초록 ▼

(재) 한국형수치모델개발사업단은 한반도 기상특성에 적합한 한국형수치예보모델을 개발하고 실용화함으로써 보다 정확한 기상예보 서비스를 국민들에게 제공하여 기상재해피해 경감과 사회 경제 발전에 기여하고자 설립되었다. 예보 정확도의 제고는 고부가가치 기상정보의 산출과 제공을 통해 국가경쟁력을 향상시킬 수 있고, 기상분야 및 관련분야 연구의 활성화를 통한 과학기술인력 배양에 기여할 수 있다. 독자적인 수치모델의 개발 및 운영으로 기술종속성을 탈피하고 기상선진국에 진입할 수 있을 것이며, 날씨와 기후에 관련된 과학적이고 객관적인 근거자료를 확

(재) 한국형수치모델개발사업단은 한반도 기상특성에 적합한 한국형수치예보모델을 개발하고 실용화함으로써 보다 정확한 기상예보 서비스를 국민들에게 제공하여 기상재해피해 경감과 사회 경제 발전에 기여하고자 설립되었다. 예보 정확도의 제고는 고부가가치 기상정보의 산출과 제공을 통해 국가경쟁력을 향상시킬 수 있고, 기상분야 및 관련분야 연구의 활성화를 통한 과학기술인력 배양에 기여할 수 있다. 독자적인 수치모델의 개발 및 운영으로 기술종속성을 탈피하고 기상선진국에 진입할 수 있을 것이며, 날씨와 기후에 관련된 과학적이고 객관적인 근거자료를 확보하여 독자적 정책수립이 가능하게 될 것이다. 또한, 해외 보급을 통하여 기상기술의 선도국 위치를 확보할 수 있으며, 대기과학을 비롯하여 수학, 물리학 화학, 해양 등 기초과학 분야 및 슈퍼컴퓨터 기술을 포함하는 전산기술 등 응용 기술분야의 기술력이 동반 상승할 것으로 기대된다 .
2011년은 3단계 9년 사업의 첫 해로서 기반구축 및 원천기술개발을 위하여 개발소프트웨어 평가를 위한 현업운영환경 수치실험 시스템 구축, 한국형수치예보모델 기본설계도 작성, 그리고 국내 과학기술 공동연구개발 기반 구축 및 국제협력 네트워크 구축이 수행되었다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 서지정보 ... 2
• 요약문 ... 3
• 목차 ... 5
• 1. 서론 ... 10
• 가. 연구의 배경 및 목적 ... 10
• 나. 연구의 내용과 구성 ... 11
• 다. 연구의 기대효과 ... 14
• 2. 현업환경의 수치 실험 기반 구축 ... 15
• 가. 서론 ... 15
• 나. 시험시스템 구축 및 활용 ... 15
• (1) 공동 연구자료 관리 시스템 ... 16
• (2) 역학코어 개발을 위한 실험 및 분석 시스템 ... 16
• (3) 물리모수화 개발을 위한 실험 및 분석 시스템 ... 16
• (4) 자료동화 개발을 위한 실험 및 분석 시스템 ... 16
• 다. 현업현경의 고성능 컴퓨팅 시스템 구축 ... 17
• (1) 해남 시스템 ... 17
• (2) 해남 시스템을 이용한 모델 평가시스템 구축 ... 17
• (가) 시스템 구축 범위 ... 17
• (나) 스토리지 구매 및 슈퍼컴퓨터 연계시스템 구축 ... 18
• (3) 연구·개발용 클러스터 시스템 구축 ... 20
• 라. 현업 시스템과의 호환성 ... 22
• (1) 현업 수치예보시스템 이식 ... 22
• (2) 현업모델의 정합성 실험 ... 23
• (가) 전지구 수치모델 결과 비교 ... 23
• (나) 자료동화(VAR) 결과 비교 ... 25
• (다) 결론 ... 26
• 마. 현업 모델의 병렬 성능 실험 ... 26
• (1) 프로세스 그리드 형태에 따른 모델 성능 측정 ... 26
• (2) 프로세스 개수에 따른 모델 성능 측정 ... 28
• (3) 스레드 개수에 따른 모델 성능 측정 ... 30
• (4) 결론 ... 32
• 바. 결론 및 요약 ... 32
• 사. 참고문헌 ... 33
• 3. 핵심응용모듈 구조 설계 ... 34
• 가. 서론 ... 34
• 나. 전지구 모델링 프레임워크 개발 사례 분석 및 연구 ... 34
• (1) Earth System Modeling Framework (ESMF) ... 34
• (가) ESMF 소개 ... 34
• (나) ESMF 응용프로그램 인터페이스 ... 35
• (다) 전체 규칙들과 작동 방법 ... 36
• (라) 응용프로그램에 ESMF 적용 ... 37
• (2) PRogram for Intergrated earth System Modeling (PRISM) ... 38
• (가) PRISM 개요 ... 38
• (나) PRISM Standard Compile Environment (SCE) ... 38
• (다) PRISM Standard Running Environment (SRE) ... 39
• 다. 프레임워크 설계 방안 ... 39
• (1) 컴포넌트 기반 아키텍처 설계 ... 40
• (2) 지구시스템 모델링 관련 유틸리티 ... 40
• (3) 객체 지향 프로그래밍 방법 ... 41
• 라. 결론 및 요약 ... 42
• 마. 참고문헌 ... 43
• 4. 모듈 커플링 기법 개발 ... 44
• 가. 서론 ... 44
• 나. 본론 ... 45
• (1) 컴포넌트 기반 소프트웨어 개발 방법론 ... 45
• (2) 모듈 커플링 기법 분석 ... 46
• (가) MCT 분석 ... 46
• (나) CPL7 분석 ... 48
• (다) OASIS 분석 ... 50
• 다. 결론 ... 52
• 라. 참고문헌 ... 53
• 5. 역학코어 비교분석 ... 54
• 가. 서론 ... 54
• (1) 역학코어 개발 필요성 ... 54
