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관측지진기술 지원 및 활용연구(1)해양기상 관측기술 및 예측시스템 개발 및 활용
Research for the Meteorological and Earthquake Observation Technology and Its Application (I) Development and Application of the Marine Meteorological Observation Method and Prediction System

  • 과제명

    관측·지진기술지원및활용연구

  • 주관연구기관

    국립기상연구소

  • 연구책임자

    류상범

  • 참여연구자

    김영아   임병환   장필훈   박종숙   엄현민   조영순   전혜원   장효석   김민석   김지혜   조형준   ...  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2012-12

  • 과제시작년도

    2012

  • 주관부처

    기상청

  • 사업 관리 기관

    국립기상연구소

  • 등록번호

    TRKO201300030423

  • 과제고유번호

    1365001444

  • DB 구축일자

    2013-12-21

  • 초록 


    Ⅳ. Research Contents and Results
    1. Development of global ocean monitoring and prediction systems
    The National Institute of...

    Ⅳ. Research Contents and Results
    1. Development of global ocean monitoring and prediction systems
    The National Institute of Meteorological Research (NIMR) has participated in the international ARGO2) program for the purpose of establishing global ocean monitoring network since 2001, and it has deployed a total 153 Argo floats in the East Sea and the North Pacific Ocean as of December 2012. In 2012, using an ice-breaking ship "Araon" in the Korea Polar Research Institute, NIMR deployed 10 and 5 floats in the East Sea and in the southeastern region of Kamchatka peninsula respectively. As NIMR operates regional ARGO data assembly center, real-time quality controlled 2,451 profiles were distributed to the global ARGO data assembly center (GDAC) during 2012. In case of delay mode quality control, more than 70% of target profiles were processed and also distributed to the GDAC. This year, NIMR contributed about two percents to the global ARGO data distribution.
    Based on the ARGO profiling data, gridded temperature and salinity fields for the North Pacific Ocean were produced by using 2-dimensional optimal interpolation. For this, collected daily Argo data are quality controlled by using Regionally Adapted Quality Control (RAQC), and then a visual inspection is done. The gridded monthly data cover 8-year period (2004~2011), and the dataset has 1° × 1° resolution in the horizontal and 23 layers in the vertical.
    The 8-year averaged ARGO gridded data are compared with climatology, World Ocean Atlas 2001 (WOA01). In general, surface temperature reveals the difference of about 0.2 ~ 0.6 ℃, and the difference of 0.1 psu in salinity field is shown in the central Pacific Ocean. This is because ARGO gridded data still could not interpret decadal variability due to the data duration. Another reason considered is that a recent warming trend is included in ARGO data. NIMR has a plan to provide the dataset, which could be widely used in various fields, for example a scientific researches on the upper ocean variability and educational uses.
    In order to produce ocean initial fields for the KMA's seasonal prediction system (KMA-GloSea5), NIMR develops a global ocean circulation modeling system through the co-operation with Met Office. This year, real-time observational data (e.g., in-situ temperature and salinity profiles, satellite observed sea surface temperature, sea surface height and sea-ice data) are investigated to construct pre-processing system for the ocean data assimilation. In addition, we applied the NEMO/NEMOVAR, pre-operational version of global ocean circulation models at Met Office, to the CRAY machine at KMA and preformed a short-range hindcast simulation. Based on the modeling results, we continuously assess the global ocean circulation modeling system at KMA.
    2. Study on the improvement of the marine wind wave and tide/surge prediction system
    1) The improvement and verification of the coastal wave prediction system
    The accurate marine meteorological information is required for the maritime industry and human activity increase. So, in order that the previous coastal wave prediction system can be utilized for forecast service, the prediction system suited for the forecast area by each RMA(Regional Meteorological Administration) is developed. The system has been tested by operating in real time since September 2011. We has verified the data from moored buoys in KMA, compares with operation system. The coastal wave prediction system for RMA has a similar tendency to the regional coastal waves prediction system and coastal wave prediction. Generally, this system has tendency to the negative bias, and this tendency in yellow sea clearly appear than Eastern sea.
    For the system improvement, we carry out the optimization of operation system, and has the effect to reduce the execution time above 80%. Also, for the forecast lead time, forecast time is extended for up to 72hour. We will look forward to increase the forecast applicability by extending the forecast time and improvement of model display beside previous coastal wave prediction system.
    2) The based study for operation of multi-grid wave prediction system.
    We implements the based study about new version for performance improvement and efficient operation of wind wave prediction system.
    WAVEWATCH III(version 3.14) that is fully two-way interaction with multi-grid has been built in Supercomputer No. 3. By way of showing an example, the two-way grid system for the global and regional domain is developed, and analysis the typhoon 'Bolaven' in 2012.
