초록 ▼

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 인공증설 항공실험 실시 및 분석
2014년 8월 27일 여름철 태양복사에 의해 발생하는 적운을 대상으로 국내에서 처음으로 인공증우 항공실험을 실시하였다. 실험지역은 크고 작은 산들에 둘러싸인 분지 지형의 원주지역으로 하고, 수직측풍기, 라디오미터 등 지상관측장비가 설치되어 있는 원주기상대를 목표지역으로 설정하였으며, 적운이 발생한 후 2시간 이상 지속되었을 때 실험이 수행되었다.
실험대상인 적운들의 구름두께는 1∼4 km까지였고, 목표지역의 풍상측인 동쪽지역에 넓게 분포하고 있었다.

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 인공증설 항공실험 실시 및 분석
2014년 8월 27일 여름철 태양복사에 의해 발생하는 적운을 대상으로 국내에서 처음으로 인공증우 항공실험을 실시하였다. 실험지역은 크고 작은 산들에 둘러싸인 분지 지형의 원주지역으로 하고, 수직측풍기, 라디오미터 등 지상관측장비가 설치되어 있는 원주기상대를 목표지역으로 설정하였으며, 적운이 발생한 후 2시간 이상 지속되었을 때 실험이 수행되었다.
실험대상인 적운들의 구름두께는 1∼4 km까지였고, 목표지역의 풍상측인 동쪽지역에 넓게 분포하고 있었다. 실험방법은 운저실험 이였으며, 최저운고는 1 km이였으나, 동쪽의 산악지형 때문에 실험고도를 1.5 km로 설정하였고, 1.5 km 고도의 기상상황은 온도 14 ℃, 습도 73.8%로 구름씨인 염화칼슘(CaCl2)이 응결핵으로 작용하기에 양호하였다. 실험항공기는 원형시딩 방법을 이용하여 풍상측 적운들 속에 염화칼슘 4 kg을 살포하였다. Fig. 1은 8월 27일에 수행된 실험의 비행 및 시딩경로를 나타낸다.
실험실시 후 지상관측자료를 분석한 결과, 실험 후 지상 AWS 및 레이더에서 실험 전과 후 모두 강수가 관측되지 않았다. 마이크로파 라디오미터 관측자료 분석결과, 실험 전 1시간동안의 평균 액체물량은 0.19 g m^-3, 최대 액체물량은 0.58 g m^-3이였지만, 구름씨 살포 후 55분까지도 운저고도에서 운정고도까지 액체물량이 관측되지 않았다. 이 초기 효과시간 동안의 부족한 액체물량이 실험효과가 나타나지 않은 주요 원인일 것으로 사료된다.
2. 인공증설 지상실험 실시 및 분석
국립기상연구소는 겨울철 증설을 목적으로 대관령지역에서 인공증설 지상실험을 수행하고 있다. 대관령지역에서의 지상실험 수행조건은 동해로부터 수증기가 유입되어 산악효과에 의해 과포화된 구름이 유입될 때(풍향 0 and 130°, 풍속 5 m s^-1이하, 온도 .4 ℃이하, 습도 95%이상 등)이다. 요오드화은(AgI)용액을 지상연소기를 이용하여 시딩하였으며, 대관령지역에 적합한 시딩량을 알아보기 위해 SR1 (seeding rate 1, 0.63 g min^-1)과 SR2 (seeding rate 2, 1.89 g min^-1)로 나누어 실험하였다. 시딩에 의한 대상구름의 미세물리적인 변화를 알아보기 위해 안개입자측정기(FM-120, 2~50 ㎛)와 광학우적계(PARSIVEL, 0.2~25 ㎜)의 입자크기별 수농도변화를 분석하였다.
SR1은 3회 중 2회의 증설을 확인하였으나 SR2는 증설효과가 나타나지 않아 소량 시딩 시 증설가능성이 더 높음을 알 수 있다. 입자크기별 수농도변화를 분석한 결과 대부분의 사례에서 시딩하는 동안에 10 ㎛ 이하의 작은입자의 수농도가 증가하였다. 이는 시딩된 빙정핵인 요오드화은(AgI) 입자가 강제응결결빙과정에 의해 즉각 적인 반응이 일어나 작은 입자들이 증가한 것으로 보인다. 증설이 나타난 Exp. 2 (2014.01.04. 18:30~19:00)의 경우 시딩 후 3~10 ㎛의 입자수농도는 감소하고 2~10㎜의 입자수농도는 증가하였다(Fig. 2). 증설이 나타나지 않은 Exp. 3과 Exp. 4는 3~10 ㎛ 범위의 입자수농도는 증가하고 2~10 ㎜의 범위의 입자수농도는 감소하였다.
3. AgI 모듈을 이용한 인공증설 지상실험 수치 시뮬레이션
WRF모델 기반의 AgI 살포모듈은 인공증설 지상실험의 시딩효과 및 시딩물질의 확산을 시공간적으로 살펴보기 위해서 개발되어졌다. 이 모듈은 AgI가 시딩되면서 일어나는 빙정핵화과정을 모수화 할 수 있도록 Morrison 구름미세물리스킴 내에서 코드를 추가 하였다. AgI는 배출(emission), 이류(advection), 확산(diffusion) 그리고 응결결빙(condensation freezing; CDF), 접촉결빙(contact freezing; CNT) 및 침적 (deposition; DEP)을 포함한 핵화(nucleation) 과정들에 의해서 모수화된다. 모델의 초기장과 경계장은 KLAPS 자료(1시간 간격, 5 km 해상도)를 이용하여 분석도메인에 대해서 1 km 해상도로 생성하여 사용하였다. 실제로 인공증설 지상실험을 대관령 구름물리선도센터에서 수행했던 2014년 1월 4일(2회)과 3월 5일(1회), 4월 3일(1회) 총 4번의 실험에 대해서 1 km 해상도로 수치모의를 실시하였다. 시딩이 시작된
지 40 ~ 50분 후, 시딩으로 인한 핵화과정이 처음으로 발생하는 것을 확인할 수 있었다. AgI에 의해서 발생된 빙정핵화 과정들을 순서대로 나열해보면 다음과 같다.

