초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구는 기상청 현업 통합모델 (UM)을 기반으로 한 고해상도 전지구 예보모델 (GDAPS) 자료와 항공난류 관측자료를 이용하여 전지구 항공난류 예측시스템 (G-KTG)을 개발하고, 다양한 통계적 검증으로 시스템을 개선함으로써 궁극적으로 안전하고 경제적인 항행을 위한 항공기상 정보를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 영국 런던과 미국 워싱턴에 위치한 WAFC의 전지구 난류 예측 시스템 (WAFS) 방법론에 대해 파악하고, 선진국의 전지구 난류예측 시스템 (Global-GTG) 방법론 및

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구는 기상청 현업 통합모델 (UM)을 기반으로 한 고해상도 전지구 예보모델 (GDAPS) 자료와 항공난류 관측자료를 이용하여 전지구 항공난류 예측시스템 (G-KTG)을 개발하고, 다양한 통계적 검증으로 시스템을 개선함으로써 궁극적으로 안전하고 경제적인 항행을 위한 항공기상 정보를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 영국 런던과 미국 워싱턴에 위치한 WAFC의 전지구 난류 예측 시스템 (WAFS) 방법론에 대해 파악하고, 선진국의 전지구 난류예측 시스템 (Global-GTG) 방법론 및 한국형 통합난류예측시스템을 개발한 기술력을 기반으로 하여 전지구 한국형 난류예측 시스템에 적합한 새로운 방법론을 도출하였다. 또한, 본 연구실과 공동 연구 관련 MOU 협약을 맺은 미국의 국립기상연구소 (NCAR)와 NOAA/AWC의 협조를 통해 전지구 영역에 대한 항공기 관측자료 및 PIREP 자료를 수집하였고, 항공기 자료를 이용하여 항공난류 지표인 EDR과 DEVG를 도출하고 비교연구를 수행하였다.
미국의 통합난류예측 방법론인 Global-GTG 방법론을 기반으로 하여 G-KTG를 개발하고자 하였으며, 이에 따라 기상청 현업 수치예보모델인 25 km 수평해상도의 GDAPS (25 km-GDAPS) 자료를 이용하여 Global-GTG에 사용되는 각 고도별 주요 CAT 및 MWT 진단지수들을 계산하였다. 계산된 개별 난류 진단지수들은 mapping equation을 통해 EDR-scale로 정상화 하였으며, 모든 격자점에서 EDR-scale로 정상화된개별 난류지수 값과 각 지수들의 가중치를 곱한 뒤 통합함으로써, 단일 통합난류예측지수인 GKTG를 계산하였다.
2016년 5월 이래로 기상청의 GDAPS 자료의 수평해상도가 25 km에서 17 km로 좋아짐에 따라, 17 km 수평해상도의 GDAPS (17 km-GDAPS) 자료를 기반으로 하는 G-KTG의 개발이 필요하게 되었다. 본 연구에서는 개발 완료된 G-KTG 방법론에 17 km 수평해상도의 GDAPS 자료를 적용하여 최종적인 G-KTG를 구축하였다. 구축된 25 km-GDAPS 및 17km-GDAPS 자료를 기반으로 한 G-KTG 예측성을 확인하기 위해, 미국의 in-situ EDR 자료 및 동아시아에서의 PIREP 자료를 이용한 POD 분석을 수행하였으며, 두 시스템 모두 상층 영역에서 난류 예측성이 높게 나타났고, 저층에서 가장 낮은 예측성을 보임을 확인하였다. 특히 17km-GDAPS 기반 G-KTG는 동아시아 지역에서 현재 항공기상청에서 현업 중인 지역-KTG와 비교해서도 좋은 예측성을 보임을 확인하였다.

□ 연구개발성과
본 연구에서는 기상청 현업 수치예보모델인 GDAPS 자료를 이용하여 전지구 한국형 항공난류 예측시스템을 개발하고, 예측성 검증을 수행하였다.
이와 관련하여 SCI 학술지인 Meteorological Applications에 1편의 논문이 게재되었고, Journal of Applied Meteorology and Climatology에 2편의 논문이 게재되었으며, 대기지에 1편의 논문이 게재 확정되었다. 또한, 22회의 국내·외 학술 발표가 있었으며, 과제 수행 결과물로 6개의 소프트웨어를 등록하였다. 2016년 11월 2-4일에는 제5회 국제 항공 워크샵을 국립 기상과학원과 공동 개최하였으며, 본 워크샵에서 진행된 발표 내용들을 요약한 Meeting Summary 1편이 Bulletin of the American Meteorological Society (IF: 7.929)에 2017년에 게재되었다.

