2012년 한국기상학회

봄 학술대회 논문집

대기물리분과

Proceedings of Korean Meteorological Society

일 시 : 2012년 4월 19(목)~20(금)

장 소 : 서울대학교

호암교수회관(목련룸)

주 최 : (사) 한국기상학회

대기물리분과

주 관 : 서울대학교

사단법인 한국기상학회

Korean Meteological Society

2012년 한국기상학회

봄 학술대회 논문집

대기물리분과

Proceedings of Korean Meteorological Society

일 시 : 2012년 4월 19(목)~20(금)

장 소 : 서울대학교 호암교수회관(목련룸)

주 최 : (사) 한국기상학회

대기물리분과

주 관 : 서울대학교

	사단법인 한국기상학회 Korean Meteological Society

2012년도 한국기상학회 대기물리분과 봄 학술대회

1. 행사 명칭

❚사단법인 한국기상학회 2012년도 대기물리분과 봄 학술대회

2. 일시 및 장소

❚일자 : 2012. 4. 19(목) ~ 20(금)

❚장소 : 서울대학교

3. 행사 주최 및 주관

❚주최 : 사단법인 한국기상학회

❚주관 : 서울대학교

4. 행사내용

❚한국기상학회 2012년도 대기물리분과 봄 학술대회

❚개회식 윤순창

❚초청강연 염성수(연세대학교)

❚만찬회

※ 첨 부

❚ 2012년도 봄 학술대회 전체 일정표

❚ 2012년도 봄 학술대회 프로그램

※ 학회진행 연락처

❚학 회 장             (윤순창) : 사) 02-880-6717

❚대기물리분과 위원장  (신동빈) : 사) 02-2123-5685

❚사무국장             (김진배) : 사) 02-835-1619

2012년도 대기물리분과 봄 학술대회 일정표

▶ 4월 19일 (목요일)	09:30 ~ 09:50	학술대회 등록 호암교수회관 (목련룸)
	09:50 ~ 10:00	개회식 개회축사 (윤순창, 학회장)
	10:00 ~ 10:30	초청강연 염성수 (연세대학교 대기과학과)
	10:30 ~ 12:00	Session 1 (좌장 : 김상우) 호암교수회관 (목련룸)
	12:00 ~ 13:20	점심
	13:20 ~ 14:35	Session 2 (좌장 : 이권호) 호암교수회관 (목련룸)
	14:35 ~ 16:30	Poster Session
	16:30 ~ 18:00	Session 2 (좌장 : 홍성욱) 호암교수회관 (목련룸)

▶ 4월 20일 (금요일)	09:00 ~ 10:15	Session 4 (좌장 : 이규원) 호암교수회관 (목련룸)
	10:15 ~ 10:30	Coffee Break
	10:30 ~ 12:00	Session 5 (좌장 : 정명재) 호암교수회관 (목련룸)
	12:00 ~ 12:10	폐회식

2012년도 대기물리분과 봄 학술대회 발표 프로그램

	초청강연

●	4월 19일

●	장소 : 호암 교수회관 (목련룸) 좌장 : 신동빈 (연세대학교)

1) 10:00~10:30	유입과 혼합이 구름입자 크기분포에 미치는 영향에 대한 항공 관측 자료 분석                      연구	3

염성수

연세대학교 대기과학과

Session1

●	(4월 19일 10:30~12:00) 좌장 : 김상우 (서울대학교)

●	장소 : 호암 교수회관 (목련룸)

1) 10:30~10:45	기상청 기상레이더센터 현황 및 발전방안	7

양진관, 박종서, 김성헌, 차주완

기상청 기상레이더 센터

2)  10:45~11:00     단파 영역에서의 고해상도 분광 위성을 활용한 에어러솔 고도 탐지 가능성	8

박상서, 김 준, 이한림

연세대학교 대기과학과 지구환경연구소

3) 11:00~11:15	COMS MI 가시광채널을 이용한 에어로솔 광학두께 산출과 Critical reflectance 방법의 적용	9

김미진1, 김 준1, 이재화2

1연세대학교 대기과학과 지구환경연구소 대기복사연구실

2NASA/GSFC – UMCP/ESSIC, Greenbelt, MD 20771, USA

4) 11:15~11:30	동아시아 오염원과 황사 발생에 따른 광흡수 에어로졸의 광학적 기여도	10

이시혜, 윤순창, 김상우

서울대학교 지구환경과학

5) 11:30~11:45	Relationship between soil moisture from microwave remote sensing and frequency of Hwangsa	11

김영미, 오미림

국립기상연구소 지구환경시스템연구과

6) 11:45~12:00	고산기후관측소에서 겨울철에 관측된 초미세입자의 특성: 입자 생성 및 성장 현상	12

김유미, 김상우, 윤순창

서울대학교 지구환경과학부

●	(4월 19일 13:20~14:35) 좌장 : 이권호 (경일대학교)

Session2

●	장소 : 호암 교수회관 (목련룸)

1) 13:20~13:35	Intensity in climate variability derived from the satellite and MERRA temperatures; AO, ENSO and QBO	13

Jung-Moon Yoo1, Young-In Won2, Yu-Ri Lee1, and Soo-Min Oh1

1Dept. of Science Education, Ewha Womans University

2Wyle Is, NASA/GSFC

2) 13:35~13:50	천리안 위성을 이용한 중규모 위성바람장 산출 알고리즘 구축	14

1김소명, 2박정현, 1오미림

1국립기상연구소 지구환경시스템연구과

2서울대학교 지구환경과학부

3) 13:50~14:05	Atmospheric water balances over oceanic regions estimated from satellite, merged and reanalysis data	15

Hyo-Jin PARKand Dong-Bin SHIN

Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University, Seoul, South Korea

4) 14:05~14:20	Intercomparison of Aerosol Optical Depth between CALIOP and MODIS over the Ocean	16

Man-Hae Kim, Sang-Woo Kim, Soon-Chang Yoon

School of Earth and Environmental Studies, Seoul National University

5) 14:20~14:35	변분법과 FGAT방법을 이용한 시간 고해상도 바람장 산출 기법 개발	17

김수경1, 이동인1, Shingo Shimizu2, 정성아1, 정종훈1, Masayuki Maki2

1부경대학교 환경대기과학과

2일본 방재과학기술연구소

Session3

●	(4월 19일 16:30~18:00) 좌장 : 홍성욱 (기상청)

●	장소 : 호암 교수회관 (목련룸)

1) 16:30~16:45	Long term statistics of radar bright band feature fromthe KMA weather   radar network	18

Su-Hyang Lee1, Sung-HwaJung1, GyuWonLee1, YoonjungLee2

Hye-YoungHan2, and Cheol-HwanYou2

1Dept. of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National	University,  Daegu, KOREA(ROK)

2Weather Radar Center, Korea Meteorological Administration, Seoul,	KOREA(ROK)

2) 16:45~17:00	Three-Dimensional Classification of Precipitation Types using Reflectivity from UHF WindProfiler and KMA Weather Radar Networks	19

Sung-Hwa Jung1, GyuWonLee1, Young-AOh1, Su-HyangLee1,

Kwang-DeukAhn2, and Yong-HeeLee2

1Dept. Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University,

Daegu, Korea(ROK)

2National Institute of Meteorological Research, Korea Meteorological                               Administration, Seoul, Korea (ROK)

3) 17:00~17:15	한반도 지상관측자료를 이용한 TRMM V6와 V7 강수자료의 통계적 특성분석

20

김미자, 오미림

국립기상연구소 지구환경시스템연구과

4) 17:15~17:30	A study of rainfall properties within hurricanes from ground-based remote    sensing measurements	21

Dong-Kyun Kim, Yeon-Hee Kim, and Yong-Hee Lee

Forecast research laboratory, National Institute of Meteorological Research, Korea Meteorological Administration 45, Gisangcheong-gil, Dongjak-gu, Seoul, Korea

5) 17:30~17:45	Spatiotemporal Characteristics of Lightning Activity using TLDS Lighting Data and TRMM PR Reflectivity over South Korea, 2002-2008	22

Hong-Mok Park, Sung-Hwa Jung and GyuWon Lee

Dept. of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Daegu, Korea (ROK)

6) 17:45~18:00	한반도 남서해안에서 발달하는 선형의 다중규모 대류시스템의 특성에 관한 연구	23

정종훈1, 이동인1, 장상민1, 박성화1, H. Uyeda2

1부경대학교 환경대기과학과

2HyARC, Nagoya University

Session4

●	(4월 20일 09:00~10:30) 좌장 : 이규원 (경북대학교)

●	장소 : 호암 교수회관 (목련룸)

1) 09:00~09:15	지표해석모델을 이용한 수문기상성분 산출	24

이병주, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

2) 09:15~09:30	고해상도 레이더 면적강수지도 개발 및 검증	25

고혜영, 남경엽, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

3) 09:30~09:45	연구용 X-band 이중편파 레이더를 이용한 남서해안 여름철 강수량 추정

26

강미영, 남경엽, 허솔잎, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

4) 09:45~10:00	Dual-polarimetric rainfall estimation: Effects of radar calibration and sampling frequency	27

Soohyun Kwon,1 Gyuwon Lee1 and Choong-KeLee2

1Dept. Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University

2Han Flood Control Office, Ministry of Land, Transport, and Maritime affairs                      (MLTM)

5) 10:00~10:15	Preliminary Results on Radar Hydrometeorological Study using 2DV Disdrometer Measurements	28

S.-G. Park, Gyuwon Lee, and Soohyun Kwon

Dept. Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook Natl’ University

Session5

●	(4월 20일 10:50~12:20) 좌장 : 정명재 (강릉원주대학교)

●	장소 : 호암 교수회관 (목련룸)

1) 10:30~10:45	Effects of recurvature on typhoon-induced sea surface cooling	29

문일주1, 김민영1

1제주대학교 해양기상학 협동과정

2) 10:45~11:00	CReSS 수치모형을 이용한 국지성 도시 집중호우 사례연구	30

이정태[eqn: {} ^{{} ^{1}}], 이동인[eqn: {} ^{{} ^{1}}], 이근옥[eqn: {} ^{{} ^{2}}], 장상민[eqn: {} ^{{} ^{1}}], 정종훈[eqn: {} ^{{} ^{1}}], H. Uyeda[eqn: {} ^{{} ^{2}}]

[eqn: {} ^{{} ^{1}}]부경대학교 환경대기과학과

[eqn: {} ^{{} ^{2}}]일본 나고야대학교 대기물순환연구센터

3) 11:00~11:15	서울과 인천의 5～7월 사이의 안개 발생 특성과 서해의 영향 고찰	31

김영아

국립기상연구소 지구환경시스템연구과

4) 11:15~11:30	The characteristics of high-PM10 episodes in Seoul, Korea: Case study

(October, 2008)	32

Seungmin Lee and Chang-Hoi Ho

School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul,

Korea

5) 11:30~11:45	COMS와 MTSAT-2에서 산출한 상층수증기량의 상호비교	33

최학림1, 이광목1, 박중현1, 김수진2, 정주용3

1경북대학교 천문대기과학과

2기상청 국가기상위성센터 위성분석팀

3기상청 국가기상위성센터 위성기획팀

6) 11:45~12:00	Impacts of Vicarious Calibration Applied to the Blue Bands of Terra-MODIS on the Deep Blue Aerosol Retrievals	34

Myeong-Jae Jeong1, N.ChristinaHsu2, E.J.Kwiatkowska3, B.A.Franz4, and G.Meister4

1Department of Atmospheric and Environmental Sciences, Gangneung-Wonju	National University, Gangneung, 210-702 Korea

2Earth Sciences Division, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD,	20771  USA

3TEC-EEP, European Space Agency (ESA), ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ	Noordwijk ZH, The Netherlands

4Ocean Biology Processing Group (OBPG), NASA Code 614.2, Goddard Space	Flight Center, Greenbelt, MD 20771, USA

●

Poster Session

●	장소 : 서울대 호암교수회관 (목련룸)

1)   에어러솔 입자 크기분포 산출을 위한 다파장 에어러솔 광학두께 자료의 활용	37

이권호

경일대학교 위성정보공학과

2)	Development of MATLAB version of DISORT for atmospheric research purposes	38

Ukkyo Jeong1 and Jhoon Kim1

1Global Environment Laboratory/Department of Atmospheric Science, Institute of Earth             Atmosphere Astronomy (IEAA), Yonsei University, Seoul, Korea.

3)	강수예측모델의 유역별 면적강수량에 대한 예측성능 분석	39

정진임, 양하영, 고혜영, 남경엽, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

4)	강원지역에 대한 WRF모의 강우량과 COMS위성 및 지표면 관측자료 비교 분석	40

김태명1, 이규태2, 지준범3, 정주용1

1국가기상위성센터 위성기획과

2강릉원주대학교

3국립기상연구소 응용기상연구과

5)	병합기법을 이용한 유역별 최적예측강수 자료산출	41

양하영, 정진임, 고혜영, 남경엽, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

6)	천리안 해양관측위성을 활용한 에어로솔 광학특성 산출	42

최명제1, 김 준1, 이재화2

1연세대학교 대기과학과 대기복사연구실

2NASA / Goddard Space Flight Center, University of Maryland / ESSIC

7)	WRF-CHEM모델을 이용한 에어러솔이 강수에 미치는 영향 분석	43

채상희1, 이근희1, 이철규1, 안광득2, 최영진1

1국립기상연구소 응용기상연구과

2예보연구과

8)	GOSAT TANSO-CAI를 이용한 흡수성 에어러솔 알고리즘 설계	45

이상희, 김 준, 이한림, 정연진, 김우경, 조희구

연세대학교 대기과학과 대기복사연구실

9)	CloudSat 위성을 이용한 열대지역 대류운의 수직구조 분석	46

최민진, 손병주

서울대학교 지구환경과학부

10)	Characteristics of the parameters for passive microwave rainfall estimations inferred from TRMM observation.	47

Hea-Lim Kim, Dong-Bin Shin

Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University

11)	에너지 수지식 기반 실제 증발산량 산출 및 검증	48

박수재1, 오미림1, 한경수2, 이민지2, 김인환2

1국립기상연구소 지구환경시스템연구과

2부경대학교 공간정보시스템공학과

12)	최적의 위성 온습도프로파일 산출을 위한 NIMR 1-DVAR 원형 알고리즘 안정도 비교	49

한현준1, 구태영1, 오미림1, 박경진2

1국립기상연구소 지구환경시스템연구과

2국립기상연구소 응용기상연구과

13)	이중편파레이더를 이용한 대기수상체 분류 사례분석……………………………………………………………	50

허솔잎1, 강미영1, 남경엽1, 고혜영1, 이충기2, 이철규1, 최재천1, 최영진1

1기상청 국립기상연구소

2국토해양부

14)   Effects of two-way grid nesting on ocean wave modeling……………………………………………………51

김민영1, 문일주1

1제주대학교 해양기상학 협동과정

15)	Impacts of river plume on the tropical cyclone intensity:  Idealized plume patch experiments using GFDL-POM coupled model	52

김성훈1, 문일주1, 권석재2

1제주대학교 해양기상학 협동과정

2국립해양조사원 해양조사연구실

16)	Sea level projections using 0.1o high-resolution ocean model in the Northwestern Pacific	53

오상명1, 문일주1, 권석재2

1제주대학교 해양기상학 협동과정

2국립해양조사원 해양조사연구실

17)	위성을 이용한 한반도 주변 해상의 야간 안개 탐지	54

박형민, 김재환, 박주선

부산대학교 대기과학전공

18)	Evaluation of the ozone retrievals from Korean Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS) measurements simulated from OMI	55

박주선, 김재환

부산대학교

2012년 봄 학술대회 논문집

Proceedings of
Korean Meteorological
Society

<2012 기상사진전 장려상작>

초청강연

유입과 혼합이 구름입자 크기분포에 미치는 영향에 대한 항공 관측 자료 분석 연구

염성수

연세대학교 대기과학과

구름입자의 크기분포는 우선적으로 구름응결핵(cloud condensation nuclei, CCN)의 분포와 상승류에 의해 결정된다고 할 수 있다. 구름덩이(cloud parcel) 주위 공기와 혼합을 하지 않는다면 단열 응결성장방정식으로 구름입자 크기분포를 설명할 수 있는데 구름입자 크기가 커질수록 성장속도가 줄어들어 강수입자 크기까지 성장하는데 실제 구름에서 관측되는 것보다 너무 많은 시간이 든다. 이와 같은 이론과 관측의 차이는 1970년대 후반에 구름물리학이 풀어야 할  중요한 문제로 부각되어 많은 연구가 있었으며 주위 공기의 유입과 혼합이 이를 설명할 수 있다는 가설이 제안되었으나 아직까지도  정확히 어떤 메카니즘에 의해 단열 응결성장 보다 빠른 구름입자 성장이 이루어지는지에 대한 이해가 부족하다.

