초록 ▼

IV. 연구 내용 및 결과

2013~2014년 GDAPS의 예측결과를 입력 자료로 한 GFDL-VT를 이용하여 북서태평양 지역에서의 열대 저압부 발생을 탐지하고 이를 평가하였다. 해당 시스템의 열대저기압(Tropical Cyclone; TC) 발생 여부 판단 요소인 평균해수면기압(Mean Sea Level Pressure;MSLP) 경도의 임계값(Threshold), 850 hPa에서의 저기압성 tangential 평균 풍속(Minimum azimuthally-average 850 hPa cyclonic tangenti

IV. 연구 내용 및 결과

2013~2014년 GDAPS의 예측결과를 입력 자료로 한 GFDL-VT를 이용하여 북서태평양 지역에서의 열대 저압부 발생을 탐지하고 이를 평가하였다. 해당 시스템의 열대저기압(Tropical Cyclone; TC) 발생 여부 판단 요소인 평균해수면기압(Mean Sea Level Pressure;MSLP) 경도의 임계값(Threshold), 850 hPa에서의 저기압성 tangential 평균 풍속(Minimum azimuthally-average 850 hPa cyclonic tangential wind speed; 850 wind speed), MSLP의 폐곡선(Closed contour) 임계값 중에서 MSLP 폐곡선의 임계값에 변화를 주어 적용했다. GDAPS의 예측결과를 사용하여 모든 임계조건을 기본 값(Default)으로 설정한 결과, False Alarm(FA)의 비율이 56%로 나타났고, 열대저압부 발생개수를 과다모의 하는 것으로 붆석되었다. 특히 , 위도 30˚N 이상의 지역세어 FA의 높은 분포가 나타나는데 이는 열대저기압 판단 기준이 매우 민감하기 때문으로 사료된다. MSLP 폐곡선의 임계값을 두 배로 증가시켰을 경우에 Hit 비율이 6% 증가하고 FA 비율이 8 %감소했으며, 예보의 정확도를 나타내는 Success Rate(SR), Critical Success Index(CSI)가 전자에 비해 높게 나타나 예측성이 향상된 것으로 판단된다. 일 4회 GDAPS 분석결과를 이용한 GFDL-VT의 열대저기압 발생과 발달 예측결과를 국가태풍센터 내부 홈페이지에 실시간 표출하기 위한 시스템을 구축하였다.

다중모델 앙상블 예측을 이용한 태풍 진로와 강도예측기술 개발에서 선택과 가중을 결합한 다중모델 앙상블 결과는 다음과 같다. 선택과 가중을 결합한 다중모델 앙상블 기법은 95% 확률로 다중모델 앙상블 성능을 향상시킬 수 있는 수치모델군을 멤버로 선정하는 선택단계와 가중치를 이용한 가중단계로 구성된다. 이를 조합한 최적화된 다중모델 앙상블 진로예측의 경우 2012~2014년 각 예측시간에서 모든 수치모델군보다 진로오차가 작아 성능향상 지수가 7.4~43.1%였다. 또한, 진로오차의 분포도 가장 좁고, 이상치에서 변동성이 가장 작았다. 그리고 수치모델군 대비 일관성 지수 값이 작은 경향으로 미루어 보아 이전 예보와 일관성있는 예측을 생산하였음을 알수 있었다. 강도예측에서는 2012~2014년 중심부근최대풍속의 관측과의 상관계수가 24, 48, 72 시간 예측에서 모든 수치모델군보다 높았고, 편차 분포를 보면 수치모델군보다 중심이 0에 가까우면서도 폭이 좁았다. 2014년에 강도예측을 위하여 개발된 주관적 또는 객관적 선택방법의 성능을 비교한 결과, 주관적 방법이 더 우수한 결과를 보여 태풍분석 및 예보시스템에 탑재하였다.