    In the event of typhoon 'Bolaven', significant wave height of multi-grid system is higher than regional wave prediction system(RWW3). It is found that energy spectrums is transferred from the open sea due to two-way interaction between regional and global domains. The coastal wave prediction system (CWW3) using one-way nesting is different about direction and magnitude of
    swell.
    3) Operation and verification of Coastal Tide/Storm Surge Model
    National Institute of Meteorological Research (NIMR) has been operating
    Coastal Tide/Storm Surge Model (CTSM) that has horizontal grid of about 1km (1/120°). In 2010, model for Gangwon (CTSM_GAWN) and Busan (CTSM_BUSAN) had been developed and in 2011, model for Gwangju (CTSM_GWNJ), Daejeon (CTSM_DAJN), and Jeju (CTSM_JEJU) had additionally been developed and these models are under test run since the completion of the model set up. The model results is shown in intranet (http://172.29.101.152/~ocean2/MML_surg_main.html). In this report, the model's performance test is done by comparing model results with the operational storm surge model (RTSM) results for the test period of 13 month (Sept. 2011 ~ Sept. 2012).
    By comparing the model with the operational one, bias and RMSE results show minor difference and generally showed similar results. Depending on the regional model, there are stations where RTSM shows good results in bias and RMSE and there are stations where CTSM shows good results but their differences were not big. However, for the typhoon period , bias and RMSE results from CTSM_GWNJ and CTSM_GAWN was smaller than that for RTSM and for other areas, vice versa was true. Performance test with forecasting time was also done. Bias and RMSE according to forecasting time (12,24,36,48 hours) were compared and the result showed that generally, bias and RMSE was small in accordance with low forecasting time. Monthly bias and RMSE variation for four stations (Boryung, Busan, Seogwipo, Uleungdo) generally shows that
    negative bias was significant and it shows greater negative bias in summer and winter and in spring, bias tends to be small either in positive or negative direction. Also, RMSE shows that the value becomes big for winter and summer and small in spring and its variation shape resembles that of sine function. In 2012, bias and RMSE results were big due to effect of numerous typhoons which attacked the Korean peninsula.
    Generally, throughout the performance test, CTSM and RTSM showed similar predictive power and characteristics. With the use of high resolution grid and the use of typhoon parameter model for higher accuracy in model input during typhoon period, the model prediction power is believed to improve in the future.
    3. Study on Northeast Asia ocean circulation prediction system
    1) Composition and verification of ocean circulation prediction system
    In July 2012, National Institute of Meteorological Research (NIMR) has been operating Northeast Asia ocean circulation prediction system. This study introduced composition and operation processes of it and showed the results performed utilizing it. Seasonal spatial distribution of surface sea temperature are analyzed using NOAA OI Daily SST data. The model reproduced well seasonal distribution of cold and warm current and seasonal change. There were a great bias values around northeast sea of Japan due to overshooting of the model.
    However there was no big difference between results of the model and observation in the seas surrounding Korea peninsula.
    2) Study on ocean response by passing typhoon
    Change of temperature and salinity by typhoon Bolaven(1215) was analyzed for examining daily change. Sea surface cooling occurred as the typhoon passes, especially intense sea surface cooling was produced on right of moving direction of the typhoon. After the typhoon passed in the west sea, sea surface cooling was showed in most west seas. According to analysis of vertical distribution of temperature, intense sea surface cooling was produced in the seas that have colder waters than surrounding waters. It is due to vertical mixing of colder water induced by the typhoon. Increase of salinity as well as sea surface cooling was simulated. The salinity did not increase greatly at the most seas, because distribution of low salinity water was not large. The simulation results were compared with buoy data at Marado station for verifying whether the model simulates well the change occurred by passing the typhoon. Sea surface cooling simulated agreed with almost all of it calculated by observation data.
    The model also reproduced well the part in which sea surface cooling continues for several days due to inertia after the typhoon passes.
    4. Development of Costal Inundation Forecast System
    National Institute of Meteorological Research (NIMR) has developed a model to forecast storm surge and has been using the results in prediction of the coastal disaster to minimize its damage by inundation from storms and typhoons. Recently, due to rapid growth of storm and typhoon intensity, there are frequent flooding in coastal low lands, major habitats, and coastal facilities which caused increasing need for quantitative forecast information for inundation areas. NIMR has developed and has been operating coastal inundation model since 2010. In 2011, display system for Busan, Changwon area had been done and for Mokpo, Yeosu, and Gwangyang detailed altitude data had been updated.
