of both (a) Event A and (b) Event B
표 Summary of the WRF model configuration.
표 Fig. 3.3.10. The dots, A (black), B (brown), C (green), GN (yellow), AO(gray), BO (red), CO (light orange), OC (blue) and DO (purple) were in the periphery of the discontinuity zone
표 Fig. 3.3.11. The distribution of one hour simulated precipitation from 0100 LST to 0200 LST 21 January 2008 of Event A, showing snowfall areas near the starting time (0200 LST 21 January 2008) of back and forward trajectory calculation.
표 Fig. 3.3.12. The backward and forward trajectories of the parcels passing over the 9 points (shown in Fig. 3.3.10)at an altitude of 100 m ASL at 0200 LST 21 January 2008 of Event A
표 Fig. 3.3.13. The backward and forward trajectories of the parcels passing over (a) GN and (b) OC at an altitude of 100 (in black), 500 (in brown) and 1000 (in green) m ASL at 0200 LST 21 January 2008 of Event A
표 Fig. 3.3.14. Time series of hourly potential temperature and mixing ratio of the parcels following the backward and forward trajectories passing over (a) GN and (b) OC at an altitude of 100 m ASL at 0200 LST 21 January 2008, respectively, when the heavy snowfall occurred during Event A.
표 Fig. 3.3.15. Vertical profiles (along the line A-B in Fig. 3.3.8) of the two trajectories of GN (in red) and OC (in blue) during 4 hours (0000 LST~0400 LST 21 January) of Event A
표 Fig. 3.3.16. Simulated surface streamline at 0900 LST 13 January 2008 (Domain3)
표 Fig. 3.3.17. The same as in Fig. 3.3.16, except for the potential temperature
표 Fig. 3.3.18. The distribution of one hour simulated precipitation from 0800 LST to 0900 LST 13 January 2008 of Event B, showing snowfall areas near the starting time (0900 LST 13 January 2008) of back and forward trajectory calculation
표 Fig. 3.3.19. The same as in Fig. 3.3.12, except for 0900 LST 13 January 2008 of Event B.
표 Fig. 3.3.20. The same as in Fig. 3.3.13, except for 0900 LST 13 January 2008 of Event B.
표 Fig. 3.3.21. The Same as in Fig. 3.3.14, except for 0900 LST 13 January 2008 when the snowfall began during Event B.
표 Fig. 3.3.22. The same as in Fig. 3.3.15, except for 8 hours (0500 LST~1300 LST 13 January) of Event B.
표 Fig. 3.3.23. The distribution of one hour simulated precipitation from 1200 LST to 1300 LST 13 January 2008 of Event B, showing snowfall areas near the starting time (1300 LST 13 January 2008) of back and forward trajectory calculation.
표 Fig. 3.3.24. The same as in Fig. 3.3.12, except for 1300 LST 13 January 2008 of Event B.
표 Fig. 3.3.25. The Same as in Fig. 3.3.13, except for 1300 LST 13 January 2008 of Event B.
표 Fig. 3.3.26. The same as in Fig. 3.3.14, except for 1300 LST 13 January 2008 of Event B.
표 Fig. 3.3.27. The same as in Fig. 3.3.15, except for 8 hours(0900 LST~1700 LST 13 January).
표 Fig. 3.3.28. Three-dimensional conceptual models of the heavy snowfall over the Yeongdong region.
표 Fig. 3.4.1. surface synoptic chart at 0900 LST 13 May 2009.
표 Fig. 4.3.2. Time series of x-component of wind at Sokcho, Gangneung, Donghae, Daegwallyeong and Jinbu for 10 hours from 0900 LST~1900 LST 13 May 2009.
표 Fig. 3.4.3. AWS wind field(white wind barbs) and analysed wind vector fields(black arrows) using AWS wind data over Gangwon Yeongdong region at (a) 0600 LST, (b) 1200 LST and (c) 1800 LST 13 May 2009.
표 Fig. 3.4.4. Model domain for Domain 1, Domain 2, Domain 3 and Domain 4
표 Summary of the WRF Ver. 3.1.1 model configuration.
표 MODIS30s+USGS 20 land cover
표 USGS 24 land cover classes. Table 3.4.4. KLC 17 land cover classes.
표 Fig. 3.4.5. WRF background roughness lengths corresponding to each element of land cover map.
표 Fig. 3.4.6. (a) EGIS, (b) USGS, (c) MODIS30s+USGS and (d) KLC land cover map of Gangwon Yeongdong area
표 Fig. 3.4.7. Averaged background roughness lengths over Sokcho, Gangneung, Donghae, Daegwallyeong and Jinbu, according to the three land cover data.
표 Fig. 3.4.8. Surface horizontal wind vector fields valid at 1200 LST from the WRF simulations using (a) USGS, (b) MODIS30s+USGS and (c) KLC land cover data, and those at 1800 LST 13 May 2009 from the simulations using (d) USGS, (e) MODIS30s+USGS and (f) KLC land cover data, respectively
표 Fig. 3.4.9. Same as Fig. 3.4.8, except for the vertical cross sections of x-component of wind
표 Fig. 3.4.10. Time series at 10 minutes intervals of x-component(left panels) and y-component(right panels) of wind from observation and the WRF simulations using USGS, MODIS30s+USGS and KLC land cover data, at Sokcho(a and b), Gangneung(c and d), Donghae(e and f), Daegwallyeong(g and h), and Jinbu(i and j), respectively.
표 Fig. 3.4.11. Bias, MAE and RMSE of x-component and y-component of wind at (a) Sokcho, (b) Gangneung, (c) Donghae, (d) Daegwallyeong and (e) Jinbu from the WRF simulations using the three land cover data.
표 Fig. 3.4.12. Time-height cross-sections of wind at Gangneung from (a) wind profiler, and the WRF simulations using (b) USGS, (c) MODIS30s+USGS and (d) KLC land cover data

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