TRUM의 예측결과를 예보에 효율적으로 활용하기 위해서, TRUM의 예측성능을 국내.외 주요 모델의 결과와 비교평가하고, 모델장 비교분석을 통해 TRUM의 모의 특징을 파악하였다. 평가를 위해서 2015년에 발생한 태풍 중에 강도가 매우 강(44 m/s이상)에 속하고, TRUM의 도메인에서 최성기를 포함하여 3일 이상 존재한 노을(1506), 찬홈(1509), 고니(1515) 사례에 대한 72시간 적분결과를 이용하였다. 진로예측에서 TRUM은 조밀한 해상도에도 불구하고 대체로 진로오차가 가장 크게 나타났는데, 이는 개발 중인 모델리아 아직 수행이 불안정한 이유와 더불어 해상도와 물리모수화의 규모가불일치하기 때문일 가능성이 있다. TRUM의 경우에 초기위치 오차가 다른 모델들에 비해 크게 나타났으며, 이동속도를 빠르게 예측한 경향이 있었다. 또한 강도(최대풍속, 중심기압)예측에서 TRUM은 기상청 전지구 모델 GDAPS나 기상청 지역모델(Regional Data Assimilation and Perdiction System; RDAPS)에 비해 대체로 더 나은 예측을 생산하였다. GDAPS, RDAPS는 최대풍속과 중심기압을 약하게 모의하는 것으로 나타났으나, 사례에 따라서는 변화추세를 분석값과 유사하게 모의하였다. HWRF는 최대풍속과 중심기압을 강하게 모의하는 경향이 있었고, TRUM은 최대풍속과 중심기압에서 대체로 관측과 가장 유사한 수준으로 모의하는 경향이 있었으며, 관측과 유의한 수준의 상관관계를 가졌다. 그리고 GDAPS, RDAPS에 비해 풍속을 강하게 모의하고, 연직구조를 세밀하고 뚜렷하게 모의하나, 상층에 강한 풍속 구역은 다소 약하게 모의 하였다. 아직 개선해야할 부분이 있고, 세 개의 사례 분석만으로 결론을 일반화하기는 어렵지만, TRUM은 기존에 취약한 부분이었던 강도예측성능을 개선하는데 긍정적인 역할을 했다고 사료된다.

ENSO의 위상을 구분한 장기간 태풍활동 변화예측을 위한 기후인자 발굴 연구 결과는 다음과 같다. 기존 통계모델에서 예측인자로 사용되는 종관변수들은 850 hPa 기온과 TC 강화에 좋은 환경을 만들었으며(Lin et al., 2013) 해양열용량(Ocean Heat Content, OHC) 또한 TC 강도변화와 상호관계를 가지고 있다고 밝혀졌다(Wada and Usui, 2007), 따라서 기존 통계모델의 예측인자 뿐만 아니라 Tmix60, Tmix105, OHC를 추가하영 ACE와의 상관관계를 분석하여, 향후 ACE 예측 가능 여부를 분석하고자 하였다.
ACE와 ENSO는 0.7의 높은 양의 상관관계가 있어 ENSO의 위상을 구분하여 상관 관계를 분석하였다. 분석결과, 표층 온도가 아닌 깊은 수심을 고려한 온도들이 상관계수가 더 높게 나타났고, ENSO를 구분하여 적용하는 방법이 그렇지 않은 것보다 상관관계가 높게 나타나는 지역이 많고 상관계수도 높았다.

장기 태풍활동 변화 경향 연구에서는 통계적, 무릴적인 특성을 분석하여 태풍의 발생, 전향의 위치 변화 경향을 분석하였다. 태풍 발생 지역에서 몬순골의 발달이 최근들어 상대적으로 수축하여 발달하는 경향을 보이고, 북태평양 고기압의 확장과 중위도-아열대간으 편차가 줄어드는 것을 확인했으며, 이로 인해 태풍 발생위치, 전향위치가 최근 들어 북서쪽으로 이동하는 경향을 보인다. 또한 , 최근 들어 전향태풍이 우리 나라에 영향을 준 확률이 약 24% 증가하였다.

잠열속에 대한 객관적인 기준을 선정하기 위하여 민감도 실험을 실시한 결과, 정규분포 상위 25%에 해당하는 잠열속 기준 값을 선정하였을 때 가장 관측과 유사한 결과를 가졋다. 그러나 기존의 태풍검출알고리즘에 그대로 적용하기에는 더욱 엄격한 기준이 되므로 기존의 태풍검출 알고리즘의 기준을 변경하여 민감도 실험을 수행함으로서 관측과 가장 최적화된 기준 값을 선저어하였다. 기존조건(WS12LHF0)과 잠열속을 추가한 조건(WS10LHF75)을 비교해보면 WS10LHF75가 WS12LHF0보다 더욱 관측과 유사하게 월별경향(6~8월)을 보여주며, 태풍의 발생위치 밀도와 진로밀도에서 관측과 가깝게 필리핀 동쪽해역에 많이 발생하고, 대만을 통과함을 보여주어 GS5모델의 한계점을 보완해주었으며, 최대풍속과 최저기압의 분산도 또한 WS10LHF75가 WS12LHF0보다 관측에 더 가까위지는 경향을 보였다. 태풍 사례 너구리(1408)에 대한 태풍 발생 전후의 대기 열적 환경변화를 통해 잠열 속을 이용한 태풍검출의 가능성을 살펴보았다. 열대저기압(TD)에서 태풍(TS)으로 강화될 때 잠열속의 변화가 나타났으며, 이것은 열적 에너지를 이용한 태풍의 검출이 용이함을 보여주었다.

