[보고서]북극권 관측거점 기반 미래 환경 예측 모델링 기술 개발

홍진규

보고서 정보

주관연구기관

연세대학교
Yonsei University

연구책임자

홍진규

참여연구자

국종성 , 김연주 , 김현미 , 박상훈 , 유창현 , 김건일 , 김대휘 , 김도경 , 김민주 , 김선용 , 김성윤 , 김세현 , 김정원 , 김진수 , 김현정 , 박준 , 박혜선 , 변의용 , 신우주 , 양우현 , 양은경 , 왕잔 , 이근민 , 이상대 , 이준홍 , 임형규 , 정재혁 , 조민광

보고서유형

1단계보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2017-11

과제시작연도

2017

주관부처

과학기술정보통신부
Ministry of Science and ICT

등록번호

TRKO201900022472

과제고유번호

1711048339

사업명

해양극지기초원천기술개발

DB 구축일자

2020-07-29

키워드

북극 환경.육상생태계 모델링.고해상도 지역 규모 모델.고해상도 전지구 모델.수치예보.arctic environment.terrestrial ecosystem model.high-resolution regional model.high-resolution global model.NWP.

표 Polar WRF 패키지에서 수정된 코드
표 WRF(좌)와 Polar WRF(우)에 동일한 해빙장 정보를 입력하여 모의를 수행했을 때, 각 모델에서 표출된 동일시점의 해빙두께 변수 (ICEDEPTH) 값
표 ASR자료를 통해 확인한 2012.08.01.00UTC (좌)와 2012.08.15.00UTC (우) 시점의 해빙두께 (m) 분포
표 Polar WRF 내 Seaice option 선택
표 ASRv.1과 v.2가 커버하는 영역. Figure from Bromwich et al. (2016)
표 ASRv.2 제작에 사용된 설정 및 자료. Table from Bromwich et al. (2017 in press)
표 NCAR CISL RDA 홈페이지의 ASR 자료 Data Access 탭
표 Polar WRF에 ASR에서 추출한 해빙 변수를 입력하는 과정
표 wrfouput에 표출된 네 가지 해빙변수 SEAICE, ALBSI, ICEDEPTH, SNOWSI 값의 분포
표 ALBSI 자료가 입력됐을 경우와 입력되지 않았을 경우의 해빙영역 ALBEDO 값 분포
표 2012.08.01.00UTC부터 2012.08.12.00UTC까지의 ERA-Interim 재분석장에서의 해면기압 (hPa)
표 2012.08.01.00UTC부터 2012.08.12.00UTC까지의 ERA-Interim 재분석장에서의 해면기압 (hPa)
표 실험에 사용된 설정
표 2012.08.03.부터 2012.08.12.까지 00UTC의 ERA-Interim, WRF, ifference (Polar WRF – WRF) SLP (hPa) 분포
표 2012.08.03.부터 2012.08.12.까지 00UTC의 ERA-Interim, WRF, Difference (Polar WRF – WRF) SLP (hPa) 분포
표 Experimental domain with polar projection (Resolution of d01: 18 km, d02: 6 km, and d03: 2 km)
표 Schematic of Polar WRF-3DVAR system. The Xa, Xb, Xf, y, B, R are analysis, background, forecast, observations, background error covariance, and observaton error covariance, respectively
표 Diagram of the comparison between (a) cold start and (b) warm start
표 The 900 hPa geopotential height field for domain 1 in case 1
$The fractional Sea ice flag distribution near the Svalbard at 18 UTC 15 FEB 2015$ 표 The fractional Sea ice flag distribution near the Svalbard at 18 UTC 15 FEB 2015
표 The 900 hPa geopotential height field for domain 1 in case 2
$The fractional sea ice flag distribution near the Svalbard at 18 UTC 2 MAR 2015$ 표 The fractional sea ice flag distribution near the Svalbard at 18 UTC 2 MAR 2015
표 The distribution of the conventional observation used in NCEP GDAS system
표 The detailed information of SYNOP observations (yr.no)
표 The position of SYNOP observations (circle) in GTS and (triangle) not in GTS
표 The contour of sea level pressure [hPa] and 10 m wind speed [m/s] of case 1 in (a) ERA-Interim reanalysis, (b) 24-h forecast in Exp1, and (c) 24-h forecast in Exp2
표 Time series of the 10 m wind speed at Svalbard SYNOP observation sites for case 1: observed 1-h average wind speed (black solid), (dot line) 1-h maximum gust wind speed (dotted line), ERA-Interim reanalysis (black dot), 25~48-h forecasts in Exp1 (cross), and 01~24-h forecasts in Exp2 (red solid)
표 The RMSE of 1-h average wind speed and 1-h maximum wind speed (gust) of model forecasts with respect to SYNOP observations for case 1. The “Exp1” implies the forecasts without data assimilation, while “Exp2” implies with data assimilation
표 The contour of sea level pressure [hPa] and 10 m wind speed [m/s] of case 2 in (a) ERA-Interim reanalysis, (b) 24-h forecast in Exp1, and (c) 24-h forecast in Exp2
표 Time series of the 10 m wind speed at Svalbard SYNOP observation sites for case 2: observed 1-h average wind speed (black solid), (dot line) 1-h maximum gust wind speed (dotted line), ERA-Interim reanalysis (black dot), 25~48-h forecasts in Exp1 (cross), and 01~24-h forecasts in Exp2 (red solid)