□ 연구개발성과의 활용계획(기대 효과)
본 연구에서 수행된 전지구 영역에 대한 항공난류 관측자료 수집 및 GDAPS를 이용한 G-KTG 구축 성과는 국내에서 수행될 전지구 항공난류 예측과 관련한 다양한 연구들의 기반이 될 것으로 기대된다. 최종적으로 개발된 G-KTG 시스템은 2018년 하반기에 기상청 슈퍼컴퓨터에 설치되어, 현업화가 이루어질 계획이다. G-KTG를 통해서 제공될 전지구 항공난류 예측자료는 수요자(관제·공항·항공사 등)들에게 보다 세밀하고 정확한 전지구 영역에 대한 항행 기상예보 정보를 제공할 것이며, 항공 안전등급의 향상 및 국가 이미지 제고로 이어져 유·무형의 경제적 가치를 유발할 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose & Contents
The objective of this study is to develop the Global Korean aviation Turbulence Guidance system (G-KTG) using the global numerical weather prediction (NWP) model operated by the Korea Meteorological Administration (KMA), named GDAPS, and turbulence observations, and to improv

□ Purpose & Contents
The objective of this study is to develop the Global Korean aviation Turbulence Guidance system (G-KTG) using the global numerical weather prediction (NWP) model operated by the Korea Meteorological Administration (KMA), named GDAPS, and turbulence observations, and to improve G-KTG through various statistical evaluations. It will ultimately provide the aviation weather information that helps for safe and economic navigation.
In this study, we investigate the methodology of the World Area Forecast System (WAFS) of the World Area Forecast Centers (WAFCs) in Washington, US and London, UK and develop new methodology suitable for G-KTG based on the methodology of the global turbulence forecasting system (Global-GTG) in a developed country and the technical experience for developing Korean aviation Turbulence Guidance system (KTG). In addition, the global aircraft observations and pilot turbulence reports (PIREPs) are collected through collaboration with the National Center for Atmospheric Research (NCAR) and National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)/Aviation Weather Center (AWC) that signed the memorandum of understanding on the joint research with Yonsei University. From the aircraft observations, the turbulence indicators, Eddy Dissipation Rate (EDR) and Derived Equivalent Vertical Gust (DEVG), are calculated and the relationship between two turbulence indicators is examined.
We intend to develop the G-KTG based on the methodology of Global-GTG which is the integrated turbulence forecasting system in US.
Accordingly, representative turbulence diagnostics for Clear-Air Turbulence (CAT) and Mountain-Wave induced Turbulence (MWT) included in the Global-GTG for each altitude region are calculated using the GDAPS output with 25 km horizontal grid spacing (25 km-GDAPS).
Computed turbulence diagnostics are remapped into the EDR-scale and combined into the single turbulence diagnostics, named GKTG, by multiplying the weighting to each turbulence diagnostic.
Given that the horizontal resolution of GDAPS was improved from 25 km to 17 km since May 2016, it is required to develop G-KTG using the GDAPS output with 17 km horizontal grid spacing (17 km-GDAPS). In this regard, final G-KTG is developed using the 17 km-GDAPS output by applying the developed methodology of G-KTG. To evaluate the forecasting skill of G-KTG using the 25 km-GDAPS and the 17 km-GDAPS outputs, the analysis of probability of detection (POD) is conducted using the in-situ EDR　data in US and PIREPs in East Asia.
It is found that both G-KTGs using the 25km-GDAPS and 17 km-GDAPS outputs indicate good forecasting skills in the upper-level region, whereas poor forecasting skills in the low-level region. Especially, it is revealed that the G-KTG based on the 17 km-GDAPS output shows good forecasting skill in the East Asia region as much as the operational regional-KTG of the Korean aviation meteorological office.

□ Results
In this study, we develop global turbulence forecasting system, named G-KTG, using the output of the global NWP model operated by KMA (GDAPS) and validate the forecasting skill of G-KTG. Being related to this study, one paper is published in Meteorological Applications (MA; IF: 1.411), two papers are published in Journal of Applied Meteorology and Climatology (JAMC; IF: 2.365), and one paper is accepted to Atmosphere. It is noted that MA and JAMC are SCI journal. Also, 22 presentations were at the international and domestic conference meetings. As a result of this project, 6 softwares are registered in Korea copyright commission. On 2 – 4 November 2016, we and National Institute of Meteorological Sciences (NIMS) co-hosted the Fifth workshop on aviation meteorology in Jeju island, Korea. The summary of this workshop is published in Bulletin of the American Meteorological Society (IF: 7.929).

□ Expected Contribution
The global aviation turbulence forecasts from G-KTG will provide more detailed and accurate aviation weather information to customer (air traffic control·airport·commercial airlines, etc). Eventually, it is expected to the contributions of the improvement of aviation safety rates of Korea and Korea’s national image, which may lead to the creation of tangible/intangible economic value.

(source : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• Contents ... 8
• 목차 ... 9
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제1절. 연구개발 목적 ... 10
• 제2절. 연구개발의 필요성 ... 10
• 제3절. 연구개발 범위 ... 11
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 13
• 제1절 국내·외 관련분야에 대한 기술개발현황 ... 13
• 제2절 국내·외 기술개발현황에서 본 연구개발이 차지하는 위치 ... 14
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 16
• 제1절. 연구개발 이론적, 실험적 접근방법 ... 16
• 제2절. 연구개발내용 ... 18
• 제3절. 연구개발결과 ... 26
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 90
• 제5장. 연구개발성과의 활용 계획 ... 91
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 93
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 95
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 96
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 102
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 103
• 제11장. 기타 사항 ... 104
• 제12장. 참고 문헌 ... 105
• 끝페이지 ... 109