이제까지 제안된 주위 공기의 유입과 혼합에 대한 가설을 요약하면 크게 두 가지로 구분되는데 하나는 유입된 주위 공기와 구름덩이의 혼합이 매우 빠르게 일어난 후 혼합된 구름덩이의 구름입자들이 모두 증발을 경험한다는 가설로서 균질혼합(homogeneous mixing, HM)이라 하며 다른 하나는 유입된 주위 공기가 바로 인접한 구름덩이의 구름입자를 완전히 증발시킨 후 나머지 구름덩이와 혼합한다는 가설로서 비균질혼합(inhomogeneous mixing, IM)이라 한다. 각각의 가설에 따른 구름입자 분포의 변화는, HM의 경우 주위 공기의 혼합에 의한 구름입자 수농도의 감소와 더불어 증발에 의한 모든 구름입자 크기의 감소를 기대할 수 있으며, IM의 경우는 희석과 일부 구름입자의 완전 증발에 의해 구름입자 수농도는 감소하나 나머지 구름입자들은 증발을 경험하지 않으므로 구름입자 크기는 그대로 유지하는 것을 기대할 수 있다.

본 연구에서는 VOCALS (VAMOS Ocean-Cloud-Atmosphere-Land Study) 집중 관측 기간 동안 G-1 비행기로 관측한 칠레 앞 태평양에 넓게 분포하는 층적운의 구름미세물리 자료를 분석하여 과연 어떤 유입/혼합과정이 일어나는지에 대해 조사하였다. 두 번의 3-4 시간 비행으로부터 얻은 자료를 주로 분석하였으며, 1 초 평균(1 Hz), 0.1초 평균(10 Hz), 0.025 초 평균(40 Hz) 자료를 분석하여 평균 규모에 따른 구름미세물리 상관관계의 차이도 분석하였다. 이 지역의 열역학적 구조를 감안하면 IM이 지배적으로 일어날 것을 기대할 수 있으나 분석된 자료는 이를 뒷받침하지 못하는 것으로 나타났다. 자세한 결과는 학회에서 발표할 예정이다.

2012년 봄 학술대회 논문집

Proceedings of
Korean Meteorological
Society

<2012 기상사진전 입선작>

구두발표

기상청 기상레이더센터 현황 및 발전방안

양진관, 박종서, 김성헌, 차주완

기상청 기상레이더센터

호우, 대설, 하천 범람 등 국지적인 기상재해가 급증함에 따라 보다 정확한 고품질의 강수관측에 대한 사회적, 경제적 요구가 급증하고 있다. 이에 기상청은 기상 예·경보의 신속성과 정확성 향상 시킬 수 있는 고부가가치의 레이더 관측 자료를 생산 하기위해 첨단 이중편파레이더 도입, 레이더 테스트베드 구축, 범정부 레이더 공동활용시스템 개발 등 인프라 구축 뿐 만아니라 활용기술개발에 노력하고 있다.

기상청은 2010년 4월에 기상레이더센터를 설립하여 기상레이더 업무의 선진화를 추진하고 있다. 그 첫 번째 주요임무로서 현재 여러 기종으로 구성된 단일편파레이더를 동일 기종의 차세대 이중 편파레이더로 교체할 계획으로 ‘12년부터 '17년 까지 단계적으로 도입하여 모든 기상레이더 사이트에서 운영할 예정이다. 현재 기상청에서 주로 사용하는 단일편파레이더는 목표물의 반사도와 도플러 속도만을 관측한다. 그러나 이중편파레이더는 단일편파레이더의 기능에 추가적으로 눈과 비 등의 대상물의 특성 파악 및 식별이 가능하여 정량적인 강수량을 산출하는데 유리하고, 다양한 관측변수에 의해 스톰 구조분석을 용이하게 함으로서 위험기상 감시능력을 향상시켜 기상 예․경보의 신속성과 정확도를 높일 수 있다. 그러나 이러한 이중편파레이더의 최적 활용을 위해서는 기본적으로 설치지역에 최적화된 이중편파레이더 변수에 대한 임계값산출 등 이중편파레이더 기반기술이 필수적으로 개발되어야한다.

기상레이더의 운영 및 활용기술을 향상시키기 위하여 기상청은 기상레이더 테스트 베드의 설치와 협력연구기관을 지정하여 운영할 예정이다. 또한, 범정부적으로 보다 효율적인 레이더 운영 및 기술 개발을 위해 3개 부처(기상청-국토해양부-국방부)가 공동으로 “범정부 기상-강우레이더 공동 활용 기본계획”을 수립하였다(‘10.11). 이는 현재 기상청 단독으로 관측 할 경우 발생하는 관측사각지대를 해소 할 수 있고 레이더품질관리, 강수량추정시스템 등을 공동 활용할 수 있는 시스템을 개발함으로서 국가 예산절감의 효과도 있을 것이다.

이와 같이 기상청의 개선된 레이더 관측 자료를 기반으로 기상예보의 정확도를 기하고, 수자원관리, 군사작전 및 항공운항 관리로 까지 기상레이더의 활용범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

사  사

본 연구는 기상청 기상레이더센터 주요사업 “기상레이더운영 ”의 일환으로 수행되었습니다.

단파 영역에서의 고해상도 분광 위성을 활용한 에어러솔 고도 탐지 가능성

박상서, 김 준, 이한림

연세대학교 대기과학과 지구환경연구소

에어러솔은 지구대기의 복사수지 변화에 있어서 중요한 요소 중 하나이다. 이러한 이유로 위성과 지상관측을 활용하여 에어러솔의 양과 그 종류를 탐지하는 연구는 과거부터 널리 연구되어온 바 있다. 하지만, 최근 연구 중 하나인 Joseph et al. (2008)에 의하면 대기상한에서의 상향복사는 에어러솔의 양과 그 종류 뿐만 아니라 에어러솔의 고도 분포에 따라서도 변화한다고 연구된 바 있다.

에어러솔의 고도 분포 관측은 LIDAR와 같은 active sensor에 의한 관측에 의해서 이루어졌으며, 지상관측 뿐 아니라 위성관측에서도 active sensor (예: CALIOP)에 의한 관측이 이루어졌다. 그러나 active sensor의 경우, 에어러솔의 고도 분포에 대해서 정확한 관측 자료를 얻어낼 수 있지만, 관측 범위가 매우 좁아 위성관측의 장점 중 하나인 전체적인 에어러솔의 이동 경로와 그 분포 자료를 얻는데 한계가 존재한다. 그러나 최근 들어 Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI) 등 차세대 위성의 알고리즘 개발 연구를 중심으로 위성 자료를 활용한 에어러솔 고도의 산출 연구가 활발히 이루어지고 있다. (예: Sanders et al., 2012)

이번 연구에서는 자외선 영역의 고해상도 분광 자료를 이용해서 대기에서의 산란 경로를 파악하는 관측법 중 하나인 O4의 slant column density의 관측값을 계산한 후, 이를 통해 얻어진 O4 slant column density의 결과로부터 에어러솔의 고도의 산출 가능성을 조사하고자 한다.

참고문헌

Joseph, J. H., O. Yaron, E. Yaroslavich, P. Israelevich, I. Koren, Y. Yair, A. Devir, and P.	Kischa, 2008: Determination of most probable height of desert dust	aerosol layer	from space, Journal of Geophysical Research, Vol. 113, D20S93, doi: 10.1029/2007JD009646.

Sanders, A. F. J., J. F. de Haan, and J. P. Veefkind, 2012: Retrieval of Aerosol height with	TROPOMI, Geophysical Research Abstracts, Vol. 14, EGU2012-4146.

사  사

이 연구는 국립환경과학원 “지구환경위성 탑재체 기반기술 및 활용연구”, 그리고 Brain Korea 21 사업의 지원으로 수행되었습니다.

COMS MI 가시광채널을 이용한 에어로솔 광학두께 산출과  Critical reflectance 방법의 적용

김미진1, 김 준1, 이재화2

1연세대학교 대기과학과 지구환경연구소 대기복사연구실

2NASA/GSFC – UMCP/ESSIC,Greenbelt, MD 20771, USA

에어로솔은 대기에 유입되는 태양에너지를 흡수/산란함으로써 지구의 에너지수지에 영향을 미치며, 구름 생성 등 미세물리과정에 관여하여 직 ‧ 간접적으로 기후변화를 유발할 수 있다. 이에 에어로솔의 복사강제력을 정량화 하는 것은 기후변화를 감시하고 예측함에 있어 매우 중요하다. 그에 따라 에어로솔의 분포 및 광학적 특성을 파악하기 위한 노력이 지상, 항공, 위성관측 등을 통하여 세계 각국에서 이루어지고 있다. 그 중 정지궤도 인공위성을 이용한 관측은 광범위한 영역을 높은 시간해상도를 통하여 관측함으로써 에어로솔의 발생 및 이동을 효율적으로 감시할 수 있어 유용하다. 이에 정지궤도위성을 이용하여 에어로솔 광학두께(Aerosol Optical Depth, AOD)를 산출하는 내용의 다양한 선행연구가 이루어졌으며, 우리나라에서는 통신,해양,기상 탑재체가 포함된 천리안위성을 2010년에 발사하고 기상탑재체의 가시광채널을 이용하여 에어로솔 광학두께를 산출하는 알고리즘을 개발 한 바 있다(Kim et al., 2008, Yoon et al., 2007). 본 연구에서는 천리안위성의 가시광채널을 이용하여 에어로솔 광학두께를 산출하는 알고리즘을 개발하는 것과 더불어 기존의 알고리즘이 단일채널로 인해 에어로솔 모델을 선정하는데 가지는 한계점을 극복하고 알고리즘을 개선시키고자, Fraser and Kaufman(1985)이 제시한 critical reflectance를 적용하였다.

대기 중 존재하는 에어로솔은 그 종류에 양에 따라서 위성에 도달하는 신호를 변동시키는데, 지표가 특성 반사도를 가질 경우에는 위성에 도달하는 복사에너지가 에어로솔 광학두께에 민감도를 가지지 않게 된다. 이때의 지표면 반사도를 critical reflectance라 칭하는데, 이는 에어로솔의 단일산란알베도와 일대일 대응관계를 가진다. 따라서 관측 영역의 critical reflectance를 파악할 수 있으면 해당 영역에 존재하는 에어로솔 유형을 구분하거나 직접적으로 단일산란알베도(Single Scattering Albedo, SSA)를 산출할 수 있다. 이와 같은 연구는 Castanho et al.(2008)에서 MODIS를 이용하여 상파울로 영역에 한해 수행된 바 있다. 본 연구에서는 critical reflectance를 이용하여 영역별로 에어로솔 유형을 구분하고, 이를 바탕으로 조견표(Look-up Table)를 선택하도록 함으로써 에어로솔 광학두께 산출의 정확도를 높였다. Critical reflectance 방법을 광범위한 영역에 적용하는 것에 다소간의 어려움이 있으나, 기존의 단일채널 알고리즘이 실시간으로 에어로솔 모델을 선택할 수 없어 가졌던 산출 불확실성을 감소시킬 수 있다는 점에서 고무적이라 여겨진다. 향후 연구에서는 현재 Lambertian surface를 가정하고 산출되는 지표면 반사도에 BRDF를 적용시켜, 지표면반사도 산출의 정확도를 향상시킴으로써 critical reflectance 및 에어로솔 광학두께 산출 정확도를 더욱 높일 수 있을 것이다.

동아시아 오염원과 황사 발생에 따른 광흡수 에어로졸의 광학적 기여도

이시혜, 윤순창, 김상우

서울대학교 지구환경과학부

황사 발생시 전체 에어로졸의 질량 농도는 황사 입자가 가장 큰 비중을 차지하며, 각 화학종에 따른 에어로졸의 광학두께에서도 황사 입자의 기여도가 질량 농도에 비례해 크게 나타난다고 알려져 있다. 물론, 광흡수 에어로졸 중 블랙카본이나 브라운카본 (빛을 흡수할 수 있는 갈색을 띈 유기탄소)과 같은 탄소염 입자의 광흡수 효율이 상대적으로 훨씬 크지만, 이들 미세입자와 달리 조대입자로 이루어진 황사의 질량 농도가 절대적으로 크기 때문에 황사 입자에 의한 광흡수도는 상당할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 황사가 심한 봄철에 편서풍을 따라 중국을 거쳐 한반도로 장거리 이동하는 공기괴의 특성에 대해 살펴보고, 대표적인 빛 흡수 에어로졸인 블랙카본, 브라운카본, 황사의 파장별 광흡수 효율을 황사가 심한 사례와 인위적 오염원의 농도가 높은 사례에 대해 각각 비교, 분석해 보고자 한다.