2015년 북서태평양 발생태풍의 국내 외 관측 자료와 분석 자료를 수집하고 태풍재분석시스템에서 활용 가능하도록 포맷을 변경하였다. 재분석 활용자료를 자동수집과 수동수집 자료로 분류하고 , 수동수집 단계를 3단계로 정의하여 자료 축적을 수행하였다. 태풍 분석인자 추가개발을 위한 연구에서는 국내.외 위성분석자료의 위치분석과 중심기압 분석의 정확성과 분석성향을 평가하였다. 이를 위해 위성분석자료를 JMA 베스트트랙과 비교하여 위도차와 경도차, 중심기압차를 구하고, 각각의 정확성과 분석성향을 분석하였다. 또한 이를 이용하여 태풍의 위치와 강도의 신뢰범위를 산출하였다. 태풍의 위치와 강도 분석 결과, JMA SDT와 SAREP자료가 다른 위상분석자료에 비해 베스트트랙과의 차이가 작게 나타났다. 태풍 등급별로 분류한 평가도 마찬가지 결과를 보였다.

주요 선진국의 발생탐지기술 뿐만 아니라 현재 기상쳥에서 사용되고 있는 발생탐지기술의 사전조사를 통해 발생탐지 기술에 대한 이해를 높이고 문제점을 진단하였으며, 또한 2012년에 개발 되어 단기간 예측이 가능하다고 입증된 발생잠재지수(Genesis Potential Index;GPI) 모델을 소개하고 현업에서의 활용가능성에 대해서 진단하였다.

상당온위의 평균변화량과 비대칭성은 태풍이 온대저기압으로 변질되는 시점에서 최대값을 보여주었다. 하지만 태풍이 한기 골과 직접적으로 부딪히지 않는 경우나 한기가 태풍 전체를 감싸며 온대저기압화 된 경우에는 상당온위를 지표로 하여 온대저기압화에 대한 가이던스를 제공하기에 어려운 부분이 있다.

(출처:Summary p.25)

Abstract ▼

In this report, we investigated short- and long- terrn typhoon prediction technique development such as tropical cyclogenesis detection, typhoon track and intensity prediction technique development, numerical modeling for trend of the typhoon activity, detection algorithm improvement of dynamic mode

In this report, we investigated short- and long- terrn typhoon prediction technique development such as tropical cyclogenesis detection, typhoon track and intensity prediction technique development, numerical modeling for trend of the typhoon activity, detection algorithm improvement of dynamic model for typhoon seasonal forecast, the climate factor detection for the long time typhoon activity change prediction, typhoon analysis data collections, etc.

Detection of tropical depression genesis in the westem north Pacific was perforrned using geophysical fluid dynamics laboratory vortex tracker (GFDL -VT, based on the global data assirnilation and prediction system (GDAPS) output and the results were evaluated. Detection factors for tropical cyclone (TC) genesis in this system are threshold for the rrurumum mean sea level pressure (MSLP) gradient, rrurumum azimuthally-average 850 hPa cyclonic tangential wind speed (850 wind speed), and the interval used by subroutine to check for a closed contour in the MSLP field (interval in closed contour in the MSLP). We applied variation of interval in closed contour in the MSLP. The proportion of false alarrn (F A) was high and it overestimated the number of genesis. Especially, it was high in the rnid- latitude when all detection factors were used as a default values and GDAPS forecast data were used as input data at the same time. This is because the tropical cyclone detection criteria of GFDL-VT were very sensitive. The proportion of hit had 6% increases and FA had 8% decreases when interval in closed contour of MSLP were double. Moreover, success rate (SR), and critical success index (CSD values were larger than the forrner results indicating that predictability were improved. We also established a real - tirne operation system to provide results of the producing four times a day in the National Typhoon Center’s intra - web page.