1월 사례 . DEP > CNT > CDF (1차 2차 실험 모두)
3월 사례 . CNT > DEP > CDF
4월 사례 . 다소 높은 기온으로 인해 빙정핵화 과정이 나타나지 않음

Abstract ▼

Ⅳ. Research Contents and Results
1. Implementation and analysis of the airborne cloud seeding experiments for snow enhancement An airborne experiment for rainfall enhancement was conducted for cumulus that generated by solar radiation in summer domestically for the first time on 27 August 2014.

Ⅳ. Research Contents and Results
1. Implementation and analysis of the airborne cloud seeding experiments for snow enhancement An airborne experiment for rainfall enhancement was conducted for cumulus that generated by solar radiation in summer domestically for the first time on 27 August 2014. The experimental area was Wonju city, which is located in basin, surrounded by big and small mountains, and the Wonju weather station, where the ground-based observation instruments such as wind profiler, microwave radiometer etc. are installed, was appointed as the target area. The experiment was conducted when the cumulus persists for more than 2 hours after cumulus generated.
Cumulus, the experimental objects, was distributed in the east upwind side of target area, and the depth of cumulus was 1 ~ 4 km. The seeding was executed at the cloud base. The minimum cloud height was 1 km, but the experimental altitude was set up to 1.5 km because of mountainous terrain in the esat of target area. The weather conditions at 1.5 km altitude were good for CaCl₂ acting as the condensation nuclei with temperature 14 ℃, humidity 73.8%. The experimental aircraft spread 4 kg of CaCl2 into the upwind side of cumulus through the circle seeding method. Fig. 1 represents paths of flight and seeding for airborne experiment for rainfall enhancement conducted on 27 August.
2. Implementation and analysis of the ground-based cloud seeding experiments for snow enhancement
We performed ground-based cloud seeding experiments for snow enhancement around Daegwallyeong areas where orographic clouds are found so often. We obtained the optimum conditions for cloud seeding in the Daegwallyeong region
as follows: surface temperature below -4 ℃, humidity over 95％, wind direction between 0 and 130°, wind speed under 5 m s^-1 for at least 30 minutes. In order to determine the best AgI ratio for snowfall enhancement, we have tested two seeding rates (SR1: 0.63 g min^-1, SR2: 1.89 g min^-1). To figure out the microphysical change of target cloud after seeding, we analyzed the number concentrations and size distributions measured by Fog monitor (FM-120, 2~50 ㎛) and PARSIVEL disdrometer (PARSIVEL, 0.2~25 ㎜). Snowfall enhancement by the seeding was detected only for the case of small amount of seeding material (SR1), 0.3 cm snowfall on average. The experiment results indicated that the SR1 is more effective than SR2 at Daegwallyeong area. The results show that the number concentrations of small size particles, such as 3~10 ㎛, were enhanced in most of experiments