    In 2012, additional display system for Mokpo, Yeosu, Gwangyang, and Gunsan had been set up. From July 2012, coastal inundation model had been used as quasi-operational model for forecasting surge and inundation and it had been applied to numerous typhoons (Khanun, Tembin, Bolaven, Sanba). In this report, improvement in quasi-operational coastal inundation model is assessed and model results during typhoon period have been analyzed.
    For the verification of coastal inundation model, tide observation data for May and June are used. For most stations in western and southern coast, relatively high index of agreement (IoA) had been shown but for stations in eastern coast, low IoA were shown. Coastal inundation system had been used in monitoring and forecasting for typhoon periods. Tide observation data was used to verify the system for July, August, and September and the results show that for July and August, positive bias was significant and negative bias was significant for September. Average IoA was found to be relatively poor, slightly over 0.8, and it is thought that the input data for the model which is from numerical weather forecast system underestimates the sea surface wind and mean pressure. For accurate forecast, typhoon parameter model should be used during typhoon period so that the input data is not underestimated. In case the typhoon's path follows the western coast or in case of high tides, display system for Incheon and Pyeongtaek will be set up in the future.
    5. The base study on atmosphere and ocean interaction in the Yellow Sea
    Though it is important to understand atmosphere and ocean interaction in the Yellow Sea which is located to the west of Korean Peninsula where dominates westerly moving extra-tropical weather system, it is difficult to obtain observation data. In this study, the sea surface temperature obtained from the in-situ data operated by KMA was analyzed and compared with high resolution satellite-based NGSST(New Generation Sea Surface Temperature) data. The observation points are Deokjoekdo and Chilbaldo of buoys and Seosudo and Gadaeam of beacons(Fig. 8). The comparison results of daily climatological SST during the period of 2003-2010 showed that the difference was larger in summer(Fig. 9). The one of the reasons caused the difference was the increase of frequency of fog occurrence in summer in this region. It was also clear that the difference was existed according to the observational points during the same season.
    Weather records were examined to find the temporal relation of fog occurrence between Incheon and four light house observatories, Socheongdo, Palmido, Seonmido and Budo, near Kyunggi Bay from May to July during the period of 2005-2007. The time of fog occurrence in this region was closely related to each other and almost simultaneous. There was not any fog events which were observed alone in Incheon. Furthermore, when the fog occurred, there was a tendency of the increase of wind speed and the frequencies of southern or south-western directional winds. This means the fog events in this region were increased when the stronger south or southwestern winds prevailed above the colder surface of the neighboring sea of Incheon with the advection of warm and highly humid air resulted in the seasonal change.
    6. Development of the 3D visualization system for displaying the global environment (EarthOn)
    Since 2011, National Institute of Meteorological Research (NIMR)/Korea Meteorological Administration (KMA) has been developing the 3D global visualization system (EarthOn). The purpose of this project is to develop a various sized, global display system that uses computers and video projectors to display planetary data onto the outside of a sphere, analogous to a giant
    animated globe. We are developing the system as a research and educational tool to describe the global environmental processes of the Earth. Dynamic, animated images of atmosphere, oceans, and land of a planet can be shown on the sphere, which is used to explain the complex environmental processes in a way that is simultaneously intuitive and captivating.
    We have developed a portable and standard systems using for the development and demonstrations. The sphere can be various sizes from 40cm to 3m up to place to install. The visualization system is designed as a way to explore global environmental data using many visualization techniques, for instance, UV mapping, anti-aliasing, mipmap, OpenGL, soft-edge, and mesh warping. The images and videos need to be plotted on an Equatorial Cylindrical Equidistant
    (ECE) projection. An ECE projection is commonly referred to as a simple lat/lon grid, where the image is twice as wide as it is high. A well-crafted visualization will provide not only a research tool but also a unique and powerful teaching one when it combines with the narration and supporting educational material. Therefore, the global visualization system can be available to any institution, such as universities, science centers, and museums.


