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Kafe 바로가기주관연구기관 | 국립기상연구소 National Institute of Meteorological Research |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2013-12 |
과제시작연도 | 2013 |
주관부처 | 기상청 Korea Meteorological Administration(KMA) |
과제관리전문기관 | 국립기상연구소 National Institute of Meteorological Research |
등록번호 | TRKO201400001985 |
과제고유번호 | 1365001782 |
사업명 | 예보기술 지원 및 활용 연구 |
DB 구축일자 | 2014-04-19 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201400001985 |
Ⅳ. 연구 내용 및 결과
위험기상(집중호우, 낙뢰 등)에 대한 초단기, 단·중기 예보능력 향상을 위하여, 초단기 위험기상 예측·대응 기술개발 연구, 단·중기 수치모델 개선 및 실용화 예보기법 연구, 관측기반의 중규모 기상현상 예측성 향상연구가 수행되었다.
초단기 동네예보의 호우특보 가이던스 개발을 위해 한반도 전체지점 AWS 자료를 지지벡터회귀 모델 및 최적화 기법을 사용하여 호우특보 예측 분류기를 구축하고, 구축된 예측기를 사용한 실시간 호우특보 가이던스를 개발하여 향후 1~6시간 예측 시스템을 구축하였다. 전국지점에
Ⅳ. 연구 내용 및 결과
위험기상(집중호우, 낙뢰 등)에 대한 초단기, 단·중기 예보능력 향상을 위하여, 초단기 위험기상 예측·대응 기술개발 연구, 단·중기 수치모델 개선 및 실용화 예보기법 연구, 관측기반의 중규모 기상현상 예측성 향상연구가 수행되었다.
초단기 동네예보의 호우특보 가이던스 개발을 위해 한반도 전체지점 AWS 자료를 지지벡터회귀 모델 및 최적화 기법을 사용하여 호우특보 예측 분류기를 구축하고, 구축된 예측기를 사용한 실시간 호우특보 가이던스를 개발하여 향후 1~6시간 예측 시스템을 구축하였다. 전국지점에 대한 호우를 초단기로 예측하고 실시간으로 표출하여 호우에 대한 예보 기술 지원 기반을 마련하고자 하였다.
보다 정확한 해상예보를 위해 KLAPS 재분석자료를 이용하여 해상풍(풍속) 군집분석을 통하여 관할 지방청별 해상예보구역 세분화를 수행하였다. 2005년부터 2011년까지 과거 7년에 대한 지상바람성분을 이용하여 연속 웨이블릿 변환(continuous wavelet transform)을 분석하고, 다른 격자점과의 비유사성(dissimilarity)을 계산한 뒤 군집분석에 적용하였다. 이를 통해 세분화된 영역은 해상특보구역의 최적화 기술개발을 위한 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.
MOGREPS를 이용한 기상청 주간예보의 기온과 강수유무 예측 성능을 향상시키고자 새로운 주간 동네예보 가이던스를 개발하고, 그 성능을 평가하였다. 그 결과 기온 예측은 앙상블 평균(AVG) 대비 바이어스 제거 예측의 오차 개선율이 11% 향상되었다. 강수유무 예측은 앙상블 평균(AVG) 대비 앙상블 기반의 로지스틱 회귀분석(LOGI)을 이용한 예측 결과의 정확도(ACC) 향상률이 약 20.7%로 크게 나타났다. 그리고 강수확률 예측은 앙상블 기반의 로지스틱 회귀분석(LOGI)을 이용한 예측 결과가 예측 초반에 Brier Skill Score가 0.4 이상으로 매우 높게 나타나 단기 예보에 매우 유용함을 알 수 있었다. 또한, MOGREPS와 GTS 관측 자료를 사용하여 기온, 강수유무, 강수유형 등의 예측 가이던스를 개발하기 위해 SVR(Support Vector Regression)방법을 적용하여 전지구-지역에 대한 단기 및 중기 예보 가이던스를 개발하고 그 예측성에 대한 평가를 수행하였다.
관측자료 기반으로 고해상도 정량적 강수량자료를 생산할 수 있는 합성강수량 산출기법 개발하여 실황 강수 생산 및 과거 재분석자료 생산을 지원하고 있으며 올해에도 2012년 강수량 재분석자료를 생산하여 과거 8년간의 자료를 확보하였고 계속해서 기간을 확대할 예정이다. 특히, 이렇게 생산된 재분석 자료를 활용하여 강수유형 격자점 자료 및 겨울철 수상당량비 분포를 계산하였고 이는 예보관에게 참고자료로 제공되는 등 겨울철 적설량 예측성 향상을 위해 유용하게 활용될 수 있을것이다.