• (2) 역학코어의 정의와 역할 ... 54
• 나. 주요 모델 개발 상황 ... 55
• (1) 유럽 ECMWF IFS ... 55
• (2) 영국 UKMO UM ... 56
• (3) 미국 NCAR MPAS ... 57
• (4) 미국 NCAR HOMME ... 59
• (5) 미국 NOAA FIM/NIM ... 60
• (가) FIM ... 61
• (나) NIM ... 62
• (6) 미국 NPS NUMA ... 63
• (7) 독일 DWD GME/ICON ... 64
• (가) GME ... 65
• (나) ICON ... 66
• (8) 일본 GSM/NICAM ... 67
• (가) GSM ... 67
• (나) NICAM ... 68
• (9) 중국 CMA GRAPES ... 69
• (10) 캐나다 CMC GEM ... 70
• 다. 격자체계 비교분석 ... 72
• (1) 격자체계로써의 정다각형 비교 ... 72
• (2) 위경도 격자 ... 73
• (3) Icosahedral Grid ... 74
• (4) Spherical Centroidal Voronoi Tessellation ... 76
• (5) Cubed Sphere ... 77
• (6) Yin-Yang Grid ... 78
• (7) 격자체계 비교 ... 79
• 라. 결론: 역학코어 기본설계방안 ... 80
• (1) 3개의 안에 대한 설명 ... 80
• (가) 제 1안 ... 80
• (나) 제 2안 ... 82
• (다) 제 3안 ... 82
• (2) 한국형수치예보모델 역학코어 기본설계안 ... 85
• 마. 참고문헌 ... 86
• 6. 자료동화 기술 비교분석 ... 92
• 가. 서론 ... 92
• 나. 관측자료 전처리 및 품질검사 ... 93
• (1) 품질검사 기법 ... 93
• (가) 변분품질검사기법 ... 93
• (나) 편향보정기법 ... 95
• (2) 선진 현업 관측자료처리 시스템 현황 ... 97
• (가) 유럽중기예보센터(ECMWF) ... 97
• (나) 영국기상청(UKMO) ... 104
• (다) 일본기상청(JMA) ... 111
• (라) 미국국립환경예측센터(NCEP) ... 115
• (3) 관측자료 전처리 및 품질검사 시스템 기본설계안 ... 120
• 다. 자료동화 ... 122
• (1) 자료동화시스템 비교 ... 122
• (가) 변분자료동화와 앙상블자료동화 비교 ... 122
• (나) 변분자료동화 기법별 비교 ... 127
• (다) 앙상블자료동화 기법별 비교 ... 131
• (2) 기관별 자료동화기법 계획 ... 133
• (가) ECMWF ... 133
• (나) UKMO ... 135
• (다) JMA ... 136
• (라) NCEP ... 137
• (3) 자료동화시스템 기본설계안 ... 139
• (가) 긴 분석창 앙상블 4D-Var ... 139
• (나) 4D-Var와 ETKF의 하이브리드 ... 140
• (다) 4D-Ensmeble-Var ... 141
• 라. 결론 및 요약 ... 143
• 마. 참고문헌 ... 145
• 7. 국내외개발 물리모수화 비교분석 ... 148
• 가. 서론 ... 148
• 나. 물리-역학과정 결합 ... 149
• 다. 연직격자 구성 ... 151
• 라. 복사과정 모수화 ... 152
• 마. 경계층 난류 모수화 ... 155
• 바. 지표층 교환 모수화 ... 158
• 사. 중력파 모수화 ... 161
• 아. 대규모 구름 모수화 ... 162
• 자. 구름미세물리과정 모수화 ... 164
• 차. 적운대류 모수화 ... 166
• 카. 물리모수화 기본설계안 ... 168
• 타. 참고문헌 ... 172
• 8. 수요지향형 인력양성과정 개발 ... 174
• 가. 서론 ... 174
• 나. 수치예보모델 관련 기술노트 및 실습교재 개발 ... 174
• 다. 수치예보모델 관련 교육 수행 ... 175
• 라. 전문가 자문 및 세미나 운영 ... 175
• (1) 전문가 초청 세미나 ... 176
• (2) 해외 전문가 자문 ... 177
• (3) 국내외 워크숍 및 학회 참석 ... 177
• 마. 해외 기관과의 양해각서 (MOU) 체결 ... 177
• (1) COLA (Center for Ocean-Land-Atmosphere Studies)와 MOU 체결 ... 178
• (2) COAPS (Center for Ocean-Atmospheric Prediction Studies)와 MOU 체결 ... 178
• 9. 수치모델링전문가풀 구축 운영 ... 179
• 가. 서론 ... 179
• 나. 연구 과제 및 참여자 선정 ... 179
• 다. 지면 및 식생과정 부문 사업 결과 ... 180
• 라. 물리모수화 부문 사업 결과 ... 181
• 마. 자료동화 부문 사업 결과 ... 183
• 바. 결론 및 요약 ... 184
• 10. 국제심포지엄 개최 ... 185
• 가. 서론 ... 185
• 나. 추진배경 및 목적 ... 185
• 다. 행사 준비 및 진행 ... 185
• 마. 심포지엄 주제 및 구성 ... 186
• (1) 수치예보 서비스 20주년 기념 행사 ... 189
• (2) 수치예보모델 최신발전 워크샵 ... 189
• (3) 미래 수치예보모델: 정확도와 완결성을 향한 전망에 대한 포럼 ... 190
• 바. 결론 ... 191
• 11. 결론 ... 192