초록 ▼

연구의 목적 및 내용
위성 자료동화에서 가장 자료동화 효과가 큰 적외 초분광 센서 IASI 관측 자료를 활용하기 위한 1단계 연구(2012-2014)를 바탕으로 새로 선정된 IASI 자료동화 활용 채널이 동아시아 강수예보 개선에 미치는 효과를 평가하며, 동아시아 강수 사례들을 유형별로 나누어 강수 유형별 예측 성능을 분석한다. 또한 전 지구 60%의 영역에 해당하는 구름지역에서 IASI 자료를 활용하기 위해서, 먼저 기존 구름 변수 산출 기법의 성능을 평가하고 기존 알고리즘이 갖는 문제점을 분석하여 새로운 구름 탐지 및 구름

연구의 목적 및 내용
위성 자료동화에서 가장 자료동화 효과가 큰 적외 초분광 센서 IASI 관측 자료를 활용하기 위한 1단계 연구(2012-2014)를 바탕으로 새로 선정된 IASI 자료동화 활용 채널이 동아시아 강수예보 개선에 미치는 효과를 평가하며, 동아시아 강수 사례들을 유형별로 나누어 강수 유형별 예측 성능을 분석한다. 또한 전 지구 60%의 영역에 해당하는 구름지역에서 IASI 자료를 활용하기 위해서, 먼저 기존 구름 변수 산출 기법의 성능을 평가하고 기존 알고리즘이 갖는 문제점을 분석하여 새로운 구름 탐지 및 구름 변수 산출기법을 개발한다. 이 후, 개발한 산출 기법을 통합수치모델의 전처리 과정에 적용시킴으로써 자료동화 과정 내 구름지역 IASI 관측자료 확장을 통해 기상청 통합수치모델 자료동화과정을 개선하며, 이를 통해 전지구 예보 정확도 및 동아시아지역 강수예보 정확도 향상에 기여한다.
먼저, 통합수치모델 내 자료동화과정에서 사용되는 IASI 채널을 새로 선정한 채널로 변경함으로써 한반도 및 동아시아 강수 예보 정확도에 미치는 영향을 전체적으로 평가하고 나아가 동아시아 지역 강수를 유형별로 나누어 위와 같은 개선 방향이 강수 유형별 예보 정확도에 미치는 영향을 평가한다. 이와 함께 구름 지역에서 IASI 초분광 관측 자료의 자료동화 내 활용을 극대화하기 위한 기반 연구들을 진행한다. 기존 구름 탐지 및 구름변수 산출 기법의 문제점을 파악하고, 새로운 구름 변수 산출 알고리즘 개발을 위한 기반 연구로써 복사전달모델을 이용한 구름 지역의 IASI 초분광 모의 관측 자료 생산 및 구름 변수에 따른 각 채널별 민감도를 분석한다.
이와 같은 연구를 바탕으로 구름지역 초분광 관측 자료를 효율적으로 활용하기 위한 구름 탐지 및 구름 변수(운정고도, 운량) 산출 기법을 개발하고 다양한 검증 자료들을 이용하여 개발된 알고리즘 성능을 평가한다. 마지막으로, 개발된 구름 탐지 및 구름 변수 산출 기법을 현업 통합수치모델 위성자료동화 전처리과정 내에 적용시키고 이를 통한 전처리과정 및 모델 예보 성능에 미치는 영향 파악과 함께 전 지구 및 동아시아 강수예보 정확도에 미치는 영향을 평가한다.