동아시아 황사와 고농도 오염원 사례는 2011년 5월에 관측한 PM10 농도, 에어로졸 흡수계수 및 SMPS와 APS로 구한 에어로졸의 수농도 등을 통해 선정하였다. 황사 발생시 공기괴는 초반에 고비 사막을 거쳐 유입되다가 시간이 지날수록 서쪽으로 이동하여 내몽골을 거쳐 빠른 속도로 이동해 왔고, 중국의 대표적 오염 지역인 산둥 반도를 거쳐 오염원 된 공기와 함께 제주 고산으로 유입되었다. 황사 사례 때 PM10 평균 농도는 333 µg/m3으로 나타났으며, 오염원 사례와 비교해 미세입자의 수농도는 거의 비슷했으나 1.0～10 µm 사이에 있는 입자의 수농도는 3배 가량 높게 나타났다. 에어로졸의 광학특성 중 단파와 장파의 흡수도 차이에 의해 구해지는 흡수 옹스트롬 지수는 황사 사례 때 1.8～2.4까지 크게 증가하였다가 오염원이 강할 때 1.4～1.6으로 감소하였으며, 황사 입자에 의한 빛 흡수 광학 기여도는 370 nm에서 약 50 %를 차지할 정도로 크게 나타났다. 황사와 오염원의 경우 모두 블랙카본에 의한 흡수도는 파장에 의한 차이가 거의 나타나지 않았으며, 오염원이 심한 경우에는 370 nm 파장에서 브라운카본에 의한 영향이 증가함을 볼 때 유기탄소 성분 중 상당 부분이 빛 흡수에 기여하고 있음을 알 수 있었다.

Relationship between Soil Moisture from Microwave Remote sensing and Frequency of Hwangsa

김영미, 오미림

국립기상연구소 지구환경시스템연구과

중국 및 몽골의 건조한 지역에서 발생하는 황사는 강한 바람을 타고 우리나라 및 일본, 태평양까지 영향을 미친다. 황사의 발생은 발원지의 지면상태 및 바람의 세기와 같은 대기 상태에 영향을 받는다. 황사 발생을 예측하기 위해서는 대기 상태 뿐 아니라 지면상태의 감시가 필요하다. 지면의 상태를 나타내는 하나의 요소인 토양수분은 관측지점의 수도 적을 뿐 아니라 연속적으로 관측하는 관측소도 드물기 때문에, 토양수분의 지상관측자료를 이용한 토양수분 감시는 매우 힘들다. 지상관측이 가지는 이러한 한계를 극복하고 광범위한 지역의 토양수분 감시를 위해 위성을 이용한 토양수분 알고리즘 개발이 진행 중이다.

국립기상연구소에는 AMSR-E 마이크로파 위성자료를 이용하여 위성 토양수분 산출 알고리즘을 개발하였다. 이 알고리즘은 지면상태의 사전 정보 없이 프레넬 방정식의 역함수를 이용하는 간단한 방법이다. 본 연구에서는 NIMR 위성 토양수분자료를 이용하여 황사 발생 시의 황사 발원지의 지면 상태를 분석하였다. 2003～2010년 동안 중국의 410개 관측소에서 수집된 월별 황사 발생횟수 자료를 사용하였다. 위성 토양수분과 황사 발생횟수의 분석 결과, 봄철 황사의 60% 이상이 황사발원지의 토양수분이 8년 평균보다 낮았을 때 발생한 것으로 나타났다.

사  사

본 연구는 국립기상연구소에서 수행하는 주요연구사업 “관측지진기술 지원 및 활용연구” 사업의 지원으로 수행되었습니다.

고산기후관측소에서 겨울철에 관측된 초미세입자의 특성

: 입자 생성 및 성장 현상

김유미, 김상우, 윤순창

서울대학교 지구환경과학부

본 연구에서는 제주 고산기후관측소(33.17°N, 126.10°E)에서 2011년 12월 16일부터 2012년 2월 29일까지 Condensation Particle Counter(CPC, Dp > 3 nm)와 Scanning Mobility Particle Sizer(SMPS, 10 < Dp 500 nm)로 관측한 에어로졸 총수농도와 에어로졸 입경별 수농도 자료를 이용하여 초미세입자의 특성을 분석하였다. 전체 76일의 관측일 중 입자 생성 및 성장 현상이 일어난 날은 12일이고, 입자 생성 및 성장 현상이 일어나지 않은 64일 중 41일이 낮시간에 강수가 관측되었다. 강수가 관측되지 않았던 날 들 중 입자 생성 및 성장 현상이 일어나지 않은 날은 입자 생성 및 성장 현상이 일어난 날에 비해 중하층 운량이 많았고, O3 농도는 낮고, CO 농도는 높았다. Fig. 1은 입자 생성 및 성장 현상이 관측된 2012년 2월 27일의 에어로졸 수농도 시계열로 Fig. 1(a)에서 전형적인 바나나 모양의 에어로졸 입경별 수농도 분포를 볼 수 있고, Fig. 1(b)에서 CPC로 관측한 에어로졸 총수농도와 SMPS로 관측한 10 - 25 nm의 에어로졸 수농도가 오전에 증가하는 것을 볼 수 있다. 특히 두 관측값에서 급격히 증가하는 시점이 차이가 나는 것을 볼 수 있는데, 이는 10 nm 보다 작은 입자가 먼저 생성되고, 이후 시간에 따라 성장하여 10 nm 이상의 입자 수농도의 증가가 관측되는 것임을 볼 수 있다. 이를 이용하여 구한 3 - 10 nm 입자의 평균 입자 성장률은 5.7 ± 2.6 nm h-1 (3.5 - 11.8 nm h-1)이었다. 이는 핀란드의 Hyytiälä 지역에서 관측된 평균값(Yli-Juuti et al., 2011)보다 높고, 네덜란드에서 관측된 평균값(Manninen et al., 2010)과 유사하였다.

Fig. 1. The diurnal variation of (a) log-normalized aerosol size distribution and number concentration measured by SMPS and (b) aerosol number concentrations measured by CPC and SMPS at Gosan, Jeju (27 February 2012). Arrows indicate sharply increasing points of aerosol number concentrations

참고문헌

Yli-Juuti, T., et al., 2011: Growth rates of nucleation mode particles in Hyytiala during 2003-2009:	variation with particle size, season, data analysis method and ambient conditions, Atmos.	Chem. Phys., 11, 12865-12886.

Manninen, H. E., et al., 2010: EUCAARI ion spectrometer measurements at 12 European	sites . analysis	of new particle formation events, Atmos. Chem. Phys., 10, 7907.7927.

Intensity in climate variability derived from the satellite and MERRA temperatures; AO, ENSO and QBO

Jung-Moon Yoo1, Young-In Won2, Yu-Ri Lee1, and Soo-Min Oh1

1Dept. of Science Education, Ewha Womans University

2Wyle Is, NASA/GSFC

A number of satellite (AIRS/AMSU, MODIS) measurements and the Modern Era Retrospective-analysis for Research and Applications (MERRA) reanalysis have been used to analyze the relative intensity in climate variability (AO, ENSO, QBO) in terms of the zonal-mean temperature and zonal wind variations over the globe during the period from September 2002 to August 2011. We also extended usage of MERRA data for the period of 1979-2011, and three climate indices of AO, NINO 3.4 and QBO are utilized as the corresponding climate indicators. The correlation coefficients (CC) obtained from the time series between the anomaly temperature time series and the climate indices indicate that the tropospheric temperature variability in the mid-latitude (30-60 N) is linked primarily to the AO and secondarily to ENSO. However, the low stratospheric temperature variability in the mid-latitude is mainly associated with ENSO and QBO. The north-south symmetric patterns over the tropics are seen in the CC distributions for ENSO and QBO. The intensity values for ENSO are globally more intensified but also localized during the recent nine years compared with the extended period (1979-2011). The discrepancies between satellite observations and MERRA are also discussed. The estimated relative impact of the three major concurrent phenomena on regional temperature variability can be of great use in its long-term predictability.

Key words; Teleconnection, AMSU, MODIS, Arctic Oscillation, ENSO, NINO 3.4, QBO

천리안 위성을 이용한 중규모 위성바람장 산출 알고리즘 구축

1김소명, 2박정현, 1오미림

1국립기상연구소 지구환경시스템연구과

2서울대학교 지구환경과학부

위성바람장(Atmospheric Motion Vector)은 기상위성이 관측하는 연속적인 영상으로부터 산출되며, 해양이나 저위도와 같은 관측공백지역의 바람자료를 획득할 수 있다는 장점을 갖는다. 현재 기상청은 4 km의 해상도를 갖는 적외채널과 가시채널 영상으로부터 종관규모 위성바람장을 매 시간 산출하여 제공하고 있다.

한편, 중규모 위성바람장은 고해상도 관측채널을 이용하여 보다 작은 규모의 대기현상을 탐지할 수 있으므로, 고해상도 입력장을 요하는 지역모델의 날씨 예보 등에 활용할 수 있다. 국립기상연구소는 MTSAT-1R로부터 15분 간격으로 관측되는 1 km 공간해상도의 가시채널 영상을 이용하여 중규모 위성바람장 산출 알고리즘을 구축하고, 이로부터 약 1.1 m s-1의 관측 정밀도를 갖는 중규모 바람장을 산출하고 최적화한 바 있다.

본 연구에서는 천리안위성의 관측 자료를 기반으로 하는 중규모 위성바람장 산출 알고리즘을 구축하고 그 정확도를 검증하였다. 알고리즘은 천리안위성의 북반구확장영역(ENH, 약 10〫 S-60〫 N, 88〫 E-168〫 E)에서 15분 간격으로 관측되는 1 km 해상도의 가시채널 영상을 이용한다. 가시채널을 이용하는 중규모 위성바람장은 그 채널 특성에 따라 낮 시간에만 생산되며, ENH 영역에서 한 시간에 최대 4번까지 산출 가능하다. 라디오존데와의 검증을 위하여 00 UTC에 중규모 위성바람장을 산출하였으며, 위성 바람장 고도할당 등을 위한 복사모의를 위해 공간해상도 25 km, 70개 연직층을 갖는 기상청 통합모델(Unified Model)의 6시간 예보장을 이용하였다.

본 연구에서는 2011년 7월 한 달간 중규모 위성바람장을 산출하고, 라디오존데 및 수치모델의 바람자료와 각각 검증하였다. 그 결과 종관규모 위성바람장과 비교하여 산출오차가 다소 크게 나타났으나, 두 위성바람장의 시‧공간 해상도가 다르므로 중규모 위성바람장은 그에 적합한 검증방법을 적용할 필요가 있다. 보다 상세한 분석결과는 추후 발표 시 제시될 것이다.

사  사

이 연구는 국립기상연구소의 주요사업 “관측지진기술 지원 및 활용 연구”의 일환으로 수행되었습니다.

Atmospheric water balances over oceanic regions estimated from satellite, merged and reanalysis data

H.-J. PARK1 and D.-B.SHIN1

1Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University, Seoul, South Korea

Column integrated atmospheric water balance over the ocean was examined by various datasets for the period from 2000 to 2005 at 5˚ by 5˚ latitude-longitude grid and monthly time scale. The datasets include evaporation from Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite Data (HOAPS), Goddard Satellite-based Surface Turbulent Fluxes (GSSTF) and Objective Analyzed Air-sea Fluxes (OAFlux). For precipitation, HOAPS, CPC Merged Analysis of Precipitation (CMAP) and Global Precipitation Climatology Project (GPCP) datasets were used. The water vapor tendency was derived from the twice daily field of vertically integrated water vapor of HOAPS. For water vapor flux convergence, the product estimated by Xie et al. (2008) was used. To compare with those of satellite and merged datasets, Modern Era Retrospective-Analysis for Research and Applications (MERRA) reanalysis data was also used. Residuals of the atmospheric water balance equation were estimated using nine possible combinations of the datasets over the ocean between 60˚N and 60˚S. Results show that there is a disagreement in the distributions of the intensity and pattern of period averaged residuals from the different datasets. The residuals in the estimations of satellite-based atmospheric budget are generally large over the oceanic areas with heavy precipitation such as the ITCZ, SPCZ, and monsoon regions. The lack of closure of the atmospheric water cycle can be attributed to the errors in the datasets and approximations in the atmospheric water balance equation. In the MERRA, on the other hand, nonphysical term is needed to close the atmospheric water balance. These results suggest that significant consideration is needed in applying the datasets for water budget components to quantitative water budget studies.

Intercomparison of Aerosol Optical Depth between CALIOP and MODIS over the Ocean

Man-Hae Kim, Sang-Woo Kim, Soon-Chang Yoon

School of Earth and Environmental Studies, Seoul National University

The Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) is a space-borne lidar system which is onboard the Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) satellite. It can provide unique information of aerosol extinction profiles on a global scale. As a part of ‘A-train’ satellite constellation, a synergistic use of data from CALIPSO and other A-train satellites can improve the characterization of aerosols and estimation of aerosol radiative forcing over the globe.

In this study, the aerosol optical depth (AOD) from CALIOP compared with AOD of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) onboard Aqua satellite over the ocean for the cloud-free condition from June 2006 to December 2010. CALIOP version 3.01 data and MODIS-Aqua collection 5.1 data are used for the comparison. The collocated data points are defined when the distance between the center of CALIOP and MODIS data pixels is less than 10 km.

CALIOP level 2 products provide AOD for 6 aerosol types; clean marine, clean continental, polluted continental, dust, polluted dust, and biomass burning. Mean AOD for all types of aerosol is 0.11 for MODIS and 0.07 for CALIOP. MODIS AOD shows higher values than CALIOP AOD for most of the aerosol types except for the polluted dust aerosols. Possible reasons for the discrepancies of AOD between two sensors will be discussed in the presentation.

변분법과 FGAT방법을 이용한 시간 고해상도 바람장 산출 기법 개발

김수경1, 이동인1, Shingo Shimizu2, 정성아1, 정종훈1, Masayuki Maki2

1부경대학교 환경대기과학과

2일본 방재과학기술연구소

악기상을 보다 정확하게 탐지하고 이해하기 위해서는 시간적으로 고해상도의 바람장 자료가 필요하다(Zrnic et al. 2007;Heinselman and Torres 2011). 도플러 기상 레이더는 시·공간적으로 고해상도의 반사도와 시선속도 자료를 제공한다. 그러나, 시선속도 자료로부터 강수시스템의 분석에 용이한 직교좌표계의 u, v, w 성분의 바람자료를 회수하기 위해서는 강수시스템의 하층으로부터 상층까지를 잘 표현할 수 있는 볼륨관측 자료가 필요하며, 이는 현재의 레이더 시스템으로 약 5~6분이 소요된다. 일본의 MLIT (Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism) X밴드 레이더 네트워크의 경우 1분 간격의 레이더 강수량 자료를 제공하기 위하여 한 번의 볼륨스캔(5분) 동안 여러 번의 저고도 관측(1분 간격)을 수행하고 있다.

본 연구에서는 1분마다 관측되는 저고도 레이더 관측 자료를 이용하여 시간 고해상도 바람장을 회수하기위해 변분법과 FGAT (first guess at appropriate time) 방법을 사용하였다. Gao et al. (1999, 2004)가 제안한 변분법은 t=0과 t=5일 때의 한 볼륨스캔을 이용하여 3차원 바람장을 회수하는데 사용되었고, 1분 간격 (t=1, 2, 3, 4)의 저고도바람을 회수하기 위해 FGAT 방법을 적용하였다. 회수된 t=0과 t=5의 3차원 바람장은 구하고자하는 시간에 맞게 시간 내삽하는 과정을 거쳐 first guess (또는 배경장)으로 사용되었고, 이에 저고도 관측 자료를 본 변분법에 적용하여 1분 간격의 바람장을 회수하였다. 개발된 방법을 평가하기 위하여 관측시스템 모사실험(OSSE: observation system simulation experiment)을 수행하였다. 실험에서는 고해상도 구름모델 (CReSS: Cloud-Resolving Storm Simulator)로부터 수행된 강한 뇌우시스템의 사례가 사용되었으며, 분석영역 내에 2대의 레이더를 가정하여 개발된 방법에 적용하였다.