    Ⅳ. 연구 내용 및 결과
    1. 전지구 해양환경 변화 감시 및 예측시스템 개발 연구
    국립기상연구소는 전지구 해양감시망 구축을 목적으로 하는 국제 ARGO1) 공동연구에 2001년부터 참여하여 2012년 12월 현재까지 총 ...

    Ⅳ. 연구 내용 및 결과
    1. 전지구 해양환경 변화 감시 및 예측시스템 개발 연구
    국립기상연구소는 전지구 해양감시망 구축을 목적으로 하는 국제 ARGO1) 공동연구에 2001년부터 참여하여 2012년 12월 현재까지 총 153기의 ARGO 플로트를 동해와 북태평양 일대에 투하하였다. 2012년도에는 극지연구소 쇄빙선 “아라온”을 이용하여 동해와 캄차카반도 동남해역에 각각 10기와 5기의 플로트를 추가로 투하하였다. 또한, 지역 ARGO 자료센터를 운영하며 실시간 품질관리를 거친 총 2,451개의 프로파일 자료를 전지구 ARGO 자료센터에 전송하였고, 지연모드 품질관리의 경우, 대상 프로파일의 70%이상을 처리하였다. 당해연도 국립기상연구소는 전세계ARGO 자료분배에 대해 약 2%의 기여를 하였다.
    이러한 ARGO 플로트 자료를 이용하여 보다 효과적으로 해양환경 변화를 분석하고자 당해연도에는 북태평양 ARGO 플로트 자료를 격자화하는 연구를 수행하였다. 2004년부터 2011년까지의 일별 자료에 대해 추가적으로 품질관리 처리를 하여자료의 질을 향상시켰으며, 최적내삽법을 통해 수평으로 1° × 1° 연직으로 23개층의월별 수온·염분 격자자료를 생산하였다. 8년 평균한 격자자료를 World Ocean Atlas 2001(WOA01)의 기후장과 비교한 결과, 표층수온은 약 0.2∼0.6℃의 양의 bias를 보였으며, 염분은 북적도 해류가 둘러싸는 고염분 수괴에서 약 0.1∼0.2 psu의 차이가 나타났으나 전반적으로 큰 차이는 없었다. 수온에서의 차이는 격자자료가 아직 10년 변동주기를 해석하지 못하는 점과 WOA01 자료에 비해 최근의 ARGO 플로트자료에 warming trend가 반영된 결과로 사료된다. 또한, 연별 수온 및 염분 격자자료를 살펴본 결과, 북태평양에서의 엘니뇨·라니냐와 같은 장기 변동성을 확인할 수 있었다. 향후, 본 자료를 통해 북태평양 해양상층부의 장기변동성을 이해하는데 크게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
    기상청 계절예측시스템의 해양초기장 제공을 위해 국립기상연구소는 영국기상청과의 공동연구를 통해 전지구 해양순환 예측시스템을 개발하고 있다. 당해연도에는 영국기상청의 현업 단기 해양순환 예측시스템의 해양순환-해빙결합 모델 및 해양자료동화(NEMOVAR)을 도입하여 기상청 슈퍼컴 3호기에 설치하는 사업을 수행하였고, 장기적으로 해양자료동화(NEMOVAR)를 개선하는 국제공동연구를 추진하기 위해 해양자료동화 기법 및 영구기상청의 개선현황을 파악하였다. 또한, 해양 관측자료 전처리시스템의 개발을 위해 자료동화를 위한 실시간 해양관측자료를 파악하였고, 기본적인 과정을 설계하였다. 끝으로 기상청 슈퍼컴 3호기에 설치된 예측시스템을 이용하여 단기 hindcast simulation을 통해 산출된 결과물을 분석하였고, 이러한 결과를 바탕으로시스템의 검증을 지속적으로 수행하고 있다.
    2. 해양 파랑 및 폭풍해일 예측시스템 개선 연구
    1) 지방청 관할 해역별 국지연안 파랑 예측시스템 검증 및 개선
    해상산업 및 활동의 확대로 인하여 정확한 해상기상정보에 대한 요구가 증가하였고, 기존의 국지연안 파랑 예측시스템의 예보 활용을 위해서 지방청별 예보 영역에 맞춘 해양 기상 예측 시스템 개발이 대두되었다. 2011년 9월부터 지방청별 국지연안 파랑 예측시스템을 시험운영하면서 시스템의 안정성에 대한 검증이 완료되었다. 시험운영 결과를 이용하여 관측값과의 검증을 수행하였고, 현업 결과와 비교하
    였다.