연구개발성과
∙SCI급 논문 5편 게재
- Journal of Climate ‘The role of the dry static stability for the recent change in the Pacific Walker Circulation’ 논문 2016년 4월 게재
- MDPS Atmosphere ‘Evaluation of temperature and humidity profiles of Unified Model and ECMWF analysis using GRUAN radiosonde observations’ 논문 2016년 7월 게재
- Monthly Weather Review ‘Microwave Sounder Cloud Detection Using a Collocated High-Resolution Imager and Its Impact on Radiance Assimilation in Tropical Cyclone Forecasts’ 논문 2016년 10월 게재
- Journal of Atmospheric and Oceanic Technology ‘Improved AIRS temperature and moisture soundings with local a priori information for the 1DVAR method’ 논문 2017년 5월 게재
- Advances in Atmospheric Sciences ‘A New Infrared Atmospheric Sounding Interferometer Channel Selection and Assessment of Its Impact on Met Office NWP Forecasts’ 논문 2017년 11월 게재
∙국제활동실적 3건 - 손병주 교수는 2012년부터 2016년까지 국제기구 International Radiation Commission(IRC)의 Vice-President로, 2016년부터 현재까지는 President로 활동하면서 국내 연구기관에 여러 선진 연구기관과의 교류의 장 및 해외 기술을 습득할 수 있는 기회를 제공함
∙현업화 1건 - ‘수치예보모델 성능 향상을 위한 구름지역 IASI 자료동화방법 개선’
∙소프트웨어 등록 1건 - ‘인공신경망방법을 이용한 최적의 운정고도 산출계수 생성 프로그램’

연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
∙구름 변수 변화에 따른 초분광 센서 채널별 민감도를 이해함으로써 위성 자료동화에 필요한 구름 변수 산출 및 처리 기법 고도화에 기여
∙개선된 구름 변수 산출 기법을 현업통합수치모델 자료동화과정에 활용함으로써 통합수치모델의 초기장 및 예보 정확도 향상
∙개발된 구름 변수 산출기법을 다양한 초분광 센서에 적용함으로써 자료 동화과정에서의 구름 지역 초분광 관측 자료 활용 극대화
∙구름 지역의 초분광 관측 자료를 이용한 독자적 구름 변수 산출 기법을 개발함으로써 위성자료동화 원천기술 확보 및 국내 위성자료동화기술을 선진국 수준으로 향상
∙악기상 감시 및 날씨 예측 능력 향상에 기여함으로서 기상재해 감소 및 다양한 산업분야 발전에 기여
∙국내 연구 인력의 연구 참여 및 국제협력을 통해 관련 분야 전문 인력양성

(출처 : 요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
Amongst satellite measurements, the observations of hyper-spectral infrared IASI sensor give the highest impact on the numerical weather prediction(NWP) forecasting. We here examine the impact of newly selected IASI channels on the precipitation forecasting over the East Asia a

Purpose & Contents
Amongst satellite measurements, the observations of hyper-spectral infrared IASI sensor give the highest impact on the numerical weather prediction(NWP) forecasting. We here examine the impact of newly selected IASI channels on the precipitation forecasting over the East Asia and analyse the result with respect to rainfall types (cold-type vs warm type). In addition, we attempt to further extend the use of IASI observations including cloud areas, which cover more than 60 percentage of the Earth. We develop a new cloud variables retrieval algorithm with assessment of the present algorithm in cloudy-sky data assimilation. The developed method would be applied to the operational OPS afterward and through these processes we can expect to improve assimilation performance by using additional
IASI observation data under cloudy condition. Finally, performance of precipitation forecasting of UM operational system will be evaluated over East Asia including the Korean peninsula.
Firstly, we examine the data assimilation effect of modified IASI channel selection on UM precipitation forecasting over the East Asia and evaluate the impact on precipitation forecasting according to the various rainfall types. At the same time, we need to understand the present cloud detection and retrieval algorithm in UM OPS to utilize the hyper-spectral IASI observation data under cloudy condition. In order to understand the spectral properties of cloud, we simulate cloudy IASI radiances using Radiative Transfer Model (RTM) and analyse the channel sensitivity to cloud variables. Based on the background study, we develope a new cloud variables (cloud top pressure, cloud cover) retrieval algorithm for an efficient use of IASI observations and we will assess the developed algorithm using validation dataset. Lastly, we apply the developed retrieval algorithm to operational UM OPS process and examine the impact of the changed cloud retrieval algorithm especially on the UM precipitation forecast over the East Asia including the Korean peninsula.