관측시스템 모사실험을 기반으로 개발된 방법을 평가해본 결과, 5분 간격의 3차원 바람장과 1분 간격의 저고도 바람장을 개발된 방법을 통하여 회수할 수 있었다. 또한, 수렴과 발산의 형태에서 CReSS로부터 출력한 모델 자료와 높은 상관관계를 가졌다. 이를 정량적으로 평가하기위한 연구가 진행 중이며, 개발된 방법을 통하여 저고도에서 발생하는 여러 악기상(예, gust front)을 감시하고 분석하는데 유용하게 이용될 것으로 사료된다.

사  사

이 연구는 기상청 기상지진기술개발사업 (CATER 2009-2312)의 지원으로 수행되었습니다.

Long term statistics of radar bright band feature from the KMA weather radar network

Su-Hyang Lee1, Sung-HwaJung1, GyuWonLee1, YoonjungLee2, Hye-YoungHan2, and Cheol-HwanYou2

1 Dept. of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Daegu, KOREA(ROK)

2Weather Radar Center, Korea Meteorological Administration, Seoul, KOREA(ROK)

A bright band (BB) is an important radar observational characteristics such as melting layer, indication of stratiform rain, microphysics, etc. Thus, the monitoring and automatic determination of BB can be very important for radar hydrology, microphysics, and numerical modeling. In this study, we derived the long term statistics of BB and its spatio-temporal variation from the Korea Meteorological Administration.

An algorithm for automatic detection of BB using radar reflectivity has been developed. The algorithm utilizes the characteristics of mean reflectivity profile obtained from radar volume data, and provides the height and reflectivity at top (BBTOP), bottom (BBBOTTOM)and peak (BBPEAK) of BB.

The derived heights of , and  obtained from GSN radar have been compared with the temperature and wet-bulb temperature information obtained from radiosonde launched at the same location with GSN radar. For spatiotemporal analysis of BB, ten weather radars of Korea Meteorological Administration (KMA) during five years of 2007 to 2011 are used in the study. While all heights of BB at warm season is higher than those at cold season, seasonal variation of BB thickness is not evident. Reflectivity difference between  was always larger than one between and. Monthly variation of BB reflectivity shows that reflectivity difference between  and  is reduced in cold season. The reflectivity difference between BBPEAK and BBTOP increases with higher reflectivity at BBBOTTOM. The spatial characteristics of the BB heights also investigated.

Acknowledgements

This work was funded by the Korea Meteorological Administration Research and Development Program under Grant CATER 2012-2072

Three-Dimensional Classification of Precipitation Types using Reflectivity from UHF Wind Profiler and KMA Weather Radar Networks

Sung-Hwa Jung1, Gyu-Won Lee1, Young-A Oh1, Su-Hyang Lee1 ,Kwang-Deuk Ahn2 ,and Yong-Hee Lee2

1Dept. Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Daegu, Korea (ROK)

2National Institute of Meteorological Research, Korea Meteorological Administration, Seoul, Korea (ROK)

The technique for identification of precipitation types in three-dimensional reflectivity fields is developed using reflectivity from wind profiler and weather radar networks. Four precipitation types are prescribed by analyzing vertical structures of reflectivity and radial velocity from measurement in the vertical beam of wind profiler. They are 1) stratiform, 2) convection, 3) deep convection, and 4) shallow convection. These types were mainly characterized by existence and strength of melting layer signature, reflectivity structure above or below bright band and vertical Doppler velocity. The results reveal very discernible characteristics among four precipitation types. These characteristics are used as guidelines for classification in three-dimensional reflectivity mosaic. The reflectivity discrepancies between weather radar and wind profiler were mitigated through geometrical comparison by considering Gaussian beam and radar beam propagation in standard atmosphere prior to analyze the profiler data. The reflectivity differences among weather radar networks were also reduced by reflectivity intercomparison after considering effects of attenuation and beam blockage.

The two-dimensional precipitation types in reflectivity mosaic have been classified according to the characteristics derived from the profiler. On the other hand, the three-dimensional convective cells are identified based on the reflectivity threshold. The three-dimensional precipitation types are then determined by combination of two-dimensional precipitation types and the identified convective cells. The three-dimensional precipitation types can provide an input for cloud model to improve the cloud generationat initial time of model run.

한반도 지상관측자료를 이용한 TRMM V6와 V7 강수자료의 통계적 특성분석

김미자, 오미림

국립기상연구소 지구환경시스템연구과

TRMM 위성강수자료는 1997년 발사 이후 현재까지 14년 정도 오랜 기간의 강수자료가 축적되었으며, 다양한 분야에서 전 지구 강수 연구에 활용되고 있다. 최근까지 강수 연구를 위해 활용된 자료는 2004년에 공개된 TRMM V6 자료였으나, 2011년 11월 강수 알고리즘이 개선된 V7 자료가 새로 분배되었다. TRMM V7 강수 자료에서는 전반적으로 육지 및 강한 강수에서 향상된 결과를 보여 이전 버전의 자료보다 개선되었다는 평가를 얻고 있다.

따라서 본 연구에서도 V7 강수 알고리즘이 적용된 한반도 강수 자료를 지상관측자료와의 비교를 통하여 개선 정도를 평가하고자 한다.

한반도 V6 강수 자료의 통계적 특성분석은 2011년에 이미 수행된 바 있으며, 본 연구에서는 한반도 지역에서 V7 강수 자료의 타당성을 평가하고 V6와의 차이를 분석하였다.

본 연구에서 이용된 지상관측자료는 진도, 부산, 고산, 성산 등 4개의 S-밴드 지상레이더와 AWS 자료이며, 기간은 2006년 8월부터 2010년 8월까지이다. 초기분석결과, 두 버전의 연직 반사도는 지상레이더와의 비교에서 거의 유사한 패턴을 보였으며, 다만 진도와 성산의 밝은 띠 고도 상층에서 약간의 차이를 보여주었다. 또한, 층운형 강수에서 나타나는 밝은 띠 고도의 탐지 방법이 V7에서 변경됨으로 인해 전반적으로 이전보다 낮게 탐지되었다. 육지에서의 반사도 검증 결과에서는 부산지역에서 다소 향상된 결과를 보여주었다.

향후 반사도 및 강우강도에 대한 좀 더 상세한 분석이 이루어질 예정이며, 본 연구의 결과들은 발표 자료에서 제시될 것이다.

사  사

본 연구는 국립기상연구소에서 수행하는 주요연구사업 “관측지진 기술지원 및 활용연구” 사업의 지원으로 수행되었습니다.

A study of rainfall properties within hurricanes from ground-based remote sensing measurements

Dong-Kyun Kim, Yeon-Hee Kim, and Yong-Hee Lee

Forecast research laboratory, National Institute of Meteorological Research, Korea Meteorological Administration 45, Gisangcheong-gil, Dongjak-gu, Seoul, Korea

Vertical structure and microphysical characteristics of Hurricane Kompasu on 1~2 September 2010 and Hurricane Meari on 25~26 June 2011 were investigated from various data of a 1290 MHz wind profiler, 24 GHz micro rain radar (MRR), and PARSIVEL optical disdrometer collected at National center for intensive observation of severe weather in Korea. For a better understanding of microphysical properties and rain processes within precipitating systems, retrieval of raindrop size distributions (RSDs) and related parameters (i.e., mean drop diameter, intercept parameter, slope parameter, etc.) are essential. A spectral method and moment method were used to retrieve the RSDs and parameters from the wind profiler, MRR, and PARSIVEL disdrometer data. For Kompasu, different rain properties in the stratiform region, outer/inner rainband, and eyewall were well observed by the wind profiler. For Meari, the stratiform region and rainbands with pronounced bright band were observed by the wind profiler as Meari moves north over the Yellow sea. During the rainband periods, maximum rainfall rates up to 50 mm hr-1were observed with large  updrafts.

Comparison of the RSDs between the wind profiler and MRR was performed to examine the RSD properties and evaluate the accuracies of the measurements as well as retrievals at surface. In stratiform regions, the RSD shapes between the wind profiler and MRR were similar each other whereas during the convective period the difference in the RSDs tended to become larger. Overall, time series of the retrieved rainfall parameters between the wind profiler and MRR were in good agreement. It was analyzed that there existed relatively smaller raindrops in the region of updrafts and a larger number of large raindrops tended to be present in the region of downdrafts. For different categories of rainfall intensity, vertical properties of the rainfall parameters and characteristics of power-law relations among the rainfall parameters will also be presented.

Acknowledgements

This study was supported by the principal project, "Development and application of technology for weather forecasting (NIMR-2011-B-1)" of the National Institute of Meteorological Research of the Korea Meteorological Administration.

Spatiotemporal Characteristics of Lightning Activity using TLDS Lighting Data and TRMM PR Reflectivity over South Korea, 2002-2008

Hong-Mok Park, Sung-Hwa Jung and GyuWon Lee

Dept. of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Daegu, Korea (ROK)

Spatial and temporal characteristics of lightning occurrence and vertical structure of reflectivity related to cloud-to-ground (CG) lightning activity around South Korea have been analyzed. Lightning data was obtained from a national wide network of Total Lightning Detection System (TLDS) operated by Korea Meteorological Administration (KMA) since 2002, and three-dimensional reflectivity data were collected by Precipitation Radar (PR) of Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite during the seven years of 2002 to 2008.

Inter-annual variability of lightning occurrence has been found. Lightning occurrence were dominant (75.4%) in summer (JJA). Bi-modal diurnal variation has been also founded with two maxima in the morning (06-07LST) and the afternoon (15-16LST). The density of morning lightning is slightly higher than afternoon lightning. Three regions of high lightning density are shown in the spatial distribution of average total lightning during the period. Further analysis with two Hovmöller diagrams along latitude and longitude clearly shows the bi-modal diurnal variation with two maxima in the morning and afternoon. The morning lightning moves with a speed of 21ms-1.The afternoon lightning over ocean, however, tends to approach the coastline with a speed of 31ms-1,while the afternoon lightning over land was stationary due to orographic effects.

Vertical structures of PR reflectivity have been examined for the condition of lightning and non-lightning, respectively. For lightning cases, reflectivity around 40dBZ was dominant below 8km altitude, and echo top height is higher than one of non-lightning situation. More thorough analysis will be shown.

Acknowledgements

This work was funded by the Korea Meteorological Administration Research and Development Progream under Grant CATER2012-2072.

한반도 남서해안에서 발달하는 선형의 다중규모 대류시스템의 특성에 관한 연구

정종훈1, 이동인1, 장상민1, 박성화1, H. Uyeda2

1부경대학교 환경대기과학과

2HyARC, Nagoya University

장마전선은 몬순순환에 기인하는 대규모 기상현상으로서, 여름철 한반도에서는 중규모 대류시스템(MCSs)의 조직적, 반복적 발생·소멸로 인하여 집중호우를 발생시키고, 국지적인 피해를 유발시킨다. 이러한 집중호우를 유발하는 전선성 강수시스템의 중규모 형태의 상세한 분석과 진단을 위하여 한반도 남서해안으로 2009년 6월 24일부터 7월 18일까지 GRL(부경대학교-나고야대학교)의 주관으로 집중관측을 실시하였다.

본 연구에서 선정된 사례는 2009년 7월 6일 한반도 남서해안에서 발달하는 다중규모의 대류시스템으로 연구에서 사용된 집중관측 자료는 고층관측자료와 기상청에서 운영중인 S-band 도플러 레이더(고산, 성산포) 자료들이다. 강수시스템은 meso-α규모(240 km)의 다중규모의 meso-β(100 km) 규모의 대류셀들이 복합적으로 발달하였다. 선형의 중규모 대류시스템은 시간당 40 km로 북동진하여 집중관측 지역인 추자도를 2130분에 통과하였다.

고층관측자료에서 대류를 유발하는 잠재적 불안정도(CAPE, CIN)은 매우 낮은 값을 나타내었으며, 시계열 분석에서 강수시스템이 통과한 이후에 대류권 하층으로 남서풍의 풍속이 계속적으로 증가하였다. 또한 하층으로 강한 수증기(≥ 20 g kg-1)가 관측되었으며, 상당온위의 분석에서 하층의 불안정이 점차 증가하였다.

본 연구에서는 변분법을 이용하여 두 대의 도플러 레이더를 사용한 이중 바람장을 구현하였다. 레이더 분석에서 선형의 중규모 대류시스템은 Broken line 형태의 스콜라인과 유사하였고, meso-β 규모의 대류셀들이 발달하여 병합되면서 더욱 크게 성장하였다. 발달한 중규모 대류시스템 주변으로 약 13 m s–1 이상의 남서풍이 관측되었으며, 선행 연구에서 보인 수렴에 의한 영향은 크게 나타나지 않았다. 발달한 대류시스템이 추자도 지역을 통과한 이후에 남서풍의 바람이 대류권 하층에서 강화되어 강수시스템의 발달을 유발함을 보였다. 하층 바람의 강화는 강한 수증기의 유입과 관련되며 이러한 원인에 의해 대류 발달을 유발하는 것을 알 수 있었다.

본 연구의 결과, 변분법을 적용한 이중도플러 레이더 분석 방법으로 유도한 3차원 바람장을 분석함으로서 한반도 남서해안에서 발달한 다중규모 대류셀의 발달 과정을 확인할 수 있었다. 또한 중규모 대류시스템의 운동학적 구조를 분석하여 대류계의 이동, 발달 형태 등을 연구함으로서 중규모 현상의 연구 및 예측에 유용할 것으로 사료된다.

사  사

본 연구는 교육과학기술부의 재원으로서 국제과학기술협력재단의 지원을 받아 수행된 연구(No.K20607010000)이며, 일부는 2단계 BK21 지구환경시스템 사업단에 의하여 지원을 받아 수행 되었습니다.