    현업으로 운영되고 있는 지역 파랑 예측시스템과 국지연안 파랑 예측시스템과 비슷한 검증 결과를 보이고 있으며, 대체로 관측값에 비해 과소 모의하는 경향을 보이고, 그러한 경향은 서해보다 동해에서 좀 더 뚜렷이 나타났다. 본 시스템이 현업으로 운영이 되기 위해서 시스템 최적화 작업을 수행하여 80% 이상의 수행 시간단축 효과를 얻었으며, 파랑 예측 시스템의 예보시간 연장에 대한 요구 및 필요성이 대두되어 +72시간까지 예보시간을 확장하여 현재 운영을 하고 있다. 따라서 기존의 국지연안 파랑 예측시스템에 비해 영역 및 예보시간이 확대되고, 시각적인 편의를 위한 그래픽이 개선되면서 앞으로 해상 예보의 활용도가 더욱 증대할 것으로기대된다.
    2) 다중 격자 파랑 예측시스템 운영을 위한 기반연구
    현재의 8개의 현업 모델에 대한 효율적인 파랑 모델 운영 및 모델 성능 향상을 도모하고자 새로운 버전에 대한 기반연구를 수행하였다. 다중 격자 구조가 가능한 최신의 파랑 모델(WAVEWATCH III ver.3.14)을 슈퍼컴퓨터 3호에 구축하였고, 시범적으로 전지구와 동북아시아 영역에 대한 2중 격자 구조로 모델을 수행하여 금년 발생한 태풍 ‘볼라벤’의 사례에 대하여 분석하였다.
    태풍 사례만 살펴보았을 경우, 다중 격자 구조의 파랑 모델이 RWW3에 비해서 유의파고의 값이 크게 나타나며, 전지구 영역과의 쌍방향 자료 교환을 통하여 외해로부터 지속적으로 에너지가 전달되는 것을 확인 할 수 있다. one-way nesting 방식의 지방청 관할 파랑 예측시스템과의 2차원 파랑 에너지 스펙트럼 분석 결과, 장주기파의 이동 방향 및 크기면서 차이를 보여 이에 대한 면밀한 분석이 요구된다.
    3) 지방청별 국지연안 폭풍해일 예측시스템 운영 및 검증
    기상청에서는 수평격자 약 1km(1/120°)를 갖는 국지연안 폭풍해일 예측시스템(CTSM)을 개발하여 운영하고 있다. CTSM은 2010년 강원청 모델(CTSM_GAWN)과 부산청 모델(CTSM_BUSAN)을 시작으로 2011년에 광주청 모델(CTSM_GWNJ), 대전청 모델(CTSM_DAJN), 제주청 모델(CTSM_JEJU)의 구축을 완료하여 현재 시험 운영 중에 있다. 각 지방청별 모델 결과는 내부인트라넷 (http://172.29.101.152/~ocean2/MML_surg_main.html)에서 확인할 수 있다. 본 보고서에서는 시험 운영 중인 모델을 현업 시스템과 비교 분석하여 모델의 성능평가를 수행하였으며 평가기간은 2011년 9월부터 2012년 9월까지 약 13개월로 하였다.
    현업모델인 RTSM과 비교하여 bias와 RMSE를 살펴본 결과 두 모델의 예측성능은 큰 차이가 없는 것으로 나타났고 전반적으로 bias나 RMSE가 같은 성향은 보였다. 지방청 모델에 따라 계절별 bias나 RMSE가 RTSM이 좋은 결과를 보이는 검조소도 있고 CTSM이 좋은 결과를 보이는 검조소도 있지만 그 차이가 미비하였다. 다만 2012년 여름철에 다수의 태풍 내습시 CTSM의 bias와 RMSE가 RTSM의 bias와 RMSE보다 낮거나 혹은 비슷한 값을 보이는 모델이 있었고 (CTSM_GWNJ, CTSM_GAWN) 그 반대인 경우도 있었다. 예보시간별 성능도 평가해 보았다. 예보시간(12, 24, 36, 48시간)에 따른 bias와 RMSE 값을 살펴본 결과 전반적으로 예보시간이 낮을수록 bias와 RMSE 값이 작은 것을 볼 수 있었다. 월별 bias와 RMSE의 변화추이를 4개 검조소(보령, 부산, 서귀포, 울릉도)에 대하여 살펴보았는데 전체적으로 음의 bias가 두드러지게 나타나며 여름과 겨울철에 강한 음의 bias를 보이고 봄철에는 작은 음의 bias를 보이거나 작은 양의 bias를 보였다. RMSE의 경우도 마찬가지로 여름과 겨울철에 값이 커지고 봄철에 작아지는 싸인 곡선의 형태를 보였다. 2012년 여름철에 다수의 태풍의 영향으로 인해 높은 bias와 RMSE를 보였다.
    성능평가를 수행한 결과 전반적으로 CTSM이 RTSM 모델 결과와 비슷한 성능을 가지고 성향도 비슷한 것으로 평가된다. 추후 고해상도 상세 격자를 사용하고 태풍시 정확한 입력장 사용을 위한 태풍파라미터 모델을 사용한다면 더 나은 결과를 얻을 수 있을 것이라 사료된다.