Results
∙Publication of paper at SCI journal
- ‘The role of the dry static stability for recent change in the Pacific Walke Circulation’ is published at Journal of Climate (April 2016).
- ‘Evaluation of temperature and humidity profiles of Unified Model and ECMWF analysis using GRUAN radiosonde observations’ is published at Atmosphere (July 2016).
- ‘Microwave Sounder Cloud Detection Using a Collocated High-Resolution Imager and Its Impact on Radiance Assimilation in Tropical Cyclone Forecasts’ is published at Monthly Weather Review (October 2016).
- ‘Improved AIRS temperature and moisture soundings with local a priori information for the 1DVAR method’ is published at Journal of Atmospheric and Oceanic Technology (May 2017).
- ‘A New Infrared Atmospheric Sounding Interferometer Channel Selection and Assessment of Its Impact on Met Office NWP Forecasts’ is published at Advances in Atmospheric Sciences (November, 2017).
∙International activity - Prof. B. J. Sohn is the president of International Radiation Symposium(IRS), which provides the opportunity to collaborate with foreign research institutes and acquire advanced techniques.
∙Implementation in the operational UM OPS. - Improved retrieval of cloud parameters in 1D-Var data assimilation.
∙Registration of S/W program. - Producing ANN coefficients for retrieving the ‘Optimum’ cloud parameters.

Expected Contribution
∙Contribution to the development of cloud retrieval algorithm for cloudy-region data assimilation, through understanding of channel sensitivity to cloud parameters variability
∙Improvement of accuracy of the initial condition and forecasting from UM by applying the developed cloud retrieval algorithm to the UM data assimilation process
∙Enhancement of use of satellite cloudy observations for data assimilation process by applying the developed cloud retrieval algorithm to other hyper-spectral sensors
∙Securement of original satellite data assimilation technique and development of domestic assimilation technique to the level of the advanced NWP centers
∙Contribution toward reducing meteorological disasters and developing various associated industries by improving the accuracy of weather forecast
∙Professional manpower training through the participation of domestic researchers and international collaboration

(source : SUMMARY 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 4
• 국문 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 7
• Contents ... 9
• 목차 ... 11
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 13
• 제1절. 연구개발의 필요성 ... 13
• 1. 연구개발의 개요 ... 13
• 2. 연구개발 대상 기술의 경제적·산업적 중요성 및 연구개발의 필요성 ... 14
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 16
• 제1절. 국내 기술 현황 ... 16
• 제2절. 국외 기술 현황 ... 17
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 19
• 제1절. 새로운 적외 초분광 센서 선정 채널의 동아시아 강수 예보 정확도에 미치는 영향 ... 19
• 1. 새로운 적외 초분광 선정 채널 ... 19
• 2. 선정된 적외 초분광 채널이 동아시아 강수 예보 정확도에 미치는 영향 평가 ... 24
• 3. 선정된 적외 초분광 채널이 동아시아 강수 유형별 강수 예보 정확도에 미치는 영향 평가 ... 47
• 4. 위성 편차보정기법에 따른 새로 선정된 적외 초분광 채널 성능 평가 ... 60
• 제2절. 구름지역 적외 초분광 센서 관측자료 활용을 위한 구름변수 산출 기법 개발 ... 67
• 1. IASI 자료 동화를 위한 구름 탐지 및 구름 변수 산출 기법 분석 ... 67
• 2. 구름지역 초분광 관측자료를 이용한 구름 변수 산출 기법 개발 ... 76
• 제3절. 구름 탐지 및 구름 변수 산출 기법 적용을 통한 수치 예보모델 강수 예측정확도 평가 ... 97
• 1. 통합수치모델 전처리과정(OPS) 내 개발된 구름 탐지 및 구름 변수 산출 기법 적용 및 평가 ... 97
• 2. 적용된 구름 변수 산출 기법이 전지구 및 동아시아 강수예보 정확도에 미치는 영향 평가 ... 111
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 116
• 제1절. 목표 달성도 ... 116
• 제2절. 관련 분야 기여도 ... 116
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 118
• 제1절. 새로운 선정 채널의 동아시아 강수 예보 정확도에 미치는 영향 평가 ... 118
• 제2절. 구름지역 적외 초분광 센서 관측자료 활용을 위한 구름 변수 산출 기법 개발 ... 118
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 119
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 122
• 제8장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 123
• 제1절. 기술적 위험 요소 분석 ... 123
• 제2절. 안전 관리 대책 ... 123
• 제9장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 124
• 제10장. 참고 문헌 ... 125
• 끝페이지 ... 127