표 The RMSE of 1-h average wind speed and 1-h maximum wind speed (gust) of model forecasts with respect to SYNOP observations for case 2. The “Exp1” implies the forecasts without data assimilation, while “Exp2” implies with data assimilation
표 극지방 Atqasuk 위치 (Kremers et al., 2015)
표 Atqasuk 지점 특성
표 극지방 Atqasuk 지점 MODIS 관측 잎면적 지수 처리
표 Atqasuk 지점 CLM 모의 결과 및 관측 값 비교
표 CLM-CN-DV-BGC 모델의 spin-up 결과 예시
표 MODIS 자료 특성
표 MODIS 기반 환북극 지역 식생 비율
표 MODIS 기반 환북극 지역 식생 분포 (2001년, 2010년)
표 MODIS 기반 잎 면적지수 분포 (2001년, 2010년)
표 CLM 모델 모의실험 설정
표 CLM 모델 모의 ALT 결과의 관측지 비교
표 CLM 모델 모의 ALT 결과 비교 (2001년, 2010년)
표 CLM 모델 모의된 Alaska, North Canada 지역 평균 지면 에너지 수지 결과 비교 (2001년, 2010년)
표 Meshes in global latitude longitude grid. Red points indciate each grid points of mesh. Note that each interval size of red points are different between equator and polar region
표 (top pannel) Zonal average potential temperature (shading), zonal winds (black solid lines) and water vapor mixing ratio (dark dashed lines) and (bottom pannel) perturbated surface pressure (contour lines) and lowest level potential temperature (shading) for initial condition
표 Two meshes which use in these experiments. A grid for 30km global single domain (left) and a nested domain with horizontal resolution is 10km (right). Nested domain is set up from 20°N (-30°W) to 80°N (30°E) in latitude (longitude) direction. Note that shown images are much more coarser than actual mesh because of display purpose
표 Summary of experimental setup. Note that only two physics schemes are used for moisture variables. Other configurations (i.e. damping layer, horizontal order of advection) are same as Park et. al (2013)
표 Surface pressure (black contour lines), potential temperature (red contour ines) in the lowest model level and vertically integrated water vapor mixing ratio (shadings) from anglobal single domain experiment of day 3 through day 6
표 Vertical winds (shading), geopotential height (gree contour lines) and horizontal wind vector at 850hPa from a global single domain experiment of day 3 through 6
표 Vertical winds (shading), geopotential height (gree contour lines) and horizontal wind vector at 850hPa from a global single domain experiment of day 3 through 6
표 Same as Figure 3.2.1.5 except from 10km mesh size of nested domain
표 Same as Figure 3.2.1.6 except from 10km mesh size of nested domain
표 Same as Figure 3.2.1.7 except from 10km mesh size of nested domain
표 (Left) Meshes in MPAS and (right) simple illustration of mesh structure of MPAS. In right pannel, scalar variables are located on cell centers (A, B and C) and winds are located on edge points ( ui with i = 1,2,3 …). Note that there are no pole problem in the mesh and each grids keeps most of isotropical property
표 A schematic diagram of framework of CESM and relationshipe between CESM and MPAS. Note that atmospheric model is composed with one physics package (CAM) and FV (Finite Volume) and SE (spectral element) are also one of atmospheric dynamical core. In CESM, MPAS is working only with CAM physics
표 Summary of experimental setup for CESM with MPAS
표 500hPa temperature (shading) and geopotential height (solid lines) from CFSR data (left) and CESM-MPAS (right) for 2015-12-19_00 (top), 2015-12-23_00 (middle) and 2015-12-26_00 (bottom). Note that initial date of experiment is from 2015-12-16_00
표 500hPa vorticity from CFSR data (left) and CESM-MPAS (right) for 2015-12-19_00 (top), 2015-12-23_00 (middle) and 2015-12-26_00 (bottom). Note that initial date of experiment is from 2015-12-16_00
표 Climatological mean surface temperature in 30-90◦N from December to February (DJF) in the (upper) simulation and (lower) ERA-Interim