지표해석모델을 이용한 수문기상성분 산출

이병주, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

위험기상으로부터 유발된 홍수와 가뭄 등의 재난피해를 줄이기 위한 방법으로 국내에서는 위험기상 예측시스템 개발에 대한 필요성이 많이 대두되고 있다. 재난피해는 광범위한 지역에서 발생하기 때문에 위험기상을 감지하는데 필요한 수문기상성분을 관측장비를 이용하여 확보하는 것은 매우 어렵다. 반면에 지표해석모델은 광범위한 지역의 수문기상성분을 산출할 수 있는 효율적인 방법이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 TOPLATS 분포형 지표해석모델을 이용하여 수문기상성분을 산출하고 관측자료와 비교가 가능한 성분들에 대해서 정확도를 평가하고자 한다. 낙동강 본류유역을 대상유역으로 선정하였으며 1시간의 시간해상도와 1×1 km 공간해상도로 모의되도록 모형을 구축하였다. 강수량, 기온, 상대습도, 풍속, 일조, 대기압에 대한 시단위 관측 기상정보는 기상청 AWS와 ASOS 관측소로부터 구축하였다. 모형의 계산단위는 격자단위이므로 IDW 방법을 이용하여 지점단위의 기상정보를 격자형태로 재생산하였다. 모형은 2002∼2009년에 대해 모의를 수행하였으며 예비모의기간인 2002년을 제외한 나머지 기간에 대해서 시단위 수문기상성분을 산출하였다. 여기서 수문기상성분은 실제증발산량, 지표유출량, 기저유출량, 토양수분비, 지하수면깊이, 순복사량, 잠열, 현열, 지열 등을 말한다. 모의결과의 비교를 위해 안동 농관 AWS로부터 관측된 시 단위 순복사량과 토양수분비 자료를 구축하였다. 토양수분비를 비교한 결과 강수량 발생에 대한 토양수분의 거동은 유사하나 변화폭에 있어서는 정량적 차이가 있으며 모델결과가 관측치보다 강수에 대해 민감하게 반응하는 것으로 나타났다. 순복사량은 모델결과가 관측치와 유사한 거동을 보이나 모델결과가 다소 과대추정되는 것으로 나타났다. 향후 모델기반 수문기상성분은 관측 수문기상성분의 확보 및 모델 정확도 향상을 통해 위험기상 감시에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

사  사

이 연구는 국립기상연구소 주요사업 “시범지역 수문기상 기술개발 연구”과제의 지원으로 수행되었다.

고해상도 레이더 면적강수지도 개발 및 검증

고혜영, 남경엽, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

최근에 산악 및 북한 지역과 같은 지상관측 공백지역에 대한 강수량의 모니터링이 필요해짐에 따라서 이 지역을 관측할 수 있는 레이더 자료에 대한 관심이 증가하고 있다. 약 13 km의 공간해상도를 가지는 지상우량계에 비해 레이더는 1 km의 공간해상도를 가지기 때문에 지역적으로 더 자세한 강수 특성 분석이 가능하며, 지상 우량계로 관측이 어려운 지역에 대한 관측 자료 획득이 가능하다. 이에 국립기상연구소는 레이더 자료를 이용하여 장기간의 레이더 강수량 자료를 산출하였다.

본 연구에서는 공간 보정 기법을 이용하여 산출된 5년간(2006-2010년)의 레이더 면적강수지도를 산출결과와 시험운영중인 레이더 면적강수지도 시험판을 소개하고자 한다. 표출 단위는 월, 연이며, 1 km2의 공간해상도의 격자형 자료와 국토해양부의 117개 중권역에 대한 유역별 강수지도 자료를 제공한다. 산출된 강수지도에 대해서 Leave-one-out 교차 검증 방법을 이용하여 검증을 수행하였다.

사  사

본 연구는 국립기상연구소 주요사업 “시범지역 수문기상기술개발 연구” 과제의 지원으로 수행되었다.

연구용 X-band 이중편파 레이더를 이용한 남서해안 여름철 강수량 추정

강미영, 남경엽, 허솔잎, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

국립기상연구소(National Institute of Meteorological Research; NIMR)는 기상청 이중편파 레이더 현업운영에 대비하여 2009년 X-band 연구용 이중편파 레이더를 도입하였고, 편파변수의 산출과 대기수상체 분류를 포함한 강수추정 등의 효용 가능성에 대한 연구를 지난 2년간 수행하고 있다. 이중편파 레이더는 반사도([eqn: Z])뿐만 아니라 차등반사도([eqn: Z _{DR}]), 비차등 위상([eqn: K _{DP}]), 상관계수([eqn: rho _{hv}])등의 편파 변수의 산출로 강우감쇠보정과 기상에코-비기상의 에코(ground clutter, insects, birds, chaff)의 구별이 가능하다. 이러한 장점들을 이용해 레이더 자료품질 개선과 정량적 강수추정의 상당한 개선에 도움이 된다.

본 연구에서는 강수추정 관계식 R-Z, 감쇠 보정된 R-Z, R-KDP 관계식을 이용하여 레이더 관측 반경 내에 존재 하는 81개의 지상 우량계 자료와 강수량 추정의 정확도 비교 검증을 실시하였다. 이중편파 레이더자료는 1.5 km 고도의 공간해상도 1kmx1km의 CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator) 격자 자료를 이용하였고, AWS 지점 위 레이더 격자([eqn: ±1km])에서 공간적으로 평균된 값([eqn: bar{Z``} , bar{K _{DP}}])을 취했다. AWS자료는 매분자료의 1시간 누적 값을 이용하였다. 추정강수량 검증을 위해 각각의 평균된 [eqn: bar{R(Z)}], 감쇠보정된 [eqn: bar{R(CZ)}], [eqn: bar{R(K _{DP} )}] 를 이용하여 1시간 누적 강수량을 비교하였다. X-band 레이더의 특성상 강수정량 분석에 앞서 감쇠보정은 NIMR(2009)에 의해 보정된 자료와 [eqn: K _{DP}]변수를 이용하여 강우량을 추정하였다. 강수 추정을 위한 분석 사례는 2009년 7월부터 2010년 8월까지 남서해안에 발생한 다양한 강수 사례에 대해서 테스트 하고, 지상 강우량과 비교 분석을 통한 검증 결과 이중편파 강수추정알고리즘이 기존 단일편파 R(Z)알고리즘보다 얼마나 향상되었는지 분석하고자 한다.

사  사

본 연구는 기상청 재원의 국립기상연구소 주요사업 “관측지진 지원 기술 및 활용 연구”의 일환으로 수행되었다.

Dual-polarimetric rainfall estimation :

Effects of radar calibration and sampling frequency

Soohyun Kwon1,GyuwonLee1,and Choong-KeLee2

1Dept. Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University
2Han Flood Control Office, Ministry of Land, Transport, and Maritime affairs (MLTM)

The Ministry of Land, Transport, and Maritime affairs (MLTM) operates S-band dual-polarization radars for the hydrological models. It completes a volume scan with low 4~6 elevation angles every 2.5 minutes including negative elevation angles to retrieve accurate rainfall information to initialize the models.

However, rainfall estimation from the dual-polarimetric radar affected by various factors: Calibration of radar reflectivity and differential reflectivity, derived rainfall retrieval relationships and their adjustment with gage data, update frequency of radar data, verification methodology (point vs. area).

We have explored this issues and retrieved rainfall information is verified with a dense gage network that have been deployed at the range of about 23 km. The results show different performance than in continental U.S.A. The rain estimation with radar reflectivity with a dual-pol. parameter can equivalently perform with the dual-pol. rainfall retrieval for shorter accumulation time. The adjustment of rain retrieval algorithm with gages is beneficial. The effect of rapid update of radar data is also investigated in terms of single and dual pol. rainfall retrieval.

Acknowledgements

This study was financially supported by the Construction Technology Innovation Program (08-Tech-Inovation-F01) through the Research Center of Flood Defense Technology for Next Generation in Korea Institute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning (KICTEP) of Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs(MLTM).

Preliminary Results on Radar Hydrometeorological Study

using 2DV Disdrometer Measurements

S.-G. Park, Gyuwon Lee, and Soohyun Kwon

Dept. Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook Natl’ University

Drop size distribution (DSD) is significantly important information in studies of precipitation evolution, such as understanding of microphysical processes and forecasting through a numerical model, and further it is critical for hydrometeorological studies of remote sensing, such as rainfall estimation, calibration and correction of radar measurements, and propagation properties of microwave. An optical disdometer, 2-dimensional video disdrometer (2DVD) of JOANNEUM RESEARCH, Austria, was set up at Kyungpook Natl’ University in July 2011 and has collected various DSD data sets. In the presentation, the characteristics of the 2DVD system are briefly introduced and sample of the DSD data sets are shown. The DSD parameters of normalized Gamma function obtained from the DSD measurements are also presented. Further, the utilizations for radar hydrometeorological studies are presented, such as estimations of rainfall amount and DSD parameters from radar measurements of the RBSL radar of Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM), and calibration of radar measurements of radar reflectivity factor (ZH)and differential reflectivity(ZDR).

Acknowledgments

This work was funded by the Korea Meteorological Administration Research and Development Program under Grant CATER 2012-2072.

Effects of recurvature on typhoon-induced sea surface cooling

문일주1, 김민영1

1제주대학교 해양기상학 협동과정

Tropical cyclone (TC) is known to move with the lowest translation speed during the recurvature. Since the slow-moving TCs experience a strong air-sea interaction mainly due to the storm’s self-induced vertical mixing and upwelling, oceanic conditions prior to, and during, the recurvature are very important in determining the recurving TC intensity. This study aims to investigate effects of the recurvature on typhoon-induced sea surface cooling (TISSC) from a series of idealized numerical experiments using Princeton Ocean Model (POM). The results show that the TISSC increases (decreases) for clockwise (anticlockwise) recurving TCs, particularly in the corner of a recurving track, although wind fields are same for the both cases. This is because the clockwise (anticlockwise) curvature decreases (increases) angle differences between surface currents and winds during the TC recurvature, resulting in accelerating (decelerating) surface currents and thereby producing more (less) vertical mixing and upwelling. Effects of recurvature on the surface cooling were more significant for TCs with acuter recurvature angle, slower translation speed, higher intensity, and passing over ocean with shallower mixed layer. This confirms that the intensities in recurving TCs can be more influenced by air-sea interaction process than in straight-moving TCs without considering the reduced translation speed during the recurvature.

CReSS 수치모형을 이용한 국지성 도시 집중호우 사례연구

이정태[eqn: {} ^{{} ^{1}}], 이동인[eqn: {} ^{{} ^{1}}], 이근옥[eqn: {} ^{{} ^{2}}], 장상민[eqn: {} ^{{} ^{1}}], 정종훈[eqn: {} ^{{} ^{1}}], H. Uyeda[eqn: {} ^{{} ^{2}}]

[eqn: {} ^{{} ^{1}}]부경대학교 환경대기과학과

[eqn: {} ^{{} ^{2}}]일본 나고야대학교 대기물순환연구센터

우리나라 여름철에 빈번하게 발생하고 있는 국지성 집중호우는 대부분 불안정한 대기상태가 유발하는 대류로 인해 발생되며, 많은 인적∙물질적 피해를 가져온다. 특히, 2011년 7월 26일 오후부터 27일 오전까지 이틀간 서울 도심부에는 국지성 집중 호우(>420mm/day, 112.5mm hr[eqn: {} ^{{} ^{-1}}])로부터 유발된 홍수와 산사태로 인하여 인근지역에 70여명의 희생자들이 발생하였다. 본 연구에서는, 국지성 집중호우의 다각적 분석을 위하여 고해상도 구름모델 CReSS (Cloud Resolving Storm Simulator) 결과를 이용하였다. CReSS 수치모형의 초기 배경장 자료는 JMA-MSM (Mesoscale Spectral Model) 산출 자료가 사용되었으며, 수평 해상도는 2km, 총 격자는 500 Ⅹ 850 로 설정하였다.

CReSS 수치모형 모의 결과, 7월 26일 오후부터 27일 오전까지 이틀간 37°-38°N 사이의 해안선 주변 지역으로 일 누적강수량 200 mm 이상, 최대 600 mm 이상의 강수가 모의되었으며, 두 번에 걸친 강한 강수(26일 18시, 27일 07시)가 모의되었다. 한반도 남동해역에서는 태평양 고기압 세력이 발달하였고, 대만 남쪽 태풍 Nock-Ten 의 간접적인 영향으로 한반도 중부지방 하층(500m)의 수증기 유입이 강해지며, 360 K 이상의 상당온위 값이 한반도 서해 해안가를 따라 분포하였다. 상층(5000m)에는 북서쪽으로부터 차고 건조한 공기가 유입되어 310 K 이하의 상당온위 값이 분포하였다. 따뜻하고 습한 대기와 상층에서의 차갑고 건조한 대기가 38°N 부근 해안가 지역에서 불안정한 대기상태를 형성하였고, 해안가로 지속적으로 들어오던 따뜻한 공기는 육지 부근에서 일어나는 대류의 발달로 인해 강수시스템을 형성하였다.

이들 요인들에 의한, 불안정한 대기상태는 37°-38°N 부근 해안가 지역에 머무르면서 강수 시스템을 지속적으로 발달시킬 수 있었던 원인이 되었고, 서울지역에 강한 강수를 내리며 홍수와 산사태를 유발하였다.

사  사

본 연구는 교육과학기술부의 재원으로서 국제과학기술협력재단의 지원을 받아 수행된 연구 (No.K20607010000)이며, 일부는 2단계 BK21 지구환경시스템 사업단에 의하여 지원을 받아 수행되었습니다.

서울과 인천의 5∼7월 사이의 안개 발생 특성과 서해의 영향 고찰

김영아

국립기상연구소 지구환경시스템연구과

지난 40년(1971∼2010) 동안 서울의 안개 발생 회수는 감소 경향을 보인 반면, 서해 중부 해안에 위치한 인천은 뚜렷한 변화 경향을 보이지 않아 차이가 있었다. 그런데 월별 안개 발생 회수를 살펴보면, 서울과 인천에서 모두 5∼7월 사이의 안개 발생 회수가 계속 증가하는 경향을 보여 월 변화 경향이 서로 비슷하였고 또, 이 기간 동안만 고려할 경우 서울에서의 안개 발생 회수의 감소 경향이 뚜렷하게 나타나지 않는 특징을 보였다.

한편, 서해 중부에서 관측된 덕적도부이와 등표(서수도, 가대암) 자료를 이용하여 수온과 기온의 평균 연 변화 곡선을 살펴 본 결과, 4∼8월 동안에는 기온이 수온보다 높게 나타났으며 특히, 5∼7월 사이에는 기온이 수온보다 2℃ 이상 높아 안개 생성에 좋은 환경이 형성되어 있었다. 실제로 이 기간 동안 서해 중부에서는 안개 발생이 증가하는 것으로 알려져 있으며, 이는 같은 기간 동안 서울과 인천의 안개 발생 회수의 증가와 밀접한 관련이 있는 것으로 보인다.

서울과 인천에서 5∼7월 동안 발생한 안개의 관련성을 살펴보기 위하여 안개 발생 시간을 조사 한 결과, 인천에서는 오전 4∼5시 경에 가장 많이 발생하는 것으로 나타난 반면, 서울에서는 5∼6시 경에 가장 많이 발생하는 것으로 나타나 인천의 안개 발생이 서울의 안개 발생보다 선행하는 경향이 있었다. 또, 인천에서 오전 5시 경의 풍향을 조사한 결과, 남∼남서 계열의 바람이 우세하였고 서울에서도 역시 남∼남서풍의 바람이 우세한 것으로 나타나, 서해로부터 남∼남서 계열의 바람과 함께 이류 되어온 습윤한 공기의 영향으로 이 기간 동안 두 지역의 안개 발생이 증가한 것으로 보인다.