Regarding the development of a multi- model ensemble (MME) scheme for typhoon track and intensity forecast, the procedure suggested in this study was divided into two stages: selecting and weighting processes. Optimal MME COPMME) consisted of non-selected MME, selected MME, and weighted MME. In the typhoon track forecast, OPMME showed the smallest errors and positive improvement index, that ranged from 43.1 to 7.4%, relative to numerical model types at 24, 48, 72, 96, 120h in 2012-2014. In the typhoon intensity forecast, OPMME presented higher Pearson’s coefficients than numerical model outputs at 24, 48, 72h.

In order to use forecasted results from the typhoon regional unified model (TRUM) effectively, a comparison of evaluation of forecasted results from TRUM and other numerical models was conducted, and the simulating haracteristics were investigated with analysis of comparing model fields. 72- hour integrated results for typhoon Noul (1506), Chan- hom (1509) and Goni (1515) were used for the evaluation. T yphoons were existed in domain of TRUM at least 3 days including peak stage in 2015 and belong to very strong intensity category ( ≥44 m/s). TRUM has the largest position error generally in spite of high resolution. This was because there were some possibility of discordance of the scale between the resolution and the parameterization. TRUM had the larger initial position error than that of other models and tend to predict that typhoons move faster. Also the error of typhoon intensity forecast (maximum wind speed (MWS), central pressure (CP)) of TRUM were smaller than GDAPS and regional data assimilation and prediction system (RDAPS). MWS and CP simulated by TRUM were similar to observed values, and have a significant correlation with observation. And TRUM is tending to predict stronger wind speed, more detail vertical structure and weaker upper wind speed. There remains some room for improvement and it's difficult to generalize results from only 3 typhoon cases, however it can be said that TRUM played a positive role in improving the prediction performance of intensity.

The synoptic variables for the predictive factors in the existing statistical model were 5 factors of 850hPa temperature, the north-south wind, surface of the sea, temperature, 500hPa geopotential height index and sea- level pressure. According to a recent study, the rnixed temperature depending on the water level but sea surface temperature (SST) made a good environment for TC strengthening (Lin et al., 2013), and ocean heat content (OHC) also showed the correlation with TC intensity change (Wada and U sui, 2007). Therefore, the prediction factors of the existing statistical model and Trnix60, Tmixl05, OHC were added to analyze the correlation with accumulated cyc10ne energy (ACE) In addition, since ACE and ENSO showed high correlation of 0.7, it was analyzed by dividing ENSO period. In the results of the analysis, the correlation coefficient of the water temperatures considering the deep depth but the surface layer temperature was higher, and dividing ENSO showed higher correlation and higher correlation coefficient than opposite case.

The thermal variations before and after typhoon formation were analyzed to see if this factor could be used in detecting typhoon development. We compared the existing detection algorithm and detection algorithm with latent heat flux. The number of typhoon detection algorithm with latent heat flux is similar to the more observations than the existing algorithms. Also, the overall pattem of TC genesis locations is well captured in the observation, although there is a tendency to overproduce typhoons particularly in the Pacific Ocean east of the Philippines. This complements the lirnitation of the model.

It is collected that the domestic and foreign observation data about typhoons over the westem North Pacific in 2015, then we modified their format to utilize in the typhoon reanalysis system. For the simplicity, this data is c1assified into two types: automatically and manually collected data, and this manually collected data is obtained through three steps (collecting data, modifying their format, input).

We investigated information and drawbacks associated with the tropical cyclogenesis detection system of Korea Meteorological Administration (KMA) and advanced countries, helping us to understand this system. It is also investigated that the applicability of genesis potential index (GPI) model, which is developed in 2012 and shows a good performance in a short term forecast, to the prediction of TC in the field work

In the development of typhoon an외ysi s factor, we evaluated the accuracy of satellite analysis associated with central location and pressure of typhoon by comparison between the satellite analysis data and JMA best track data. In this result, JMA SDT (Subjective Dvorak Technic) and SAREP (Satellite REPort) data show a higher accuracy than others.

Furthermore, the maximum value of equivalent potential temperature in its asymmetry and the variation of its mean appears when typhoon tums into extratropical cyclone. However, it is difficult to provide guidance for the extratropical transition using this equivalent potential temperature in some cases. For instance, it is difficult to do that when typhoons do not directly bump against a cold trough or the cold surge envelops typhoon .