    3. 동북아시아 해양순환 예측시스템 연구
    1) 시스템 구성요소 및 검증
    본 연구에서는 2012년 7월부터 준현업으로 운영하고 있는 동북아시아 해양순환 예측 시스템의 구성 및 운영과정을 소개하였으며, 이를 활용한 연구를 수행하였다.
    2011년 7월부터 2012년 8월까지의 NOAA OI Daily SST 자료를 사용하여 표층 수온의 계절적 공간분포를 분석하였다. 해양순환 모델이 계절별 한류와 난류의 분포 및 계절별 변동을 잘 모의하고 있음을 보였다. 일본 북동쪽 부근 해상에 모델overshoting으로 인한 큰 BIAS 값이 존재하였으나 한반도 근해를 포함한 주변해역에서는 관측과 큰 차이를 보이지 않음을 통해 해양순환 모델이 해양의 계절적 변동을 잘 모의함을 알 수 있었다.
    2) 태풍에 의한 해양반응에 대한 연구
    계절별 분포 변화뿐만 아니라 일별 변화를 살펴보기 위해 태풍 볼라벤(1215) 통과에 따른 수온 및 염분의 변화를 분석하였다. 태풍 통과함에 따라 해수면 냉각현상이 발생하였으며, 특히 태풍의 진행방향 오른쪽에서 더 강한 수온 냉각이 나타났다.
    태풍이 서해상으로 통과한 후 서해상 대부분에서 수온 냉각이 발생하였으며 수온의 연직분포 분석을 통해 주변보다 차가운 해수가 존재한 해양에 태풍 통과로 인한 혼합으로 인해 강한 해수면 냉각현상이 나타남을 알 수 있었다. 해수면 냉각현상과 함께 염분 상승이 모의되었으나 저염분수 분포가 넓지 않아 대부분 지역에서 큰 염분 상승은 나타나지 않았다. 모델의 결과를 마라도 지점 부이와의 비교하여 태풍에 의한 수온 냉각을 모델이 잘 모의하는지 검증하였다. 태풍 볼라벤 통과로 인한 수온 냉각현상과 태풍 통과 후에도 관성으로 인해 수온 냉각현상이 수일간 지속되고있는 부분을 관측과 비슷하게 모델이 잘 모의하였다.
    4. 주요 항만 범람 예측시스템 개발 연구
    기상청에서는 범람에 의해 발생하는 해안 재해를 최소화하기 위해서 태풍 내습시 폭풍해일에 대한 예측을 수행하여 이를 예보 업무에 활용하고 있다. 최근 들어해안 저지대나 주요 유락시설, 항만 시설의 범람 발생이 빈번하고 태풍의 위력의 커짐에 따라 침수 영역에 대한 정량적인 예측 정보의 필요성이 커지고 있다. 이에 국립기상연구소에서는 2010년부터 항만 범람 예측시스템을 구축, 운영하고 있다.
    2011년 부산, 창원에 대한 표출시스템을 구축하고 목포, 여수와 광양 지역에 대해선 상세한 표고자료를 개선하였다. 2012년에는 주요 항만 중 목포, 여수, 광양, 군산에 대한 표출시스템을 추가하였다. 2012년 7월부터 항만 범람 예측시스템이 준현업으로 예보에 사용되어지고 있으며 태풍 카눈, 덴빈, 볼라벤, 산바에 대하여 적용되었다. 본 보고서에서는 준현업으로 운영 중인 항만 범람 예측시스템의 개선과 2012년한반도 내습 태풍에 대하여 모델 결과를 검증하고자 한다.
    구축된 항만 범람 예측시스템의 검증은 5월과 6월에 관측된 조위자료를 사용하여 검증하였다. 서해와 남해안 대부분의 검조소에 대한 모델 결과는 0.9 이상의 높은 일치지수를 보였지만 동해의 경우 낮은 일치지수를 보이는 것을 알 수 있었다.
    항만 범람 예측시스템으로 2012년 여름에 한반도에 근접한 태풍에 대해 모니터링을 실시, 예보에 활용하였다. 7월, 8월, 9월에 대해 조위자료를 사용하여 검증을 해보았는데 7월과 8월엔 전체적으로 양의 bias가 두드러졌고 9월에 대해선 음의 bias가 두드러지는 것을 확인할 수 있었다. 전체적인 일치지수도 0.8 이상으로 다소 낮게 나왔는데 이는 모델 입력장이 과소모의 되어 바람장과 해면기압을 정확히 모의하지 못하기 때문인 것으로 사료된다. 정확한 범람 예측시스템의 결과 예측을 위해 태풍파라미터 모델이 사용하여 입력장을 개선시키고 태풍이 서해안을 따라 진행하거나백중사리와 같은 고조 상황에 대해 대처할 수 있도록 경기만의 인천, 평택지역을 포함한 해역에 대해서 상세한 표고 정보를 적용할 계획이다.
