[보고서]보성 글로벌표준관측소 활용연구

임은하

보성 글로벌표준관측소 활용연구
Application of Boseong Global Standard Observatory 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	국립기상과학원 National Institute of Meteorological Research
연구책임자	임은하
참여연구자	최병철 , 하종철 , 신승숙 , 김기훈 , 심재관 , 김청식 , 함태진 , 황상희 , 고광일 , 김혜림 , 김현봉 , 남호진 , 윤종환 , 황성은 , 김창모 , 이윤상 , 이정은 , 박성원 , 김영윤 , 김현 , 김진수
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2015-12
과제시작연도	2015
주관부처	기상청 Korea Meteorological Administration(KMA)
등록번호	TRKO201800035538
과제고유번호	1365002052
사업명	보성글로벌표준관측소활용연구
DB 구축일자	2018-07-21
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201800035538

초록 ▼

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 대기 연직구조에 대한 연구기반 구축
가. 특별관측 수행 및 관측자료 분석
관측자료 품질관리 및 개선을 위하여 라디오존데 및 드론을 이용한 특별관측을 수행하였다(기간: 6월 15일-7월 15일(라디오존데), 8월 10일-11일(드론)).

특별관측 수행을 통하여 종합기상탑과 라디오존데 자료를 비교하여 관측장비 간 특성을 확인한 결과, 기온, 풍속, 습도, 풍향 순으로 유사하게 관측되었다. 관측요소들의 비교결과 모든 관측요소가 100 m 이하에서 신뢰도가 낮은 것(상관계수 0.9 이하)으로 판단된다.

하부 경계층에서 드론에 의한 관측 가능성을 확인하기 위하여 드론을 이용하여 연직 온도와 습도를 관측하였고, 드론관측 자료와 종합기상탑 자료를 비교하였다.
비교 결과 RMSD가 오차허용범위(온도 ±0.5℃, 습도 ±5% 이내) 안에 있으며, 드론 관측의 신뢰성이 상대적으로 높은 것을 확인하였다.

나. 관측자료 품질관리 프로그램 운영 및 개선
종합기상탑의 계절별 특성분석을 통하여, 봄철과 가을철에 큰 일교차로 인하여 40-140 m 에서 강한 해륙풍이 발생하는 것을 확인하였다. 여름철에는 일교차가 줄어들고 강수로 인하여 습도가 높게 관측되며, 서북서풍이 주로 관측되었다. 겨울철에는 건조하며, 강한 풍속이 관측되었다.

종합기상탑의 강수유무일에 따른 차이를 분석한 결과, 강수일에는 기온과 습도의 변화가 작고 풍속이 빨라지며, 동북동풍 또는 동풍이 많이 관측되었다.

다. 대기 하부경계층 고품질 관측시스템 및 자료수집체계 구축
현업 LDAPS 수치모델에 대한 하부경계층 내 오차 특성을 분석하기 위해, 보성 종합기상탑에서 측정되는 관측자료를 활용한 비교 분석 및 실시간 웹 기반 표출체계를 구축하였다. 또한, 종합기상탑에서 측정되는 관측자료의 이상유무를 판별하고, 지속적으로 모니터링할 수 있는 체계를 구축하고자 기존의 표출방식을 개선한 웹 기반의 준 실시간 표출시스템을 개발하였다.

2. 대기경계층 기상현상 별 미기상/미기후학적 특성 분석
가. 종합기상탑 자료를 활용한 국지순환 연구(부록)

(출처 : 요약문 14p)

Abstract ▼

Ⅳ. Research contents and results
1. build a research-basis for the meteorological vertical structure
A. Special observation and data analysis
- The special observation was conducted in order to improve the data quality using the radiosonde and drone(period : 15th June-15th July(radiosonde) 10th and 11th August(drone)).

- As a result of comparing the tall tower data with radiosonde data during the special observation period, Temperature, humidity, wind speed, wind direction was observed similarly in the order. It have been determined that there is no confidence in lower than 100m for all elements.

- In order to examine the observation potentiality using drone in the lower boundary layers, the vertical temperature and humidity were observed using drone. Then these data are compared with the tall tower data. As a result, RMSD of the drone data is within the reasonable range. Also, we confirmed that the drone observation data is reliable.

B. Operation and improvement of the data quality control program
- The seasonal characteristics was analyzed. The strong sea breeze was observed at 40-140 m in the spring and fall. It is because there is the large temperature difference a day. In the summer, it was observed the small temperature difference a day and high humidity due to rainfall, also west-northwest wind was mainly observed. In the winter, the low humidity and strong wind speed were observed.

- There is little change in temperature and humidity, and strong wind in the rain-day. Also the east-northeast wind and east wind was dominant in the rain-day.

C. Build the high-quality systems for the observation and the data collection
- To analyze the characteristics of bias and RMSE in LDAPS model with the data from the Boseong tall tower, the comparison analysis and display system was developed. Also, web based near real time display system of the Boseong tall tower data was produced for monitoring system and checking observed data.