The characteristics of high-PM10 episodes in Seoul, Korea:

Case study (October, 2008)

Seungmin Lee and Chang-Hoi Ho

School of Earth and Environmental Sciences, Seoul National University, Seoul, Korea

While the city government has been working to curb emission of particulate matters in the past few years, the concentration of particulate matters with diameter < 10 mm (PM10) in Seoul is still about two or three times higher than that in other big cities in Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) countries (Korean Ministry of Environment, 2007). In a recent study by S. Lee et al. (2011) has examined the favorable meteorological conditions and possible source regions of high-PM10 concentration levels in Seoul, Korea. In this study, we analyzed the serious high-PM10 episode occurring on 16-20 October, 2008 and confirmed the characteristics of high-PM10 episodes in Seoul discovered in the research of S. Lee et al. (2011).

From the analysis of satellite data and wind back trajectory, we guessed that the transboundary pollutants from China considerably affected the high-PM10 concentration levels in Seoul. From the analysis of meteorological factors, we verified that the high pressure system located over the Korean peninsula played an important role in the occurrence of high PM10 episodes, inducing weak wind and stability of lower atmosphere related with accumulation of PM10 (Fig. 1).

Fig. 1. The weather conditions (wind, rainfall, haze) and PM10 concentration levels of high-PM10 episode in Seoul, during the period 16-20, October in 2008.

COMS와 MTSAT-2에서 산출한 상층수증기량의 상호비교

최학림1, 이광목1, 박중현1, 김수진2, 정주용3

1경북대학교 천문대기과학과

2기상청 국가기상위성센터 위성분석팀

3기상청 국가기상위성센터 위성기획팀

동아시아 영역에서 천리안 위성(Communication, Ocean, and Meteorological Satellite; COMS)과 MTSAT-2(Multi-functional Transport Satellite-2)는 각각 동경 128.2°와 145° 적도상공에서 운용되고 있으며, 이들 위성이 관측한 동일한 시/공간의 화소에서 산출된 자료는 일관성이 유지되어야할 필요성이 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 두 위성에서 산출되는 상층수증기량(Upper Tropospheric Humidity; UTH)의 일관성에 대해 분석하고자 한다. 위성의 수증기 채널은 대기중의 상층수증기량 변화에 민감한 특성이 있으며, UTH는 수증기 채널의 휘도온도와 기후자료에서 결정한 알고리즘 계수를 이용하여 산출한다. 산출 알고리즘 계수는 수증기 채널의 SRF(Spectral Response Function)를 적용한 RTM(Radiative Transfer Model)을 이용하여 각 위성의 채널 특성에 최적화하였다. 각 위성의 UTH 산출결과에 대한 상호 비교/검증을 위하여 동아시아 지역에서 2011년 4월부터 2011년 9월까지 약 6개월 동안 산출된 UTH와 동일한 시/공간에서 관측된 고층기상관측자료를 선별하였으며, 이의 결과를 제시하고자 한다.

사  사

이 연구는 국가기상위성센터의 “천리안 기상위성 관측자료와 기상산출물 품질관리 및 개선(I)”사업의 지원으로 수행되었습니다.

Impacts of Vicarious Calibration Applied to the Blue Bands of Terra-MODIS on the Deep Blue Aerosol Retrievals

Myeong-Jae Jeong1, N.ChristinaHsu2, E.J.Kwiatkowska3, B.A.Franz4, and G.Meister4

1Department of Atmospheric and Environmental Sciences, Gangneung-Wonju National University, Gangneung, 210-702 Korea

2Earth Sciences Division, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, 20771 USA

3TEC-EEP, European Space Agency (ESA), ESTEC, Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk ZH, The Netherlands

4Ocean Biology Processing Group (OBPG), NASA Code 614.2, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD 20771, USA

The retrieval of aerosol properties from satellites requires high accuracy and precision of radiometric measurements; therefore, characterizing satellite sensors and their calibration is crucial to acquire quality aerosol data suitable for climate study. For certain bands of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard Terra satellite, especially band 8 (B8; nominal wavelength of 412nm), the characteristics of the detectors have changed significantly over time and suffered from significant uncertainty. It has hindered us from applying the Deep Blue aerosol retrieval algorithm, which conducts aerosol retrieval over bright surfaces such as deserts, for Terra-MODIS as B8 is one of key bands employed by the algorithm. The Deep Blue aerosol retrieval algorithm has been operational for MODIS aboard Aqua since 2007. In this study we explored a possibility of utilizing a vicarious cross-calibration method for characterizing the ocean bands of Terra-MODIS, which has been developed by the National Aeronautics and Space Administration (NASA) Ocean Biology Processing Group (OBPG), to execute aerosol retrievals over bright land surfaces using the Deep Blue algorithm. Results of this study suggest that significant improvements can be made after the cross-calibration method is applied, when compared with Aqua-MODIS, MISR and Aerosol Robotic Network (AERONET) data. The results of this study were employed to produce the operational collection 5.1 Terra-MODIS Deep Blue aerosol products. The data is now publicly available through Level 1 and Atmosphere Archive and Distribution System (LAADS; http://ladsweb.nascom.nasa.gov/).

2012년 봄 학술대회 논문집

Proceedings of
Korean Meteorological
Society

<2012 기상사진전 장려상작>

포스터발표

에어러솔 입자 크기분포 산출을 위한 다파장 에어러솔 광학두께 자료의 활용

이권호

경일대학교 위성정보공학과

대기중의 에어러솔 입자는 다양한 크기로 분포하며, 입자의 크기분포에 따라 광학적 특성이 결정되어 진다. 물리적으로 대기 중 에어러솔 입자에 의한 소산계수의 총 합으로 표현되는 에어러솔 광학두께자료는 입자의 크기에 의하여 파장별로 강도가 결정된다. 따라서 에어러솔 광학 두께 값으로부터 역으로 입자의 크기분포를 찾는 것이 이론적으로 가능하다. 본 연구에서는 에어러솔 입자크기 분포를 산출하기 위하여 5개의 채널 (380nm, 440nm, 500nm, 675nm, 870nm) 에서 관측된 에어러솔 광학두께로부터 입자크기분포를 산출하였다. 에어러솔 크기분포의 결정은 미리 계산된 특성값표를 이용하는 방법을 사용하였으며, AERONET에서 제공하고 있는 AOT값을 사용하여 산출된 크기분포 결과는 AERONET에서 제공하고 있는 표준 산출물과 비교했을 때, 10% 이하의 차이를 나타내었다. 그리고 휴대용 Microtops-Ⅱsunphotometer 로 관측된 파장별 대기 에어러솔 광학두께값을 이용하여 분석한 크기 분포값을 AERONET 표준 산출물과 비교한 경우에도 비슷한 수준의 결과값이 분석되었다.

사  사

이 논문은 2010년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2010-0025871).

- 37 -

Development of MATLAB version of DISORT for atmospheric research purposes

Ukkyo Jeong1 and Jhoon Kim1

1Global Environment Laboratory/Department of Atmospheric Science, Institute of Earth Atmosphere Astronomy (IEAA), Yonsei University, Seoul, Korea.

A MATABL version of discrete ordinate method radiative transfer code was developed for researchers who are familiar with the MATLAB language. The  formulation and a solution method for the radiative transfer equation are identical to benchmark code, DISORT (Stamnes et al., 1988), except eigen vector and eigen value solver. This code use QZ method rather than QR method which is provide by MATLAB library. Results for a 5-layer test atmosphere with two scatterers were shown and intensities were validated against benchmark discrete ordinate results from DISORT and LIDORT (Stamnes et al., 1988; Spurr et al., 2001). Sensitivity tests for several atmospheric aerosol species including mineral dust, water soluble aerosol, and black carbon were also performed in order to distinguish the optical properties of different kinds of aerosols.

Acknowledgments

This work was supported by National Institute of Environmental Research (NIER) of Korea and partially supported by the Brain Korea 21 (BK21) program.

강수예측모델의 유역별 면적강수량에 대한 예측성능 분석

정진임, 양하영, 고혜영, 남경엽, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

21세기 들어 기후변화 대응과 물 관리는 전 세계 각 국의 주요 이슈로 등장하고 있다. 우리나라도 최근 기후변화로 인한 날씨와 물 순환시스템의 변화로 돌발호우, 가뭄 피해가 잦아지고 있다. 이로 인한 인적, 물적 피해를 줄이기 위해서는 댐 및 제방 건설 등의 구조적 대책과 고해상도/고품질의 강수자료와 연계한 홍수 예·경보 시스템 등과 같은 비구조적 대책을 병행하여 추진해야 된다(장기호, 2009). 특히 후자를 위해서는 예측 강수자료를 수문학적 활용 목적에 맞게 변형하는 것과 예측 정확도에 대한 정량적인 평가가 객관적으로 제시되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기상청 현업에서 사용하고 있는 수치모델들의 강수예측 자료를 유역 기반으로 산출하고 월별, 계절별, 사례별로 예측성능을 검증하고자 한다. 아울러 본 검증 결과의 수문학적 활용 가능성을 평가하고자 한다.

본 연구에서 성능 검증을 위해 사용된 현업 모델은 초단기 모델인 MAPLE와 VSRF, KLAPS, 그리고 단기 모델인 KWRF, UMRG이다. 검증 방법은 국토해양부 기준 117개 중권역에 대한 AWS 관측 면적강수량과 각 강수예측모델의 예측 면적강수량을 통계적 방법을 이용하여 비교 분석하는 것이다. AWS와 강수예측모델의 유역별 면적강수량은 티센(Thiessen)법을 이용하여 산출하였다. 그리고 정확도(ACC), 편이(BIS), 탐지율(POD), 오보율(FAR), 임계성공지수(CSI), 공정임계성공지수(ETS), Hanssen-Kuiper지수(HK), Heidke숙련도(HSS)의 정성적 검증지수와 평균오차(ME), 평균절대오차(MAE), 평방근오차(RMSE), 상관계수(CORR)의 정량적 검증지수를 산출하여 비교 분석하였다.

0.1 mm 강수 기준 최근 1년(2010년 12월~2011년 11월)의 기간에 대한 각 모델의 계절별 임계성공지수(CSI)를 살펴보면, MAPLE은 모든 계절에 예보시간 1~3시간까지 값이 0.33 이상을 유지하나 VSRF는 여름철을 제외하고 0.33 이하의 값을 보인다. KLAPS는 봄철과 가을철은 예보시간 1~12시간까지 값이 0.33 이상을 유지하고 있다. KWRF는 겨울철을 제외한 계절에서 예보시간 3~33시간까지 0.33 이상을 유지하며 특히 봄철, 여름철에는 57시간까지 0.33 이상의 값을 보이고 있다. 반면, UMRG는 여름철만이 3~45시간까지 0.33 이상의 값을 유지하는 것으로 나타난다.

본 연구의 결과는 초단기·단기모델간의 블렌딩에 활용되어 수문기상용 최적 강수예측 정보를 산출하는데 도움을 줄 수 있을 것이며 또한 수문 유관기관의 현업에 사용되는 유량 예측모델의 고해상도 강수예측 입력 자료를 제공하는데 활용할 수 있을 것이다.

사  사

본 연구는 기상청 재원의 국립기상연구소 주요사업 “시범지역 수문기상 기술개발”의 일환으로 수행되었습니다.

강원지역에 대한 WRF모의 강우량과 COMS위성 및 지표면 관측자료 비교 분석

김태명1, 이규태2, 지준범3, 정주용1

1국가기상위성센터 위성기획과

2강릉원주대학교 3국립기상연구소 응용기상연구과

강원지역은 복잡한 지형과 동해의 영향으로 인해 기상 변화의 예측이 쉽지 않다.  예측 능력을 향상시키기 위해서는 실시간 강우 감지가 중요하며 이를 위해 위성의 강우 자료를 활용하기도 한다.  그러나 강우를 관측하는 위성은 극궤도 위성이므로 연속 관측이 불가능한 단점이 있기 때문에 정확도는 낮으나 한 지점에서 연속 관측이 가능한 정지궤도 위성을 이용하는 노력이 이루어지고 있으며 국내연구결과로 지준범과 이규태(2010)는 동아시아를 대상으로 MTSAT-1R 위성의 적외 채널 밝기온도와 마이크로웨이브 위성들의 관계성을 이용하여 강우강도를 추정하였다.  이렇게 추정된 강우의 실시간 감지와 예측 능력을 향상시키기 위해 중규모 기상 관측 및 분석 결과가 중요하게 활용된다(오현미 외, 2001).  일반적인 강우량 분석 및 검증자료로는 주로 기상청 자동기상관측소(Automatic Weather Station; AWS)의 강우량 자료를 사용한다.  AWS 강우량 자료는 강우를 직접 관측함으로써 정확성은 뛰어나나 공간 해상도가 고해상도 예측 모델 및 위성에 비해 현저히 낮고 정지궤도위성을 이용해 추정한 강우량은 공간해상도는 AWS에 비해 조밀하나 위성과 AWS는 관측방법의 물리적인 특성차이로 인해 정확도 판단에 어려움이 있어 적절한 비교 · 분석 방법 연구의 중요성이 강조된다.  즉 예측 및 추정되는 강우와 지상 관측 자료의 적절한 비교 방법 연구는 더 나은 예측 결과와 추정 결과에 기여할 수 있다.

본 연구에서는 예측된 강우와 추정된 강우의 적절한 비교 분석법을 제시하였다.  강우예측 모델로는 WRF 모델을 이용하였고, 수평해상도는 666.67m × 666.67m이다. 3차원 변분자료동화 기법을 이용한 관측자료 동화를 적용하고, 고분해능 고도 및 지면 그리고 알베도 자료를 사용하였으며, 레이더 자료를 이용한 전처리 과정을 수행하였다.  본 연구에서는 강우강도 산출시 한반도 위도영역(30°N~40°N, 80°E~160°E)에 대하여 정지궤도위성인 천리안위성(이하 COMS)의 적외 채널 밝기온도 자료와 TRMM TMI센서의 강우강도자료를 이용하였으며, 구름의 밝기온도는 강우량의 누적분포와 동일하다(Atlas et al(1990), Crosson et al(1996))는 PMM(Probability Matching Method)기법을 이용해 COMS관측시간마다 조견표를 갱신하는 방법으로 강우량을 추정하였다.

분석 방법은 약한 강수역을 정도에 따라 제거하고 분석하였으며, 연구자료(WRF 및 COMS)와 검증자료(AWS)의 matching 개수에 따라 분석하였다.  그리고 COMS는 ‘분리대기창(Split window)’ 기법에 따른 분석을 추가로 하여 연구자료와 검증자료의 적절한 비교 · 분석 방법에 대해 연구하였다.  본 발표에서는 수치예보모델 및 위성강우강도 분석법과 그에 따른 결과를 제시하고자 한다.

사  사

본 연구는 국가기상위성센터의 “기상위성 운영 및 활용기술개발” 사업의 지원으로 수행되었습니다.