(출처:Summary p.31)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 4
• 표목차 ... 7
• 그림목차 ... 12
• 요약문 ... 22
• Summary ... 31
• 제1장 서론 ... 35
• 제1절 연구 개발의 필요성 ... 35
• 제2절 국내·외 연구 동향 ... 39
• 제3절 연구 목표 및 내용 ... 51
• 제2장 태풍 단기예측 기술개선 ... 54
• 제1절 수치모델 자료를 활용한 열대저압부 예측기술 개선 ... 54
• 1. 기상청 현업 수치모댈 GDAPS의 예측결과를 이용한 GFDL Vortex Tracker의 열대저기압 발생 탐지 결 과 및 평가 ... 54
• 1) 개요 ... 54
• 2) 자료와 분석방법 ... 54
• 3) 분석결과 ... 67
• 4) 요약 및 결론 ... 76
• 제2절 다중모델 앙상블 예측을 이용한 태풍 진로와 강도예측기술 개발 ... 78
• 1. 다중모델 앙상블을 이용한 진로와 강도예측기술 개선과 검증 ... 78
• 1) 개요 ... 78
• 2) 자료와 분석 방법 ... 79
• 3) 분석결과 ... 91
• 4) 요약 및 결론 ... 161
• 제3절 개선된 태풍역학모델의 진로와 강도예측 성능분석을 위한 사례연구 ... 165
• 1. 태풍 지역통합모델의 태풍진로와 강도예측성능과 모의특징 ... 165
• 1) 개요 ... 165
• 2) 모델 및 실험설계 ... 165
• 3) 분석결과 ... 174
• 4) 요약 및 결론 ... 203
• 제3장 태풍 장기 예측기술 개발 ... 205
• 제1절 장기간 태풍활동 변화예측을 위한 기후인자 발굴 연구 ... 205
• 1. 북서태평양 태풍활동과 해양, 대기인자의 상관관계 ... 205
• 1) 개요 ... 205
• 2) 자료와 분석방법 ... 205
• 3) 분석결과 ... 207
• 4) 요약 및 결론 ... 226
• 제2절 대기운동/잠재에너지 변화경향에 기초한 태풍발달 연구 ... 227
• 1. 태풍 발생에 따른 대기의 열적 에너지 변화 연구 ... 227
• 1) 개요 ... 227
• 2) 자료와 분석 방법 ... 229
• 3) 분석결과 ... 235
• 4) 요약 및 결론 ... 243
• 제3절 장기 태풍활동(강도, 진로) 변화경향 연구 ... 244
• 1. 북서태평양 발생 태풍의 전향 특성 ... 244
• 1) 개요 ... 244
• 2) 자료와 분석방법 ... 245
• 3) 분석결과 ... 248
• 4) 요약 및 결론 ... 254
• 제4장 태풍 재분석 및 발생탐지 기술개선 ... 255
• 제1절 2015년 태풍 재분석을 위한 태풍분석자료 축적 ... 255
• 1. 2015년 북서태평양 발생태풍의 국내외 관측 자료와 분석 자료수집 ... 255
• 1) 개요 ... 255
• 2) 분석 자료와 수집 방법 ... 255
• 3) 요약 및 결론 ... 260
• 제2절 태풍발생 탐지결과 표출방법 개선 연구 ... 261
• 1. 국내 · 외 태풍발생탐지 기법 조사 ... 261
• 1) 개요 ... 261
• 2) 위성분석에 기반한 태풍발생탐지 ... 262
• 3) 앙상블 수치모델 결과에 기반한 태풍발생탐지 ... 264
• 4) 위성과 종관분석을 혼합 · 활용한 태풍발생탐지 ... 266
• 5) Emanuel 교수의 태풍발생탐지 기법 ... 271
• 6) 요약 및 향후계획 ... 275
• 제3절 태풍 분석인자 추가 개발 ... 276
• 1. 국내·외 위성분석자료를 활용한 분석방법 연구 ... 276
• 1) 개요 ... 276
• 2) 자료와 분석방법 ... 276
• 3) 분석결과 ... 278
• 4) 요약 및 결론 ... 293
• 2. 상당온위를 이용한 태풍구조분 석과 온저화지표개발 ... 294
• 1) 개요 ... 294
• 2) 자료와 분석방법 ... 294
• 3) 분석결과 ... 297
• 4) 요약 및 결론 ... 300
• 제5장 요약 및 결론 ... 301
• 참고문헌 ... 308
• 부록. 태풍분석 및 예측기술 개발(I) ... 321
• 1. 태풍 강도 단기예측 모델 개선 및 적용 ... 357
• 2. 통계모델 개선 및 다중모델을 이용한 태풍 계절예측 연구 ... 545
• 3. 태풍분석 및 통계 체계 구축 ... 643
• 끝페이지 ... 865