during seeding. It seems that instantaneous reaction of ice nucleation by forced condensation freezing leads to an increase of small ice particles. In enhanced snowfall case, Exp. 2 (seeding period: 18:30~19:00 on 4 January 2014) the number concentrations of smaller particles, such as 3~10 ㎛, are decreased and larger particles, such as 2~10 ㎜, are increased (Fig. 2). In ineffective cases, on the other hand, the number concentrations of smaller particles, such as 3~10 ㎛, are increased and larger particles, such as 2~10 ㎜, are decreased.
3. Numerical simulation of the ground-based cloud seeding experiments using AgI module
The Weather Research and Forecast model coupled with AgI (Silver Iodide) module was applied to investigate the effect of the cloud seeding on enhancing the precipitation. This module was included in Morrison microphysics scheme and has considered estimating emission, advection, diffusion and ice nucleation processes which include the condensation freezing (CDF), contact freezing (CNT) and deposition (DEP) as a heterogeneous nucleation. This model was performed for the ground-based cloud seeding experiment in mountainous area (Daegwallyeong site) in east side of South Korea. The input data and the
boundary conditions of model were improved using KLAPS (Korea Local Analysis and Prediction System) data which have 5 km resolution. Four cloud seeding experiments were simulated on January 4 (2 times), March 5 (1 time), and April 3 (1 time) in 2014 with 1 km resolution. The first ice nucleation processes occurred 40~50 minutes after seeding in experiments. The nucleation processes for AgI in the order of time occurred are as follow.
January cases . DEP > CNT > CDF (1^st and 2^nd experiments)
March case . CNT > DEP > CDF
April case . Ice nucleation processes for AgI not generated due to high temperature

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구보고서 ... 3
• 목차 ... 5
• 표 목차 ... 7
• 그림 목차 ... 8
• 요약문 ... 15
• Summary ... 20
• 제1장 서론 ... 25
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 25
• 제2절 국내·외 연구 동향 ... 27
• 제2장 인공증우·증설 항공실험 실시 및 분석 ... 31
• 제1절 실험개요 ... 31
• 제2절 실험설계 ... 34
• 1. 실험개념 ... 34
• 2. 실험지역의 특징 ... 37
• 3. 실험장비 및 관측지점 ... 39
• 4. 실험조건 및 방법 ... 47
• 제3절 실험결과 및 분석 ... 51
• 1. 실험실시 결정 ... 51
• 2. 실험 수행내용 ... 55
• 3. 비행경로 및 시딩경로 ... 57
• 4. 항공실험 분석결과 ... 59
• 제4절 요약 및 결론 ... 64
• 제3장 인공증설 지상실험 실시 및 분석 ... 65
• 제1절 실험개요 ... 65
• 제2절 실험설계 및 방법 ... 69
• 1. 지상실험 수행방법 ... 69
• 2. 지상실험 검증방법 ... 72
• 제3절 인공증설 지상실험 사례분석 ... 74
• 1. 2014년 1월 4일 사례 ... 75
• 2. 2014년 3월 5일 사례 ... 78
• 3. 2014년 4월 3일 사례 ... 81
• 제4절 요약 및 결론 ... 84
• 제4장 인공증설 지상실험 수치시뮬레이션 연구 ... 86
• 제1절 연구개요 ... 86
• 제2절 연구방법 ... 87
• 1. WRF모델 기반의 AgI 살포 모듈 소개 ... 87
• 2. 모델 설정 및 실험 설계 ... 88
• 제3절 실험모의 결과 분석 ... 94
• 1. 2014년 1월 4일 사례 ... 94
• 2. 2014년 3월 5일 사례 ... 105
• 3. 2014년 4월 3일 사례 ... 109
• 제4절 요약 및 결론 ... 112
• 제5장 요약 및 향후계획 ... 113
• 참고문헌 ... 116
• 부록 2014년도 학술용역 과제 인공증설 실험 수치모델링기술 개발 연구 (II) ... 123
• 끝페이지 ... 249