병합기법을 이용한 유역별 최적예측강수 자료산출

양하영, 정진임, 고혜영, 남경엽, 이철규, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

최근 지구온난화 및 기후변화로 인해 단시간에 높은 강우강도를 가지고 발생하는 집중호우·홍수 등의 위험기상으로 인한 인명 및 재산피해가 빈번하게 발생하고 있어 강수예측에 대한 중요성이 부각되고 있다. 단기 강수예측모델은 다양한 관측자료의 사용과 자료동화기법의 개발로 예측능력이 크게 향상되었지만 1∼6시간의 예측에서는 수치모델의 고유특성인 스핀업(spin-up; Kasahara 등, 1992) 등 내재된 불확실성이 여전히 남아있다. 반면 초단기 강수예측모델은 레이더기반으로 외삽법을 이용하여 1∼3시간까지 높은 정확도의 강수예측을 하지만 강수에코의 생성․소멸의 물리과정을 포함하지 않아 3시간 이후의 정확도가 낮아진다. 이러한 단기 및 초단기 강수예측모델의 장점을 반영하여 최적 강수예측 자료 생산을 위한 연구를 수행하였다. 초단기와 단기모델의 예측강수 병합연구는 Golding(1998)에 의해 시작되었으며, 심재관(2005), Li(2005), Kilambi(2005), Atencia(2010)등에 의해 강수병합 가중치에 대한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 유역별 초단기 및 단기 강수예측모델의 예측성능을 평가하였으며 각 모델의 예측성능 기반의 최적 강수예측 자료 병합기법을 개발하였다. 향후 최적 강수예측 자료 생산체계가 구축되면 수문관련 유관기관에서 하천관리에 사용하는 유량예측모델에 시․공간적 고해상도의 강수예측정보를 제공하여 수문분야의 유량예측 정확도 향상에 기여할 것으로 기대된다.

사  사

본 연구는 기상청 재원의 국립기상연구소 주요사업 “시범지역 수문기상기술개발 연구”의 일환으로 수행되었습니다.

천리안 해양관측위성을 활용한 에어로솔 광학특성 산출

최명제1, 김 준1, 이재화2

1연세대학교 대기과학과 / 대기복사연구실

2NASA / Goddard Space Flight Center, University of Maryland / ESSIC

2010년 6월 발사된 천리안 해양관측위성(GOCI, Geostationary Ocean Color Imager)은 한반도를 중심으로 2500km⨯2500km 영역의 해양영역을 500m⨯500m의 공간 해상도로 매일 00UTC부터 07UTC까지 한 시간 간격으로 관측을 수행하고 있다. GOCI는 가시광 영역에 총 8개의 채널(412, 443, 490, 555, 660, 680, 745, 865nm)을 가지고 있는데, 이 중에서 412, 443, 490, 555, 660, 865nm 채널을 이용한 다중 채널 알고리즘(Lee et al., 2010)을 통해 에어로솔의 광학 두께(Aerosol Optical Depth), 미세모드율(Fine-mode Fraction), 에어로솔의 유형을 산출할 수 있다. 이를 활용하여 천리안 해양관측위성은 한반도 주변의 장·단기 해양환경 및 기후변화 모니터링을 할 수 있다.

실제로 GOCI가 발사되기 이전에 사전 연구로 개발된 알고리즘을 MODIS 자료로 적용시켰을 때, 안면도의 AERONET sun/sky radiometer 관측값과 비교하여 분석한 결과 선형회귀식의 기울기가 1.09, 상관계수는 0.89로 높은 상관계수를 보였다. 이를 GOCI 자료를 활용한 에어로솔 광학두께의 값과 GOCI의 관측영역에 해당하는 여러 지역의 AERONET 관측 값과 비교한 결과 선형회귀식의 기울기가 육지와 해양에서 각각 1.15, 1.44로 둘 다 GOCI가 AERONET보다 더 높은 값을 산출하고 있음을 알 수 있다. 한편 상관계수는 육지와 해양에서 각각 0.86, 0.97로 높은 상관계수를 보인다. MODIS 자료를 사용하였을 때 보다 GOCI 자료를 사용하였을 경우 지상 AERONET자료보다 더 높은 에어로솔 광학두께 값을 산출하고 있다. 에어로솔 광학두께 산출값의 정확도를 더 높이기 위해서는 최근의 AERONET 역추산(inversion)자료를 활용하여 에어로솔 모델의 개선되어야 하며, 구름제거와 지표면 반사도 산출의 정확도도 향상되어야 할 것이다.

참고문헌

Jaehwa Lee, Jhoon Kim, Chul H. Song, Joo-Hyung Ryu, Yu-Hwan Ahn, C.K. Song (2010), Algorithm for retrieval of aerosol optical properties over the ocean from the Geostationary Ocean Color Imager, Remote Sensing of Environment, 114, 5, 1077-1088, 2010.

사  사

이 연구는 한국해양연구원의 “정지궤도해양위성 활용연구사업” 및 기상지진기술개발사업 (CATER 2012-2065)의 지원으로 수행되었습니다.

WRF-CHEM모델을 이용한 에어러솔이 강수에 미치는 영향 분석

채상희1, 이근희1, 이철규1, 안광득2, 최영진1

1국립기상연구소 응용기상연구과

2예보연구과

국립기상연구소에서는 2008년부터 항공 및 지상실험을 통해 인공적으로 기상조절 실험을 수행해 왔다. 기상조절 실험에 쓰이는 CaCl2나 AgI 연소탄들은 점화되면서 에어러솔 입자상태로 방출된다. 이 에어러솔 입자가 구름에 유입되어 응결핵이나 빙정핵으로 작용하여 핵화과정을 통해 같은 기상조건(구름) 일 때 좀 더 많은 양의 강수를 내리게 할 수 있다. 앞서 언급한 항공 및 지상실험 결과들을 주로 관측기기의 자료를 가지고 분석해왔다. 이런 관측적 분석은 제한적 요소가 많고 시․공간적인 분석이 어렵기 때문에 수치모델을 이용한 분석이 반드시 필요하다.

본 연구는 WRF-CHEM(The Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry)모델 V3.1.1을 이용하여서 선정된 특정 사례일에 특정 시간, 위치에 에어러솔 배출시나리오를 주고 화학메커니즘 옵션과 에어러솔 옵션에 따른 실험을 통해서 에어러솔이 구름이나 강수에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. WRF-CHEM은 인위적 배출자료를 생성하여 대기중의 복사, 광분해, 미세물리 과정들의 루틴들과 함께 상호작용을 통해 에어러솔의 직접효과와 간접효과를 고려하여 모의 가능하다. 또한 입자적 질량뿐만 아니라, 오존(O3)과 자외선 복사의 예측 및 화학종류들의 전체적인 상호작용과 함께 날씨/확산/대기질 모델이 결합되어져 있어 이 연구에 적용하기 접합하다. 에어러솔이 구름이나 강수에 미치는 영향을 살펴보기 위해서 본 연구에서는 Table 1과 같이 실험을 설계하였다. EXP1은 CHEM과 결합하지 않은 일반 WRF모델의 결과물이다. EXP2와 EXP3은 WRF-CHEM의 결과물로서 에어러솔 효과를 고려한 실험이다. EXP2와 EXP3은 PM2.5 배출을 사례일의 12UTC에서 23UTC까지 배출지역(9GP)과 배출고도(0.5km) 그리고 배출량(10000㎍/m3․m/s)은 같은 조건을 주고 화학메커니즘 옵션과 에어러솔 옵션에 따른 민감도를 살펴보았다.

에어러솔 효과를 고려한 EXP2와 EXP3의 결과물을 가지고 예보시간에 따른 0.5km 상공에서의 PM2.5 에어러솔 확산장을 그려 봤을 때 바람장에 따라 에어러솔의 확산이 잘 일어난 것을 확인할 수 있었다. 그리고 12시간 동안에 누적 강수량 분포 차이를 비교해 본 결과 에어러솔이 확산된 풍하측에 강수가 증가하는 경향을 보임을 확인할 수 있었다. 또한 EXP1과 비교 했을 때 에어러솔 효과를 포함한 실험에서 면적 평균된 ice와 graupel의 혼합비가 증가하고, 반면에 cloud water는 감소하였다. 이는 구름속에 에어러솔이 유입되면서 과냉각수적(cloud water의 일부)과 핵화과정을 통해 빙정을 생성하게 되어 ice의 혼합비가 증가하고 이렇게 생성된 빙정입자들이 지상과 더 가까이 떨어지면서 싸락눈이나 비로 내렸을 것으로 사료된다.

사  사

이 연구는 국립기상연구소 주관의 “녹색성장 지원기술 개발” 과제와 한국연구재단 과제(No.2009-0085533)의 지원을 받아 수행되었습니다.

Table 1. Experiment design.

	EXP1	EXP2	EXP3
Chemistry driver	NO-CHEM	RADM2	CBMZ
Aerosol driver	NO	MADE/SORGAM	MOSAIC
Num. of aerosol bin	-	-	8
Effect of aerosol	NO	Direct and indirect	Direct and indirect
Photolysis		Fast-J photolysis	Fast-J photolysis
Feedback from aerosol	NO	ON	ON

GOSAT TANSO-CAI를 이용한 흡수성 에어러솔 알고리즘 설계

이상희, 김 준, 이한림, 정연진, 김우경, 조희구

연세대학교 대기과학과 대기복사연구실

기후변화 중 지구온난화에 주로 기여하는 이산화탄소, 메탄 등의 온실가스와 더불어 가장 관심시되고 있는 인자로 흡수성 에어러솔(absorbing aerosol)이 있다. 이러한 흡수성 에어러솔은 장파복사를 흡수하여 지구온난화에 기여하는 온실가스와 달리 주로 단파복사를 흡수한다. 흡수성 에어러솔에 의한 복사강제력은 약 0.4 ~ 0.6 W/m2 으로 약 1.45 W/m2 의 복사강제력을 가지는 이산화탄소 다음으로 메탄과 더불어 가장 높다. 또한 흡수성 에어러솔은 체류기간이 100년 정도인 이산화탄소와 달리 체류기간이 약 1달로 배출 규제 시 그 효과가 이산화탄소에 비해 단기에 나타나는 장점이 있다.

이렇듯 지구온난화의 주범으로 뽑히는 요소 중의 하나인 흡수성 에어러솔의 산출을 위해 본 연구에서는 2009년 1월에 발사된 Greenhouse gases Obsorbing SATellite (GOSAT) 위성에 탑재된 Thermal And Near-infrared Sensor for carbon Observation -Cloud and Aerosol Imager (TANSO-CAI) 센서 자료를 이용하였다. GOSAT TANSO-CAI 센서는 모두 4개의 채널을 가지고 있으며, 이 중 0.38 ㎛ 채널을 활용하여 흡수성 에어러솔을 분류하는 알고리즘을 구축하고 있으며, 이를 통해 기후변화에 대한 이해를 높이고자 한다. 이에 대한 사전 연구로 kim et al. (2007)이 개발한 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer - Ozone Monitoring Instrument (MODIS-OMI) 알고리즘을 분석하였으며, 이를 통한 흡수성 에어러솔의 유형 구분 및 그 결과를 GOSAT TANSO-CAI 결과와 비교하였다.

사  사

이 연구에 사용된 자료를 제공해 준 NIES - GOSAT project team에게 감사드립니다.

CloudSat 위성을 이용한 열대지역 대류운의 수직구조 분석

최민진, 손병주

서울대학교 지구환경과학부

2007년 1월 한 달 간 CloudSat 위성의 radar reflectivity 자료를 이용하여 열대의 대표적인 두 대륙인 아프리카 (20°N-20°S, 0°E-40°E), 남아메리카 (10°N-30°S, 40°W-70°W)와 온난 해수역을 포함하는 서태평양 영역 (20°N-20°S, 100°E-180°E)에 대해 각 지역에서 발생한 대류운의 수직적 구조를 비교 분석해 보았다. 잘 발달된 대류운은 매우 큰 광학두께와 높은 운정 고도를 가지므로 본 연구에서는 CloudSat과 동 시간에 관측된 MODIS 적외 채널 (11.03 μm) 밝기 온도 값이 205 K 보다 낮은 경우 대류운으로 정의하였다. 이 때 주변 격자의 밝기 온도 표준편차가 1 K 보다 작고 가시광 반사도의 표준편차와 평균값의 비가 0.03보다 작은 균질하게 발달된 대류운만을 선택하였다. 아프리카와 남아메리카 영역에서 관측된 대류운의 수는 각각 217, 248개였고 서태평양 영역에서는 771개의 대류운이 관측되었다. 대류운의 평균 운정 고도는 세 지역 모두 16 km 근방으로 나타났으나 그 중 서태평양의 대류운이 가장 높게 발달하였다. 그러나 radar reflectivity가 0 dBZ, 10 dBZ가 되는 평균 고도는 아프리카에서 13.7 km, 10.8 km, 남아메리카에서 14.4 km, 11.6 km, 그리고 서태평양에서는 12.3 km, 8.9 km로 서태평양 영역의 대류운에서 비교적 낮게 나타났다. 이러한 특징은 고도별 히스토그램을 2차원 평면상에 나타내는 CFAD 분석에서도 나타난다. 10 dBZ 이상의 큰 radar reflectivity 값이 높은 빈도수로 나타나는 고도는 남아메리카에서 약 11 km로 가장 높았고 서태평양의 경우는 약 7 km로 매우 낮게 나타났다. 더불어 고도별 평균을 취했을 때 radar reflectivity의 최댓값과 그 고도를 각각 살펴보면 남아메리카에서는 11km 근방에서 11 dBZ로, 아프리카에서는 9 km, 10 dBZ, 그리고 서태평양에서는 7 km, 8 dBZ로 나타났다. 입자가 큰 수적이 있을 경우 radar reflectivity가 크게 나타나므로 아프리카와 남아메리카의 대류운은 크기가 큰 얼음입자가 높은 고도까지 부유하여 밀집된 운정 (packed cloud top)을 가진다고 볼 수 있다. 반면, 서태평양 영역에서 탐지된 대류운은 큰 얼음입자가 운정 가까이에 존재하지 않는 비교적 성긴 운정 (fuzzy cloud top)의 구름이라 볼 수 있다.

사  사

본 연구는 교육과학기술부 Brain Korea 21 사업의 지원으로 수행되었습니다.

Characteristics of the parameters for passive microwave rainfall estimations inferred from TRMM observation.

HeaLim Kim, DongBin Shin

Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University

마이크로파 센서로부터의 강수관측은 여러 가지 인자들로 인해 불확실성을 가질 수 있다. 이들 인자 중 마이크로파 센서의 field of views(FOV) 내 강수의 비균질성, 밝은 띠고도(bright-band), 빙결고도(freezing level), 사전데이터베이스 대표성 등이 마이크로파 강수산출 불확실성에 영향을 미치고 있다. 특히, 강수의 비균질성은 밝기온도(brightness temperature)와 강수와의 비선형관계로 인해 beam-filling error를 초래하며, 밝은 띠의 존재는 초과적인 방출(emission)을 증가시켜 강수산출의 불확실성을 야기한다. 그리고 강우분포고도(rain column height)에 대한 부정확한 정보도 마이크로파 강수산출의 불확실성에 영향을 미치는 인자 중에 하나이다.

본 연구에서는 Tropical Rainfall Measuring Missions(TRMM)의 PR 산출물 2A25(Near Surface Rain), 2A23(Rain Type, Freezing and Bright-band Height)와 TMI 산출물인 1B11(밝기온도)의 관측 자료들을 사용하여 마이크로파 강수산출 불확실성에 영향을 미치는 인자들의 관측특성에 대해 살펴보았다. 또한 TMI와 PR 자료를 사용하여 사전 데이터베이스를 구축하고 이러한 인자들이 마이크로파 강수산출 정확도에 미치는 영향에 대해서 알아보았다.