또한, 2013년에는 초단기 기상분석 및 예측 시스템을 기반으로 하여 2012년 재분석 자료를 생산하였다. 이 재분석 자료는 한반도 영역에 대하여 5km 수평해상도이며 1시간 간격 자료이다. 재분석에 사용된 자료는 AWS, 레이더, 위성, 낙뢰, 수직측풍기 등이 사용되었다. 2012년에는 국립기상연구소 예보연구과에서 관측한 인천, 창원, 보성 지역의 특별관측 및 기상1호의 라디오존데 자료를 추가하였다. 재분석 배경장에 사용된 자료는 ECMWF 자료이며 해상도는 0.25°×0.25°이다. 예측 모델은 WRF V3.4를 기반으로 하였으며 분석완화법을 6시간 간격으로 적용하였다. 예측은 6시간 간격으로 12시간 예측을 수행하였다.
관측기반 위험기상현상 예측성 향상연구를 위해 2번의 집중관측이 수행되었다. 우선 겨울철 위험기상 특별관측은 60여일에 걸쳐 수행되었으며, 이 관측을 통하여 겨울철 대설 과정을 이해하고자 하였다. 여름철 공동 집중관측은 공식적으로 15일, 추가로 4일간 더 수행하였으며, 장마전선의 특성과 이와 관련된 중규모 강수현상을 규명하고자 하였다. 두 번의 관측 모두 라디오존데를 이용하여 고층관측과 지상의 상시 관측장비를 통한 지상관측이 동시에 이루어졌으며, 특히 여름철 관측은 재해 기상센터의 모바일 관측차량 2대가 활용되었다. 본 관측자료를 활용하여 수행된 관측시스템 실험연구에서는 2월 1일, 2월 3일(여름철)과 7월 5일(겨울철) 사례가 선정 되었으며, WRF 모델과 WRF 3DVAR 시스템이 사용되었다. 2월 1일 강수사례에 대해 인천, 대관령 자료가 추가되면서 관측지점 뿐만 아니라 남부지방의 습도가 증가되었으며, 남서풍 유입을 강하게 모의하였다. 또한 남쪽해상의 상승류 변화는 강수예측에 영향을 주었으며, 강수예측성 검증 결과, 특별관측자료의 긍정적인 효과를 확인할 수 있었다.
국가위험기상집중관측센터에서 운영 중인 연직강우레이더, 연구용 구름레이더, 라디오미터에 대한 첨단관측장비에 대한 선도연구가 이루어졌다. 연직강우레이더 관측 자료를 이용하여 2012년 4월 21일 보성지점의 강우사례에 대해 밝은띠 탐지알고리즘을 적용해 보았으며, 2012년 9월부터 2013년 8월까지의 1년 기간에 대해 현업수치모델(KWRF)의 후처리 과정(RIP4)을 통해 산출한 반사도 자료와 강우강도별, 계절별 비교 연구를 수행하였다.
그리고 구름레이더와 천리안위성자료로부터 산출된 운정고도를 비교 분석하였다. 강수 유무에 따라 강수구간과 비강수구간을 정의하여 비교한 결과, 비강수구간의 경우, 구름레이더와 천리안위성의 운정고도가 비교적 유사하게 나타났다. 이때, 구름레이더는 관측범위(300~15000 m) 내에서 발생한 구름의 운정고도를 효과적으로 탐지하는 것을 볼 수 있었다. 천리안위성의 경우, 상층에 얇은 구름이 발생하였을 때는 지면온도의 영향을받아 실제보다 낮은 운정고도를 나타내는 것을 볼 수 있었다. 현업라디오미터 자료의 객관성 확보를 위해 오토존데 자료 및 ECMWF자료와의 비교를 수행하였고, 위험기상시활용 가이던스를 개발하고자 여름철 낙뢰 및 겨울철 강수형태에 대한 예측 문턱값 및 검증을 수행하였다. 비강수시 온도 및 수증기밀도에 대한 안정성이 확보되었으나 관측특성상 강수시 관측오차가 커지는 경향이 있다. 또한 라디오미터 산출 KI지수를 활용하여 낙뢰발생에 대한 예측가능성을 보였다.