표 Climatological mean bias of the surface temperature in 30-90◦N during DJF
표 Climatological mean surface sensible heat flux in 30-90◦N during DJF in the (upper) simulation and (lower) COREv2 observation
표 Climatological mean bias of the surface sensible heat flux in 30-90◦N during DJF
표 The same as in Figure 3.2.2.3 but for the surface latent heat flux
표 The same as in Figure 3.2.2.4 but for the surface latent heat flux
표 Annual cycle of the polar-cap (67.5-90˚N) surface temperature
표 Annual cycle of the polar-cap surface (upper) sensible and (lower) latent heat fluxes
표 Evolutions of the weekly-mean polar-cap 2-m temperature error with lead times in each forecast case (grey) and their average (black). The initial dates of the forecasts are the first days of (upper left) December, (upper center) January, (upper right) February, (lower left) June, (lower center) July, and (lower right) August from 1991 to 2010. The error is calculated using ERA-Interim reanalysis
표 Lagged composites of the (a) 500-hPa geopotential height and (b) 2-m temperature anomalies for the first to sixth weeks (from top to bottom) from the onsets of the positive WP phases in DJF in 1979-2014
표 The same as in Figure 3.2.2.10 except from the onsets of the negative WP phases
표 The same as in Figure 3.2.2.10 except from the onsets of the positive SCAND phases
표 Lagged autocorrelation of the 500-hPa geopotential height index for the (upper left) EA, (upper right) EAWR, (lower left) SCAND, and (lower right) WP patterns in DJF
표 Composite time series of the 500-hPa geopotential height (black) and 2-m temperature (red) indices with respect to the onsets of the (left) negative and (right) positive phases for the EA, EAWR, SCAND, and WP patterns (from top to bottom) in DJF
표 Probability density functions of the duration for the positive phase of (upper left) EA, (upper right) EAWR, (lower left) SCAND, and (lower right) WP patterns in DJF
표 환북극 동토층 속성. 90-100%의 Continuous (연속), 50%-90%의 Discontinuous (불연속), 10-50%의 Sporadic (산발적), 0-10%의 Isolated patches (고립적)으로 나누어진다. 출처: National Snow and Ice Data Center (https://nsidc.org/data/ggd318)
표 Global Fire Emission Database에서 산출된 최근 20년간의 연평균 연소 넓이의 전체 면적 넓이에 대한 비율 [% year-1]
표 Global Fire Emission Database에서 산출된 최근 20년간의 화재로 인한 연평균 탄소 배출량 [gC m-2 year-1]
표 환북극 지역 중 북미(170-50°W, 50-70°N)와 동시베리아 (100-190°E, 55-80°N) 지역의 연간 총 연소 지역 [km2] (위) 및 연간 총 탄소 배출량 [TgC] (아래). 점선은 시간에 대한 추세를 나타냄
표 환북극 동토층 지역의 산불활동 연구를 위한 지역 구분. Figure 3.2.2.5를 기준으로 총 6개의 지역으로 구분됨
표 월별 북극진동 지수와 연간 총 남시베리아 연소 면적간의 상관계수. *은 90% 유의수준을, **은 95% 유의수준을 나타냄
표 Global Fire Emission Database를 2.5°격자 시스템으로 변환하여 산출한 최근 20년 평균 연간 총 연소 면적 [Mkm2] (위) 및 연평균 값에 대한 표준편차 [Mkm2] (아래)
표 남시베리아 지역의 월간 연소 넓이 (좌)와 연간 총 연소 넓이 (우)
표 남시베리아 (연두색 박스 지역) 연간 총 연소 면적과 2월 (위), 3월 (아래) CRU 지표면 온도 (육지지역 음영) 및 HadISST 해빙 (해양지역 음영)간의 상관관계. 각 level은 90, 95, 99% 유의 수준을 나타냄. ECMWF 해면기압은 연소 면적과의 회귀분석 결과이며 10-meter 바람장은 95% 이상 유의미한 지역만 도시하였음
표 남시베리아 (연두색 박스 지역) 연간 총 연소 면적과 4월 (위), 5월 (아래) CRU 지표면 온도 (육지지역 음영) 및 HadISST 해빙 (해양지역 음영)간의 상관관계. 각 level은 90, 95, 99% 유의 수준을 나타냄. ECMWF 해면기압은 연소 면적과의 회귀분석 결과이며 10-meter 바람장은 95% 이상 유의미한 지역만 도시하였음
표 월별 북대서양진동 지수와 연간 총 서시베리아 연소 면적간의 상관계수. *은 90% 유의수준을 나타냄
표 서시베리아 지역의 월간 연소 넓이 (좌)와 연간 총 연소 넓이 (우)
표 서시베리아 (연두색 박스 지역) 연간 총 연소 면적과 5월 (위), 6월 (아래) CRU 지표면 온도 (육지지역 음영) 및 HadISST 해빙 (해양지역 음영)간의 상관관계. 각 level은 90, 95, 99% 유의 수준을 나타냄. ECMWF 해면기압은 연소 면적과의 회귀분석 결과이며 10-meter 바람장은 95% 이상 유의미한 지역만 도시하였음
표 동시베리아 지역의 월간 연소 넓이 (좌)와 연간 총 연소 넓이 (우)
표 동시베리아 (연두색 박스 지역) 연간 총 연소 면적과 7월 CRU 지표면 온도 (육지지역 음영) 및 HadISST 해빙 (해양지역 음영)간의 상관관계. 각 level은 90, 95, 99% 유의 수준을 나타냄. ECMWF 해면기압은 연소 면적과의 회귀분석 결과이며 10-meter 바람장은 95% 이상 유의미한 지역만 도시하였음

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