에너지 수지식 기반 실제 증발산량 산출 및 검증

박수재1, 오미림1, 한경수2, 이민지2, 김인환2

1국립기상연구소 지구환경시스템연구과

2부경대학교 공간정보시스템공학과

지표와 대기의 에너지 교환을 담당하는 증발산은 지표 에너지 수지와 물 순환 과정에서 물 수지의 직접적인 영향을 미치는 주요 요소이며 기상학적인 요인 (태양복사, 대기온도, 습도, 대기압, 풍속, 강수) 및 지표와 캐노피 특성 (알베도, 지표거칠기)에 따른 영향을 받는다.  지표-대기 간의 에너지 교환 및 기후변화 연구에서 증발산의 중요성이 인식되면서 미항공우주국 (NASA)과 유럽기상위성센터 (EUMETSAT)에서 전 지구적 및 지역적으로 증발산량을 모니터링하고 정량화하기 위한 연구를 진행하고 있다.

국립기상연구소에서는 에너지 수지식을 기반으로 하여 SPOT/VGT 채널 및 식생지수, Terra/MODIS 지표면 온도, MTSAT-1R 채널 자료 등의 다양한 위성 관측 자료를 이용하여 시기에 따라 변화하는 지표 거칠기를 반영한 동아시아 지역 일 증발산량 산출 알고리즘 원형을 2011년에 개발하였다. 한반도 지역을 대상으로 시공간 일치 자료를 구축하였으며 이를 기반으로 증발산량 산출에 필요한 계수를 지표 거칠기에 따라 산정하였고 이를 동아시아 지역으로 확장하여 적용하였다.

본 연구에서는 지표면 온도, 대기 온도, 식생 지수, 순복사 자료를 이용하여 2009년 1년 동안의 동아시아 지역 일 증발산량을 산출하였으며 Terra/MODIS 증발산량 자료와 비교하였다. 본 연구에서 산출한 일 증발산량 값이 Terra/MODIS 일 증발산량 값보다 높게 산출되는 초기 결과를 보였다. 또한 한반도 내 플럭스 타워 관측 자료를 사용하여 직접 검증을 수행하고 그 타당성을 평가할 계획이다.

향후 연구에서는 MTSAT-1R 위성을 기반으로 산출된 일사량 자료를 COMS 위성 일사량 자료를 적용하여 산출할 계획이며 동아시아 지역 플럭스 타워 관측 자료를 이용하여 비교 검증을 수행할 예정이다.

Acknowledgements

본 연구는 국립기상연구소에서 수행하는 주요연구사업 “관측지진 기술지원 및 활용연구” 사업의 지원으로 수행되었습니다.

The data were provided by KoFlux from the projects funded by Korea Forest Research Institute and the A3 program of National Research Foundation of Korea.

최적의 위성 온습도프로파일 산출을 위한 NIMR 1-DVAR

원형 알고리즘 안정도 비교

한현준1, 구태영1, 오미림1, 박경진2

1국립기상연구소 지구환경시스템연구과

2국립기상연구소 응용기상연구과

직접 관측과 수치모델결과의 조합을 통해 최적의 추정값을 만들기 위한 방법은 다양하다. 1-DVAR (1-Dimensional Variational Data Assimilation)는 그중에 한 방법으로서 다양한 분야에 적용될 수 있는 방법이다.

국립기상연구소에서는 1-DVAR 기법을 바탕으로 고해상도 위성스펙트럼자료와 복사전달모델의 결과를 사용하여 최적의 대기온도프로파일을 산출하는 NIMR 1-DVAR 원형 알고리즘의 개발을 최근에 완료하였다. NIMR 1-DVAR 원형 알고리즘의 계산 절차는 Met Office 1-DVAR의 계산 절차를 차용했지만, 반복해 계산을 위한 방법은 Levenberg-Marquardt 방법을 사용하며 위성 복사량 모의 및 복사전달모델의 자코비안을 계산하기 위해 가장 최근에 출시된 RTTOV10.1을 사용한다는 점이 영국 Met Office 1-DVAR 코드와 차이가 있다.

본 연구에서는 NIMR 1-DVAR 원형 알고리즘의 계산 안정도를 분석하기 위해 영국 Met Office 1-DVAR 코드와 비교 실험을 수행하였다. 2011년 국내 4개소(백령도, 오산, 포항, 고산)의 존데 관측자료를 배경자료로 사용하였으며, 존데비양시간과 같은 시간에 METOP/IASI에 의해 관측된 고해상도 위성스펙트럼자료를 사용하였다. 두 1-DVAR 알고리즘에 동일한 배경자료와 위성스펙트럼자료를 초기자료로 사용하고 동일한 조건하에 도출된 최적의 온도프로파일과 배경프로파일과 비교하여 NIMR 1-DVAR 원형 알고리즘의 계산 안정도를 판별하고자 하였다. 1-DVAR 성능에 영향을 미치는 배경 오차 공분산 행렬, 관측 오차 공분산 행렬, 채널 선택 등과 같은 요소들은 동일한 가정과 조건을 가지고 두 1-DVAR 알고리즘에서 사용되었다.

두 알고리즘에서 최종적으로 도출된 온도프로파일은 서로 유사한 형태를 보인다. 또한 반복해 계산에 따른 매 단계에서 안정된 계산 성능을 보여준다. 하지만 1-DVAR 성능에 영향을 미치는 요소들이 단순한 가정 하에서 수행되었기 때문에 향후의 분석은 각 요소들이 좀 더 세부적인 형태와 목적을 가지고 수행될 필요가 있다.

사  사

본 연구는 국립기상연구소에서 수행하는 주요 연구사업 “관측지진기술 지원 및 활용연구” 사업의 지원으로 수행되었습니다.

이중편파레이더를 이용한 대기수상체 분류 사례분석

허솔잎1, 강미영1, 남경엽1, 고혜영1, 이충기2, 이철규1, 최재천1, 최영진1

1기상청 국립기상연구소

2국토해양부

현재 기상청에서 운영 중인 기상레이더는 총 10대의 단일편파레이더로 2016년까지 S-밴드 이중편파레이더로 교체할 계획을 가지고 있으며 국립기상연구소는 기상청 이중편파레이더 현업운영에 대비하여 2009년 X-밴드 이중편파레이더를 도입하여 선행연구를 수행하고 있다. 또한 국토해양부는 비슬산과 소백산에 S-밴드 이중편파레이더를 도입하여 현재 운영 중에 있다. 이중편파레이더는 반사도([eqn: Z`]) 뿐만 차등반사도([eqn: Z _{DR}]), 차등전파위상([eqn: phi _{DP}]), 비차등위상편이([eqn: K _{DP}]), 교차상관계수([eqn: rho _{HV}])의 편파 변수가 산출되어 관측인자들의 특성을 비교하여 단일편파에서는 불가능하였던 대기수상체(비, 눈, 우박 등)를 분류할 수 있다. 이러한 장점은 레이더 자료 품질 개선과 강수량 추정 정확도 향상에 도움을 준다. 그러나 현재 국내에서는 S-밴드에 적용한 대기수상체에 관한 연구가 진행되고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 향후 S-밴드 이중편파레이더 현업적용을 위해 비슬산 조화봉(해발 1057m)에 설치된 S-밴드 이중편파레이더 자료를 이용하여 현재 국립기상연구소 연구용 X-밴드 이중편파레이더의 대기수상체 분류 알고리즘을 적용하여 분석하고자 한다. 분류방법은 NCAR에서 도입된 Fuzzy logic 기법을 이용한 소속함수를 적용하였으며, 2011년 여름철 기간 동안 발생한 강수사례에 대해 분석하였다.

본 연구의 결과를 토대로 향후 도입될 이중편파레이더의 향상된 고품질 레이더 기상자료를 기반으로 현업 예보지원 및 정량적 강우예측 향상에도 기여할 것으로 사료된다.

사  사

이 연구는 국립기상연구소 주요사업 “관측지진 지원기술 및 활용연구”과제의 지원으로 수행되어졌다.

Effects of two-way grid nesting on ocean wave modeling

김민영1, 문일주1

1제주대학교 해양기상학 협동과정

In ocean wave modeling, it is common that large and coarse domain provides a boundary condition to smaller and finer domain, which is call by one-way grid nesting. This method implies that there is no feedback from coarse to fine resolution. Under the typhoon wind conditions, the feedback may play an important role in wave simulation, particularly in the storm core. This study investigates impacts of a two-way grid nesting on ocean wave simulation using WAVEWATCH III (WW3) under typhoon wind forcing. We designed that in the two-way grid nesting system, the mutual data exchanges between coarse and fine domain occur at every time step, while in the one-way system, the data transfers only occur to one direction from coarse to fine domain. Comparison results of wave characteristics between two experiments will discussed in the presentation.

Impacts of river plume on the tropical cyclone intensity:

Idealized plume patch experiments using GFDL-POM coupled model

김성훈1, 문일주1, 권석재2

1제주대학교 해양기상학 협동과정

2국립해양조사원 해양조사연구실

The impacts of the river plume (RP) on the tropical cyclone (TC) intensity are investigated from idealized plume patch experiments using the GFDL-POM coupled model. Here, plume patches with the vertical salinity gradients of 0, 0.72, 0.5, 0.17 psu m-1 ahead of a storm’s passage are applied for an ideal TC with an initial intensity of 950 hPa translating to the northwest over spatially homogeneous ocean (10-m ocean mixed layer). The experimental results reveal that the TCs passing through a patch with stronger salinity gradient are more intensified along with a remarkable reduction of the SSS cooling near the patch. The maximum increase of the intensity (deepening of ∼16-hPa central pressure relative to control experiment without the RP patch) is found at the patch experiment with a 0.72-psu m-1 salinity gradient just before the TC has passed through the patch, as a result of a less sea surface cooling of ∼2oC within a storm’s core than the control one.  These results clearly demonstrate that the RP plays a significant role in the increase of the TC maximum intensity.

Sea level projections using 0.1o high-resolution ocean model in the Northwestern Pacific

오상명1, 문일주1, 권석재2

1제주대학교 해양기상학 협동과정

2국립해양조사원 해양조사연구실

IPCC 전지구 기후모델 결과를 초기와 경계 조건으로 사용하여 수온 변화에 따른 해수체적 변화를 모의할 수 있는 해양순환 모형을 고해상도로 수행하여 북서태평양에서 기후변화에 따른 해수면 변화를 예측하였다. 이 연구는 저해상도 IPCC 기후모델이 모의하지 못하는 북서태평양의 상세 해수면 변동 특징을 밝히고 미래 기후변화 시나리오에 따른 한반도 연안의 상세 평균 해수면 변동 시나리오를 구축하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 해수 체적변화를 모의할 수 있는 MOM4.1 모델을 선택하여 한반도를 포함한 북서태평양을 0.1°의 고해상도로 IPCC AR4 A1B와 A1F1 시나리오에 따라 21세기 말까지 해수면 변동과 그에 따른 해양의 변화를 분석하였다.

위성을 이용한 한반도 주변 해상의 야간 안개 탐지

부산대학교 대기과학전공

박형민, 김재환, 박주선

해무와 해수면의 밝기온도 차이가 적기 때문에, 야간에 적외채널을 사용하여 해무를 탐지하는 것은 매우 어렵다. 이러한 어려움을 해결하기 위해, 세 가지 경계값을 사용한 새로운 야간 해무 탐지 알고리즘을 개발하였다. 먼저, 해무를 포함한 하층운 영역을 해수면과 구분하기 위해 3.7 ㎛ 과 11 ㎛ 밝기온도의 차이를 이용하였다. 다음으로, 해무보다 고도가 높은 하층운을 제거하기 위해 해수면온도(SST: Sea Surface Temperature)와 운정의 밝기온도 차이를 이용하였다. 이 과정에서 구름이 존재하는 지역의 SST이 필요하여, 구름을 투과하여 SST측정을 할 수 있는 마이크로웨이브 채널 센서인 AMSR-E (Advanced Microwave Sounding Radiometer for EOS)의 자료를 사용하였다. 운정 밝기온도는 MTSAT-1R (Multi-functional Transport Satellite-1 Replacement)의 11 ㎛ 밝기온도를 사용하였다. 두 센서로 측정된 온도의 보정을 위해 1733 UTC 관측자료 중 구름이 없는 해상의 SST와 11 ㎛ 밝기온도의 회귀식을 사용하였다. 그리고 두 온도의 차이가 3 K 이하인 곳을 안개 후보지역으로 설정하였다. 마지막으로 남아있는 하층운의 제거를 위해 해무와 하층운 운정 표면 밝기온도의 표준편차를 이용한 균질성 검사를 수행하였다. 하층운 제거과정 중 하층운이 제대로 제거되지 않거나, 해무영역이 제거되어버리는 기상연구소의 안개 탐지 알고리즘에 비해 본 연구에서 개발된 해무 탐지 알고리즘이 더 높은 정확성을 가졌다. 개발된 해무 탐지 알고리즘을 이용하여 우리나라 주변의 2008년 월별 해무 발생 분포를 도출하였다. 우리나라 주변의 해무는 봄에 발생하기 시작하여 초여름에 최대를 기록하였고, 이후 급격히 감소하는 패턴을 보였다.

Evaluation of the ozone retrievals from Korean Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS) measurements simulated from OMI

박주선, 김재환

부산대학교

Korea is planning to launch the GEMS instrument into a geostationary platform in 2018 to monitor the tropospheric air pollutants on an hourly basis over East Asia. The GEMS instrument will measure the backscattered UV radiances covering the 300-500 nm wavelength range with a spectral resolution of 0.6 nm. We are in charge of developing the ozone retrieval algorithm in the GEMS program. The main object of this study is to evaluate the ozone products such as ozone profile, tropospheric/stratospehric/total column ozone amounts from the simulated GEMS measurements. The Ozone Monitoring Instrument (OMI) Level1B radiances, which have the spectral range of 270-500 nm at  spectral resolution of 0.42-0.63 nm, are used to represent the GEMS radiances. We use an ozone retrieval algorithm based on the optimal estimation technique. Firstly, we compare the retrieval characteristics of averaging kernels and degrees of freedoms derived from the 270-340 nm (OMI) and 300-340 nm (GEMS) wavelength ranges. This comparison will let us know what kind of ozone information contents from GEMS measurements can be obtained in comparison to OMI. Secondly, we use the ozone measurements from Microwave Limb Sounding and ozonesonde stations to evaluate the capability of the simulated GEMS ozone measurements. This study will contribute to diagnose the strength and weakness of the retrieval performance from the proposed GEMS spectral range of 300-500nm.

- 오시는 길 -

호암교수회관 인터넷 주소 : http://www.hoam.ac.kr/index.html

	사단법인 한국기상학회 Korean Meteological Society
	서울특별시 영등포구 신길동 508 시원빌딩 704호(150-050) 전화 :02-835-1619 Fax :02-849-1541 전자우편 : komes@komes.or.kr 홈페이지 : http://www.komes.or.kr