기상1호를 이용한 위험기상관측 자료를 활용하여 현업 지역예보모델인 KWRF와 UM 모델을 이용하여 관측자료에 대한 민감도 실험을 수행하는 현업화 연구를 수행하였다. 2012년 6월 28일 강수사례 기간 동안 기상1호는 서해 중부지역에서 6시간 간격으로 관측을 수행하였다. 이 지점에서 관측한 자료를 살펴보면 하층 (800hPa 이하)에서 기온은 시간이 지남에 따라 상승하는 경향을 보였다. 예측 강수의 경우 CTL이 EXP보다 60 mm/12hr 강수분포가 관측강수분포와 좀 더 유사한 특징을 보였다. 또한 초기 12시간 누적강수에 대한 ETS를 보면 임계값이 1.0 mm/12hr인 경우 CTL (0.273)이 EXP (0.266)보다 0.7% 높게 나타났다. 특별히 2013년에는 몽골기상청과 함께 ‛한‧몽골 관측 공동연구’를 수행하였다. 우리 나라의 풍상측인 몽골 처이발상 지역에서 고층관측을 수행하고 관측자료에 대한 영향실험을 각국에서 수행하였다. 처이발상 관측소의 관측 현황은 1일 2회 관측을 기본으로 하고, 2013년 11월 20일까지 총 비양 횟수는 139회로 100hPa 이상 도달한 횟수는 112회이다. 몽골 기상연구소의 영향실험 결과에서는 처이발상 지역의 관측 자료를 추가할 경우 그 지역 부근에서 절대평균에러가 감소하는 모습을 보였으며, 예보연구과에서 수행한 UM 지역모델의 영향실험 결과는 처이발상 관측자료가 우리나라 지역의 예측에 큰 영향을 주지는 않는 것으로 분석되었다. 기상청 현업 앙상블 모델인 MORGREPS 자료를 이용한 앙상블 민감도 분석을 매달 1일에 전월에 대한 월별 합성장을 계산하도록 하고 이를 웹페이지 실시간 표출되도록 하였다. 1년간(‘12.3~’13.2) 자료에서 산출된 민감지역을 계절별, 월별로 합성하여 민감지역의 위치와 시기별 이동에 관한 특징을 분석하였다.
또한 6개의 앙상블예측 현업기관들의 TIGGE 자료를 이용하여 2012년 4월부터 7월까지 한국 지역의 예측 정확도를 검증하고, 그 해 여름 장마 시작일과 봄 가뭄 종료일의 기관별 예측성을 평가하기 위해, 앙상블 평균 강수량과 강수확률, 그리고 예측 강수량으로 계산된 EDI 예측 값을 이용하여 정량적으로 진단하였다. 1012년 12월 28일 한반도에서 발생한 남부지역 대설사례에 대해 국내외 5개 예측기관 (CMA, ECMWF, NCEP, KMA, UKMO) EPS의 적설 예측성을 비교하고, 예측된 적설량차이의 원인도 분석하였다.
In order to improve the predictability of unified model operated by Korea Meteorological Administration(hereinafter referred to as "KMA") continuously, it is necessary to make a research on the various physical process in the model. As the society becomes more and more complicated and developing, th
In order to improve the predictability of unified model operated by Korea Meteorological Administration(hereinafter referred to as "KMA") continuously, it is necessary to make a research on the various physical process in the model. As the society becomes more and more complicated and developing, the need to specialize the predicting system for Seoul metropolitan and big city areas where the damages due to severe weather are concentrated is on the rise. In addition, as the national prestige of our country goes up, the large-scale international events such as the EXPO, the Olympics, the Asian Games, etc. are attracted. For the fluent hosting of international events like these, the role of weather is important. Accordingly, we need to establish and support the customized meteorological predicting system depending on hosting regions. In relation to this, we intend to implement the improvement of predictability of a numerical model through inter- connectivity between observation and prediction through the continuous, intensive and targeted observations on severe weather.
In order to improve the accuracy in predicting the very short-range digital forecast, we have improved the current weather analysis technique in KLAPS and the algorithm of composite precipitation on the Korean peninsula.
We carried out special project "Korea-Mongolia Research for Observation System Experiment" with National Agency for Meteorology and Environmental Monitoring(NAMEM) and investigated impact of an intensive upper air observation at Choibalsan upper air station in eastern Mongolia.
With stably operating the Micro Rain Radar(MRR) and PARSIVEL disdrometer in the National Center for Intensive Observation of Severe Weather (NCIO, Boseong Center) under operation all the times, we could secure the high quality observation data. Also, in order to improve the observation capabilities of the Boseong Center continuously, we newly introduced the cloud radar in 2013 and are operating it now.
We investigated the predictability of summer rainfall (30 June, 2012) and winter snowfall case (29 December, 2012) over South Korea using ensemble mean, probability and 10 lag ensemble forecasts of TIGGE (THORPEX Interactive Grand Global Ensemble) data. It was verfied that high impact weather events could be predicted before occurrence and considered early warning signals.
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