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환경위성탑재체의 복사 자료동화를 위한 채널 선택 예비 실험
이예본,박선기 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer(GEMS)는 동아시아 대기오염 물질의 정보를 제공하고 실시간 모니터링을 수행하기 위해 2020년 2월에 발사된 Geo-KOMPSAT-2B의 탑재체 중 하나이다. GEMS는 300-500nm를 0.2nm 간격으로 관측하여 천 개 이상의 채널 관측을 제공한다. 이렇게 막대한 양의 관측 정보가 제공될 경우 전체 채널을 자료동화에 사용하는 대신에 정보량(information content)이 높은 채널을 선택적으로 사용하는 것이 데이터의 보관 및 자료 동화에 효율적이다. 따라서 본 연구에서는 GEMS의 효율적인 복사 자료동화를 위하여 채널 선택 예비 실험을 수행하였다. 정보량이 높은 채널을 선정하기 위해 신호 자유도(Degrees of Freedom for Signal; DFS)를 성능 지수로 사용하였다. 복사 관측의 동화를 위해 지역 규모 기상-화학 결합 모델인 Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry (WRF-Chem)과 앙상블 기반 자료동화 기법인 Maximum Likelihood Ensemble Filter (MLEF)를 사용하였다. MLEF에서 DFS 계산 시 앙상블 부분 공간(ensemble subspace)에서 계산되기 때문에 흐름-의존적 예보 오차 공분산을 반영하고 상대적으로 적은 차원(dimension)에서 계산할 수 있다. 본 예비 실험에서는 310-326nm의 일부 채널을 사용하여 DFS를 계산하였고, 채널마다 분석장에 미치는 영향이 다름을 확인하였다. 따라서 본 연구의 채널 선택 방법을 GEMS의 전체 채널에 적용하여 최적의 채널 조합을 선정한다면 효율적인 데이터의 보관 및 자료 동화에 도움이 될 것으로 기대된다.
이승연,이예본,임수정,이원영,박선기 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
기상/기후 모델의 예측성 향상을 위해서는 지면-대기의 상호 작용을 잘 모의할 수 있는 예측 시스템이 필수적이다. 지면 모델에서 모의하는 식생 관련 변수(예; 잎면적지수, 거칠기 길이)들은 하층대기의 잠열 순환 및 하층 대류에 영향을 미친다. 본 연구에서는 Noah Land Surface Model(Noah LSM)의 잎면 적지수 모의 결과와 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) 위성 관측 자료의 잎면적지수를 비교하여 그 모의 성능을 진단한다. 그 결과 기존 Noah LSM의 잎면적지수는 지면 유형과 관계없이 겨울철 최솟값을 과대모의 한다. 이를 향상하기 위해 지면 유형에 따른 Noah LSM with multiple parameterization options(Noah-MP)의 월 평균값을 사용하여 잎면적지수를 모의한 결과 과대모의하는 경향이 사라지고, 계절적 변화주기와 변동폭이 실제 관측자료의 값과 유사해 지면서 잎면적지수 모의가 개선되었다. 더 나아가 MODIS 위성관측자료의 지면유형에 따른 잎면적지수 최솟값과 최댓값을 Noah LSM에 잎면적지수 계산에 적용한 모의결과를 함께 보임으로써 Noah LSM 잎면적지수 모의에 적합한 방법을 제시한다. 이 연구는 차후 지면-대기 모델 모의 개선에 도움이 될 것으로 기대된다.
산사태 조기경보 시스템 구축을 위한 Noah LSM 기반 토양수분 추정과 관련 모수의 변경 실험
이원영,이예본,이승연,임수정,박선기 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
토양수분은 산사태 발생의 예측을 위해 중요한 요인이다. 토양 층위별 토양수분에 대한 정보는 관측 지점이 희소하기 때문에 Noah LSM과 같은 지면모형을 활용한 토양수분의 추정이 반드시 필요하다. 산사태 조기경보시스템의 구축 시에 토양수분 자료를 강우자료와 함께 활용한다면 산사태의 경계와 심각 수준의 경보 기준 마련에 도움을 줄 수 있다. 본 연구는 농업기상관측망(춘천)의 토양수분 자료를 관측 자료로 활용하였고, Noah LSM의 토양수분 관련 모수를 연구지역의 주요 토양 토성인 사양토와 양토에 대해서 실험을 수행하였다. 규준 실험에서는 Noah LSM의 토양수분 추정 결과 여름철(5월-10월) 토양수분이 겨울철(11월-4월) 토양수분에 비해 피어슨 상관계수가 높고, 평균제곱근오차가 낮게 나타났다. 본 연구에서는 Kishné et al.(2017)에서 개선한 토양수분 모수가 기존의 Noah LSM에 비하여 어떠한 개선이 나타났는지에 관하여 살펴보았다. 뿐만 아니라 적설깊이와 연관된 적설밀도의 최적화를 통한 모수값의 개선이 겨울철 토양수분의 변화에 관측 자료와 비교하여 개선 여부를 확인하였다. 최종적으로 Kishné et al.(2017)의 토양수분 모수 개선 내용과 적설 밀도와 관련하여 개선된 모수를 모두 활용한 토양수분 모의 결과와 연구지역의 연도별 토양수분의 변화 특성을 확인하기 위하여 농업기상관측망의 토양수분 자료를 비교분석하였다. 본 연구에서 개선한 토양수분 모의 자료는 누적강우량과 토양수분을 동시에 고려한 2차원 베이지안 방법을 활용하여 산사태 조기경보시스템의 경계 기준과 심각 기준의 설정에 활용될 수 있다.