2. Analysis of the micro-meteorological/micro-climatological characteristics by the meteorological phenomena in the boundary layer
A. Study on the local circulation using the data of the Boseong tall tower(Appendix)

(출처 : Summary 16p)

목차 Contents

표지 ... 1
연구 보고서 ... 2
목차 ... 3
표목차 ... 6
그림목차 ... 8
요약문 ... 12
Summary ... 16
제 1 장 서론 ... 19
제 1 절 연구 개발의 필요성 ... 19
제 2 절 국외 선도 기상 관측 센터 운영 현황 ... 20
1. Atmospheric Radiation Measurement (ARM), 미국 ... 20
2. Centre for Atmospheric Research and Experiments (CARE), 캐나다 ... 22
3. The Arctic Research Centre (ARC), 핀란드 ... 23
제 2 장 특별관측 수행 및 관측자료 분석 ... 25
제 1 절 특별관측 수행 ... 25
1. 보성 라디오존데 특별관측 ... 25
2. 드론을 활용한 연직기상 관측 ... 26
제 2 절 특별관측 자료 분석 ... 33
1. 종합기상탑과 라디오존데 관측자료 비교·검증 ... 33
2. 드론을 활용한 연직기상관측 자료 분석 ... 57
제 3 장 기본관측자료 품질관리 프로그램 운영 및 개선 ... 62
제 1 절 품질관리 프로그램 상시 운영 및 개선 ... 62
제 2 절 종합기상탑 관측자료의 연직 기상특성 분석 ... 64
1. 보성 지점의 계절별 연직 기상특성 ... 64
2. 보성 지점의 강수유무에 따른 연직 기상특성 ... 79
제 4 장 대기 하부경계층 고품질 관측시스템 및 자료수집체계 구축 ... 99
제 1 절 종합기상탑 관측자료 실시간 표출시스템 개발 ... 99
1. 국지예보모델 산출자료 비교 시스템 구축 ... 99
2. 종합기상탑 기본관측자료 실시간 표출 및 모니터링 ... 112
제 2 절 종합기상탑 기본관측장비 비교 관측시스템 구축 ... 119
1. 3배 풍속계 추가 설치 및 운영 ... 119
2. 종합기상탑 기본관측자료 원시자료 수집 테스트 ... 129
제 5 장 요약 및 결론 ... 132
참 고 문 헌 ... 134
끝페이지 ... 135

표/그림 (94)