    5. 서해의 대기-해양 상호작용에 대한 기초연구
    한반도 날씨에 많은 영향을 미치는 황해에서의 대기-해양 상호작용에 대한 기초연구로서 우선 기상청에서 운영 중인 서해의 덕적도, 칠발도 부이와 서수도, 가대암 등표(그림 8) 등 현장관측 자료를 분석하고 2003~2010년 동안의 일평균 해수면온도 자료를 전세계 고해상도 해수면온도 산츨 프로젝트의 일환으로 일본에서 생산된 위성 기반 NGSST(New Generation Sea Surface Temperature) 자료와 비교하였다(그림 9). 관측방법이 다른 두 자료는 하계에 그 차이가 더 커졌는데 이는 황해에서 하계에 해무의 발생이 급증하는 것과 관련이 있었다. 또, 계절에 따른 차이 이외에도 가대암의 여름철 해수면온도 차이가 서수도보다 훨씬 크게 나타나 지역에 따라서도 차이를 보였다.
    경기만 부근 등대인 소청도, 팔미도, 선미도, 부도 네곳에서 관측된 자료를 분석하여 서해상의 안개 발생과 연안 지역인 인천의 안개 발생과의 관련성을 살펴보았다. 2005~2007년의 기간 동안 5~7월 사이 관측된 자료를 분석한 결과 등대 네곳에서 동시에 안개가 관측되는 빈도가 더 많은 것으로 나타났으며 이 때 인천에서도 함께 안개가 발생하는 경향을 보여 서해상에서의 안개 발생과 인천의 안개 발생이 서로 동시적인 경우가 많았다 또, 조사기간 중 등대에서 안개가 관측되지 않았는데 인천에서 안개가 관측되는 경우는 없었다. 한편, 안개가 관측될 때 남풍 또는 남서풍의 바람 빈도가 증가하고 풍속도 함께 증가하는 경향을 보여 황해상에서 하계 안개 발생 증가가 계절에 따른 온난 다습한 공기의 이류와 관련된 이류무의 특성을 보임을 알 수 있었다.
    6. 지구환경 3차원 가시화시스템(지구ON) 개발
    최근 컴퓨터 성능 및 가시화 기술의 발달에 힘입어 전세계 기상관련 연구소들이 자체적으로 가시화시스템을 개발하고 있는 추세이다. 이러한 3차원 표출시스템은 기상, 기후, 지진, 해양, 우주 등 다양한 분야에서 수요가 증가하고 있으며, 이에 국립기상연구소는 연구결과들을 효율적으로 표출할 수 있는 지구환경 3차원 가시화시스템 (지구ON) 개발 사업을 3년 (2011-2013) 계획으로 추진 중이다.
    지구ON은 컴퓨터와 프로젝터 4대를 사용하여 구체 위에 지구환경 자료를 표출하는 3차원 대형 과학적 가시화시스템이며, 지구ON에서 지원하는 자료 형식은 JPEG, PNG, GIF 등의 이미지와 동영상 파일이다. 이미지는 Equatorial Cylindrical Equidistant (ECE) 투영법으로 제작된 것을 사용하며, 가로 세로 비율이 2:1인 직사각형 이미지이다. 입력자료는 경계선 및 경계 부근에 빈 공간이 없이 표출하고자하는 이미지만으로 채워져야 한다.
    2012년에는 직경 173cm의 구체를 이용하여 상설전시를 위한 표준모형을 기상청에 설치하여 시험운영 중이며, 24회의 시연을 통하여 약 37,000여명이 관람을 하였다. 아울러 원활한 사업 추진 및 지적재산권 확보를 위하여 국내 특허를 출원 (제10-2011-0058752호/2011.6.16)하였고, 2012년 1월에 특허가 등록되었다. 그리고 2012년 6월에는 PCT 국제특허 (PCT/KR2012/004919)도 출원하였다.
    2013년 10월 지구ON 개발 완료 후 국내외 과학관, 정부기관, 교육기관 등에 설치를 위한 상업화 및 콘텐츠 산업화 추진을 통하여 기상산업화에 기여함으로써 국가경제 선도에 일익을 담당할 것으로 본다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 연 구 보 고 서 ... 2
    3. 목 차 ... 4
    4. CONTENTS ... 7
    5. LIST OF TABLES ... 10
    6. LIST OF FIGURES ... 11
    7. 요 약 문 ... 18
    8. Summary ... 29
    9. 제 1 장 서 론 ......
    1. 표지 ... 1
    2. 연 구 보 고 서 ... 2
