초록 ▼

연구의 목적 및 내용
이 과제의 목적은 앙상블 자료동화 기법을 개발하고 개발한 앙상블 자료동화 기법을 고해상도 수치모형에 적용하여 한반도의 악기상 발생과 이에 수반된 강수의 예측 정확도를 향상시키는데 있다. 최근 기후변화에 의한 악기상의 강도 및 빈도가 증가함에 따라 기상재해에 의한 피해는 증가하고 있다. 따라서 한반도의 강수량 예측 수준을 높일 수 있도록 자료동화 분야의 연구가 필요하다.
연구 결과는 국민/국가복리 및 보호(기상재해 저감)와 산업 활동 증가(농수산, 제조업, 교통, 통신, 항공, 우주 등의 생산)에 기여

연구의 목적 및 내용
이 과제의 목적은 앙상블 자료동화 기법을 개발하고 개발한 앙상블 자료동화 기법을 고해상도 수치모형에 적용하여 한반도의 악기상 발생과 이에 수반된 강수의 예측 정확도를 향상시키는데 있다. 최근 기후변화에 의한 악기상의 강도 및 빈도가 증가함에 따라 기상재해에 의한 피해는 증가하고 있다. 따라서 한반도의 강수량 예측 수준을 높일 수 있도록 자료동화 분야의 연구가 필요하다.
연구 결과는 국민/국가복리 및 보호(기상재해 저감)와 산업 활동 증가(농수산, 제조업, 교통, 통신, 항공, 우주 등의 생산)에 기여한다.

연구개발성과
단순경험적직교함수를 이용하여 배경장의 물리적 특성을 반영한 배경오차 공분산의 구성 방안을 개발하였고 분석 오차 비교를 통해 검증하였다. 집중호우 사례에 대해 앙상블 자료동화 실험 및 변분 자료동화 실험을 수행하였고, 각 실험결과를 비교 및 분석하여 앙상블 자료동화 기법의 개선 가능성을 확인하였다.
중규모 수치 모형 WRF를 이용한 회귀적 최적 내삽법 자료동화 실험을 통해 앙상블의 규모에 따른 배경오차 공분산의 구조를 분석하고 관측망의 구성에 따른 수치모의 결과를 분석하여 해당기법을 검증하였다. 차원 감소 형태의 회귀적 최적내삽법에서 잔여공간에 해당되는 배경오차 공분산의 모수화를 적용하여 해당기법의 예측능력을 개선하였다. 연동 가능한 앙상블 자료동화 모형인 DART에 적용하기 위해 한반도 집중 호우사례에 대해 DART의 구조를 분석 및 자료동화 실험을 수행하였다. 집중호우 사례에 대해 앙상블 자료동화 실험을 수행하였고, 각 실험 결과를 비교 및 분석하여 앙상블 자료동화 기법의 개선 가능성을 확인하였다. 차세대 수치 모형 MPAS를 이용하기 위해 한반도 중심의 보르노이 격자를 만들어 사례분석을 하였다. 개발한 새로운 칼만필터 방식을 WRF 전구모형에 적용하여 단일 관측지점 자료동화실험을 수행함으로써, 칼만 필터를 전구모형에 실무적으로 활용할 수 있으며 이를 통하여 중기예보의 예측성을 향상시킬 수 있는 가능성을 확인하였다

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
한반도 지역의 중규모 악기상의 발생 및 발달에 대한 이해를 높이고 강수 예측능력 향상을 통해 이들에 의한 피해를 줄여 경제, 사회의 발전에 기여한다.
독자적인 자료 동화 기법의 개발을 통해 해당 분야의 국제적 경쟁력을 증진한다.
개발한 자료동화 예측시스템은 수자원, 환경, 농수산 등의 응용분야에 기반기술을 제공한다. 자료동화 기법의 개발과 응용 결과는 우수 논문 및 학술 발표를 통해 과학기술의 진보와 교육에 기여한다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
This proposal aims at developing the ensemble data assimilation algorithm and applying to the high-dimensional numerical model to improve the forecast skill of the severe weather and the precipitation amount. The intensity and frequency of the severe weather caused by the clima

Purpose & Contents
This proposal aims at developing the ensemble data assimilation algorithm and applying to the high-dimensional numerical model to improve the forecast skill of the severe weather and the precipitation amount. The intensity and frequency of the severe weather caused by the climate change are increased recently. This tendency can lead to increase weather-related disasters. Thus, the study of data assimilation is needed to improve the forecast accuracy of the heavy rainfall over the Korean Peninsula. Society welfare (natural disaster prevention and productive socioeconomic activity) and diverse industrial activity (agriculture, fishery, manufacturing, transportation, communication and space sciences) are benefited from improved outcomes of this research.

Results
Simplified Empirical Orthogonal Functions have been introduced as a way of improving interpretation and yielding simpler, more regional, and physically believable patterns than EOFs. The new method for estimating the background error covariance is developed by using the characteristics of SEOFs and verified through the analysis error. The reduced-rank ROI has been verified through the numerical experiments by the ensemble size and the various observation networks. The parameterization for the trailing mode of background error covariance can solve the underestimation problem. Ensemble data assimilation experiment and variational data assimilation experiment are conducted for a heavy rain case over the Korean peninsula and each result of experiments is analyzed.

Expected Contribution
Enhance the understanding of the occurrence and development of mesoscale severe weather in the Korean peninsula. Reducing the damage caused by the severe weather through the improved ability to predict rainfall contributes to the development of economy and society. Through the development of proprietary data assimilation techniques to enhance the international competitiveness of the sector. Developed data assimilation and the forecasting system provide the underlying technology for applications such as water, the environment, Agriculture and Fisheries. Development and application of data assimilation techniques contribute to the advancement of science and technology through academic papers.

( source : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• TABLE OF CONTENTS ... 6
• 목차 ... 7
• LIST OF FIGURES ... 8
• LIST OF TABLES ... 10
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 11
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 14
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 17
• 제1절 관측자료 동화를 위한 칼만 필터의 적용 실험 ... 18
• 1. 연구 개요 ... 18
• 2. 연구 방법 ... 21
• 3. 연구 결과 ... 23
• 제2절 회귀적 최적 내삽법 알고리즘의 검증 및 개선 ... 35
• 1. 연구개요 ... 36
• 2. 연구 방법 ... 38
• 3. 연구 결과 ... 44
• 제3절 앙상블 자료동화법 개선을 위한 동화 모형(DART) 도입 및 차세대 수치 모형과의 연동 ... 50
• 1. 연구 개요 ... 50
• 2. 연구 방법 ... 52
• 3. 연구 결과 ... 55
• 제4절 국지화(Localization) 및 팽창(Inflation) 기법의 개발 및 검증 ... 61
• 1. 연구개요 ... 62
• 2. 연구방법 ... 63
• 3. 연구 결과 ... 64
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 69
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 73
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 74
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 75
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 76
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 77
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 79
• 제11장. 기타 사항 ... 80
• 제12장. 참고 문헌 ... 80
• 끝페이지 ... 85