표 Atmospheric Radiation Measurement (ARM) sites in the world.
표 (a) Map showing the boundaries of the Southern Great Plains (SGP) Atmospheric Radiation Measurement Facility in Oklahoma and Kansas (yellow box); (b) Aerial photograph of the Central Facility.
표 Instruments of the Southern Great Plains(SGP).
표 Views of Centre for Atmospheric Research and Experiments(CARE).
표 Views of Sodankyla Arctic Research Centre(ARC).
표 Special observation schedule
표 The main components of E1100-V3
표 Technical specification of E1100-V3
표 Video receiver and Display monitor(left), T14SG T/R Set(right).
표 Technical specification of T14SG T/R Set
표 Technical specification of GH4
표 Observation overview
표 A picture of the observation experiment and a schematization of the observation experiment.
표 Summary of the special observation period
표 Observation accuracy of equipment
표 Diurnal variations of the temperature(a), humidity(b), wind speed(c) and wind direction(d) during the total special observation period.
표 Mean, Max. and Min. value of the temperature, humidity, wind speed and prevailing wind direction
표 Diurnal variations of the temperature(a), humidity(b), wind speed(c) and wind direction(d) on the no rain-day.
표 Mean, Max. and Min. value of the temperature, humidity, wind speed and prevailing wind direction on the no rain-day
표 Diurnal variations of the temperature(a), humidity(b), wind speed(c) and wind direction(d) on the rain-day.
표 Mean, Max. and Min. value of the temperature, humidity, wind speed and prevailing wind direction on the rain-day
표 Max. and Min. value of the temperature for each altitude observed by the radiosonde and tower
표 Time-series of the temperature and its difference(tower-radiosonde) of each altitude(10 m, 20 m, 40 m, 60 m).
표 Same as Fig. 2.2.1.4 but for 80 m, 100 m, 140 m, 180 m, 220 m, 260 m and 300 m.
표 Min. value of the humidity for each altitude observed by the radiosonde and tower
표 Time-series of the humidity and its difference(tower-radiosonde) of each altitude(10 m, 20 m, 40 m, 60 m, 80 m, 100 m, 140 m, 180 m).
표 Same as Fig. 2.2.1.6 but for 220 m, 260 m and 300 m.
표 Max. value of the wind speed for each altitude observed by the radiosonde and tower
표 Time-series of the wind speed and its difference(tower-radiosonde) of each altitude(10 m, 20 m, 40 m, 60 m, 80 m, 100 m, 140 m, 180 m).
표 Same as Fig. 2.2.1.8 but for 220 m, 260 m and 300 m.
표 Time-series of the wind direction and its difference(tower-radiosonde) of each altitude(10m, 20m, 40m, 60m, 80m, 100m).
표 Same as Fig. 2.2.1.10 but for 140 m, 180 m, 220 m, 260 m and 300 m.
표 Correlation of the observation elements for each altitude
표 The scatter plots of the temperature(a), humidity(b), wind speed(c) and wind direction(d) observed by the radiosonde and tall tower at 10 m.
표 Same as Fig 2.2.1.12 but for at 300 m.
표 RMSD of the observation elements for each altitude
표 Root Mean Square Difference of the temperature and humidity
표 Vertical comparison of the temperature between the drone and Boseong tall tower observation.
표 Vertical comparison of the humidity between the drone and Boseong tall tower observation.
표 Comparison of the temperature(left) and the humidity(right) between the drone and Boseong tall tower observation at 300 m altitude.
표 Time-series example of the basic observation data on 23rd July 2015.
표 Error occurrence of the basic observation data in 2015
표 Monthly and seasonal mean values of the temperature(a), humidity(b), wind speed(c), and wind direction(d).
표 Seasonal mean, Max. and Min. value of the temperature
표 Diurnal Variation of the mean temperature(10-minute) on the spring(a), summer(b), fall(c), winter(d) in 2014 and the spring(e) in 2015.
표 Seasonal mean, Max. and Min. value of the humidity
표 Diurnal Variation of the mean humidity(10-minute) on the spring(a), summer(b), fall(c), winter(d) in 2014 and the spring(e) in 2015.
표 Seasonal mean, Max. and Min. value of the wind speed
표 Diurnal Variation of the mean wind speed(10-minute) on the spring(a), summer(b), fall(c), winter(d) in 2014 and the spring(e) in 2015.
표 Seasonal frequency of the wind direction (spring(a), summer(b), fall(c), winter(d) in 2014 and the spring(e) in 2015) and the total frequency of the wind direction(f).
표 Max., Min. values of the temperature, humidity, wind speed and it’s occurrence dates for each altitude
표 Diurnal variation of the mean temperature on the no rain-day(a) and rain-day(b).
표 Diurnal variation of the mean temperature for each month(Jan.(a), Feb.(b), Mar.(c), Apr(d), May.(e), Jun.(f), Jul.(g), Aug.(h)) on the no rain-day.
표 Same as Fig 3.2.2.2 but for the rain-day.
표 Monthly mean temperature and the difference for each month
표 Monthly mean humidity and the difference for each altitude
표 Diurnal variation of the mean humidity on the no rain-day(a) and rain-day(b).
표 Diurnal variation of the mean humidity for each month(Jan.(a), Feb.(b), Mar.(c), Apr(d), May.(e), Jun.(f), Jul.(g), Aug.(h)) on the no rain-day.
표 Same as Fig 3.2.2.5 but for the rain-day.
표 Monthly mean wind speed and the difference for each altitude
표 Diurnal variation of the mean wind speed on the no rain-day(a) and rain-day(b).
표 Diurnal variation of the mean wind speed for each month(Jan.(a), Feb.(b), Mar.(c), Apr(d), May.(e), Jun.(f), Jul.(g), Aug.(h)) on the no rain-day.
표 Same as Fig 3.2.2.8 but for the rain-day.
표 Diurnal variation of the mean wind direction on the no rain-day(a) and rain-day(b).
표 Diurnal variation of the mean wind direction for each month(Jan.(a), Feb.(b), Mar.(c), Apr(d), May.(e), Jun.(f), Jul.(g), Aug.(h)) on the no rain-day.
표 Same as Fig 3.2.2.11 but for the rain-day.
표 Mean dominant wind direction of the each altitude on the no rain-day(a) and rain-day(b).
표 Prevailing wind direction for each altitude on the no rain-day
표 Prevailing wind direction for each altitude on the rain-day
표 Flowchart of the entire data processing procedure.
표 Flowchart of modules in main.py.
표 Flowchart of modules in ldps_to_twr.py.
표 Flowchart of modules in draw_ldps_3.py.
표 Sample output images of relative humidity, temperature, zonal and meridional wind in LDAPS and TOWER data.
표 Flowchart of modules in draw_twr_all.py.
표 Flowchart of web page structure.
표 Sample web page of display tall tower data.
표 Installation of the three-cup anemometer.
표 Technical specification of UA-2D
표 Technical specification of JY-WD160C, JY-WS161B and JY100097-3
표 Statistics of the wind speed data for each month in precipitation
표 Statistics of the wind speed data for each month in no precipitation
표 RMSD by the wind speed ranges in precipitation and no precipitation
표 Scatter plot of the Wind speed in precipitation(left) and no precipitation(right).
표 Scatter plot of the Wind speed classified by the wind speed in precipitation.
표 Scatter plot of the Wind speed classified by the wind speed in no precipitation.
표 Statistics of the wind direction data for each month in precipitation
표 Statistics of the wind direction data for each month in no precipitation
표 RMSD and the difference of monthly wind direction.
표 RMSD of the wind direction for each month in precipitation
표 RMSD of the wind direction for each month in no precipitation
표 Installed data logger(Campbell Scientific, CR1000) and the ethernet module.
표 Example of the additional raw data.
표 Examination of the possibility to collect the raw data

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총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
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연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

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