    3. 목 차 ... 4
    4. CONTENTS ... 7
    5. LIST OF TABLES ... 10
    6. LIST OF FIGURES ... 11
    7. 요 약 문 ... 18
    8. Summary ... 29
    9. 제 1 장 서 론 ... 44
    10. 제 2 장 전지구 해양환경 변화감시 및 예측시스템 개발 연구 ... 47
    11. 제 1 절 국립기상연구소 ARGO 플로트 투하 및 운영 ... 47
    12. 1. 서론 ... 47
    13. 2. ARGO 투하 및 운영 ... 48
    14. 3. ARGO 자료관리 시스템 개선 및 자료처리 개선 연구 ... 55
    15. 제 2 절 ARGO 플로트 관측자료를 이용한 북태평양 월별 수온 및 염분 격자자료 산출 ... 59
    16. 1. 연구배경 ... 59
    17. 2. 자료 및 분석방법 ... 61
    18. 3. 북태평양 수온 및 염분 격자자료 ... 65
    19. 제 3 절 전지구 해양순환 예측시스템 개발 기반구축 ... 74
    20. 1. 연구 배경 ... 74
    21. 2. 해양자료동화 개요 및 개선 현황 조사 ... 76
    22. 3. 관측자료 파악 및 전 처리 시스템 기초 설계 ... 78
    23. 4. Hindcast simulation 결과 검증 ... 81
    24. 5. 지구환경 3차원 가시화시스템(지구ON) 개발 ... 83
    25. 제 4 절 결론 및 향후계획 ... 86
    26. 제 3 장 해상파랑 및 폭풍해일 예측시스템 개선 연구 ... 88
    27. 제 1 절 서 론 ... 88
    28. 제 2 절 현업 파랑 예측시스템 운영 및 개선 ... 90
    29. 1. 지방청 관할 해역별 파랑 예측시스템 검증 및 개선 ... 90
    30. 2. 다중 격자 파랑 예측시스템 운영을 위한 기반 연구 ... 104
    31. 제 3절 지방청별 국지연안 폭풍해일 예측시스템 운영 및 검증 ... 112
    32. 1. 서 론 ... 112
    33. 2. 성능평과 결과 ... 113
    34. 제 4 절 결 론 ... 125
    35. 제 4 장 해양순환 및 항만범람 예측시스템 운영 및 검증 ... 127
    36. 제 1 절 동북아시아 해양순환 예측시스템 ... 127
    37. 1. 서 론 ... 127
    38. 2. 시스템 구성요소 및 검증 ... 129
    39. 3. 태풍에 의한 해양반응에 대한 연구 ... 141
    40. 제 2 절 주요 항만 범람 예측시스템 개발 연구 ... 150
    41. 1. 서 론 ... 150
    42. 2. 입력 자료 개선 및 검증 ... 150
    43. 3. 태풍 근접 시 범람 감시 활용 ... 160
    44. 제 3 절 결 론 ... 167
    45. 제5장 서해의 대기-해양 상호작용에 대한 기초 연구 ... 169
    46. 제1절 서론 ... 169
    47. 제2절 해상기상 관측자료 분석 결과 비교 ... 170
    48. 1. 현장 관측자료 분석 ... 170
    49. 2. 위성 기반 관측자료와 비교 ... 172
    50. 제3절 경기만 부근 등대 자료를 이용한 안개 특성 분석 ... 175
    51. 1. 등대 관측자료 분석 ... 175
    52. 2. 조석현상에 따른 수온 변화 ... 177
    53. 제4절 결과 및 토의 ... 178
    54. 제 6 장 결론 ... 179
    55. 참고문헌 ... 185
    56. 해양관측자료를 활용한 자료동화 시스템 개발 (II) ... 190
    57. 전구 SST 예측 및 해빙모형 최적화 연구 ... 302
    58. 해양관측자료 품질관리기술 맟 표출시스템 개선 ... 422
  • 참고문헌

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