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기상자원기술개발 IV. 연구 내용 및 결과 가. 서남해 해상과 연안지역의 풍력자원 비교평가 - 풍속,풍향,주변 지표면 거칠기, 고도에 따른 풍향변화,난류강도 및 풍력 에너지 밀도를 분석한 결과,연안지역에 위치한 고창에 비하여 해상에 위치한 해모수 지점 풍력자원의 품질이 우수한 것으로 나타남. 특히, 해모수 지역은 풍향 변화가 적고 난류강도가 낮으며 풍속의 변동성이 적어 풍력발전에 지리적 위치가 중요한 요인 중 하나임을 시사함 나. 풍력발전 기초진단 가이던스 - 평균적으로 해당 풍력발전단지효율은 대기안정도가 약한 불안정,불안정, 안정 그리고 강한 불안정 순서로 높은 줄력효율을 나타냈으며,주 풍향이 북서풍이고 대기안정도가 약한 불안정일 때 약 80%로 가장 높은 효율을 나타내고 있음. 전체적으로 풍력발전단지의 효율은 어느 정도의 불안정대기상태일 때 가장 높은 효율을 나타내고 있으나, 아주 강한 불안정 대기 상태보다는 안정한 대기상태일 때의 발전효율이 높게 나타남 다. 국지예보모델 기반의 규모상세화 체계 (KMAPP) 구축 및 성능평가 - 기상청 현업 국지예보모델인 LDAPS의 성긴 해상도를 개선하여 초고해상도 KMAPP 체계를 구축하였음. 이로부터 기상자원지도 생산체계를 고도화 하였음. 또한, KAMPP의 편의보정을 위해 DNN 모델을 적용함. KMAPP의 성능 평가를 위해 관측 자료와 비교 검증함. 검증 결과 LDAPS, KMAPP, DNN의 RMSE는 기온이 각각 1.86, 1.45, 1.46을 나타내고,풍속이 각각 1.97, 1.77, 1.49을 보임 라. 계절예측시스템을 이용한 기상자원 예측성 평가 및 계절전망 - GloSea5의 과거재현자료와 장기예측자료를 이용하여 한반도 풍력자원 예측성을 평가하고 태양광 기상자원을 전망함. 풍속의 경우 전체적으로 lead time이 증가함에 따라 ACC (Anomaly Correlation Coefficient)는 감소하는 경향이 나타났으며,모델 편차 보정 결과 해안지역에서는 관측과의 편차가 감소하였음. 대상기간 중 한반도 겨울철 가용 태양광 기상자원은 평년보다 많을 것으로 전망되었으며, 지역별 월별 변동성은 상이하게 나타남 마. 고해상도 기상자원 예측시스템 개발 연구(IV) (학술연구용역) - 2016년에 구축된 고해상도 기상자원 예측시스템 개발 연구(Ⅲ)를 바탕으로 준실시간 운영 체계를 실시간 운영으로 고도화하면서 규모상세화와 지점 특화 가이던스의 입·출력단을 개선하고 지표이용도 보정 적용, 그리고 태양광 기상자원 예측시스템의 자동화,풍력 및 태양광 기상자원의 검증을 수행함. 이에 대한 실시간 표출시스템 및 사용자 인터페이스 개발과 지형 효과, 대기안정도 등을 고려한 풍속 외삽식의 경험적 계수 산출 및 검증을 바탕으로 풍속 외삽기법을 개선함 ( 출처: 요약문 13p ) 수문기상 감시 및 예측기술 개발 IV. 연구 내용 및 결과 1. 안동댐 유역 수문기상 관측자료 분석 - 2017년 연강수량은 894.6mm, 연평균 기온은 11.1 ℃이며 토양수분은 21.7~30.1 %의 범위를 나타냄. 에너지요소의 에너지수지(Rn-LE-H-G) 폐합률이 모두 70% 이상으로 확인되었음. - 2013 ~ 2017년 동안의 안동댐유역 물수지 분석 결과 유출량, 증발산량,토양 수분량 순으로 강수량의 연변동성에 영향을 받는 것으로 확인되었음. 2. Off- line 지면모델 기반 수문기상정보 산출 기술 개선 가. 한반도 유량 예측을 위한 지면-수문 결합모델 적용성 평가 - 기존에 구축된 기상-수문결합모델(WRF-Hydro)의 대상유역을 확장하여 관측 자료 기반 전국 수문기상요소(토양수분, 유량) 산출을 위해 유량 모의에 영향을 미치는 매개변수 및 초기조건에 대한 민감도 실험을 수행함 - 민감도 실험 결과 매개변수 조절을 통하여 한반도 영영의 유량 모의능력을 확인하였으며, 초기 토양수분의 경우 모의기간에 따라 유량에 미치는 영향이 달라지는 것으로 판단됨. 나. Off-line JLUES-RFM 구축 - JULES 모델 내 물리적인 하천추적과정을 포함하는 RFM 하천유출모델 구 동을 위해 GIS를 활용한 RFM 보조자료(flow dircection, flow accumulation)를 산출하였음. - 가상 격자에 대한 시험 구동한 결과,모델의 매개변수 조정을 통해 RFM 보조자료를 따라 유출이 발생하는 것을 확인하였으며, 해상도 민감도 실험을 통해 고해상도 실험에서 강수량에 따른 첨두유량 증가, 첨두시간 당겨 짐을 모의하였음. 다. 초고해상도 지표·토양정보 산출기술 개발 - 환경부 중분류 토지이용도, 국립농업과학원 정밀토양분포도 기반 지표/토양 보조자료를 사용하여 Korea Meteorological Administration Post Processing (KMAPP)-JULES 기반 100 m 해상도의 24시간 지표-토양 예측정보 산출 체계를 구축하였음. - 6900 x 6700 격자의 계산시간 단축을 위해 계산영역을 분할하고 분할된영역에 대한 JULES 모델 병렬구동 후 취합하는 방식을 통해 24시간 예측자료를 40분 이내에 산출할 수 있는 체계를 구축하였으며,KMAPP-JULES 구동 결과 한반도 전역에 대해 지표온도 및 토양 변수 들의 100m 해상도 상세 공간분포 산출이 가능해 짐. 3. 장기예측시스템 기반 수문기상예측정보 산출을 위한 기반기술 개발 - GloSeaS 기반 JULES-TRIP (0.125도 해상도) 구동 정합성 평가 및 검증을 완료하였음. - 상세유역 하천유량 예측정보 산출을 위한 TRIP 해상도 개선 및 해상도 별 주요 유역에 대한 변동성을 분석하였음. 또한 1 ~ 3개월 수문기상예측정보 산출을 위해 필요한 고해상도 수문기후값을 산출하였음. 4. 수문기상재해 대응 지원을 위한 수문기상 분석/예측정보 활용기술 개발 가. 잠재 돌발홍수위험도 감시 체계 구축 - 기 구축된 TOPLATS 지면모델 기반 수문기상정보 생산체계와 현업 국지예보 모델 예측강수량을 이용한 잠재 돌발홍수위험도 감시 시스템(http://172.20.23.170:8080)을 구축하였음 . - 7 ~ 9월 기간동안 잠재 돌발홍수위험도 감시 시스템의 적용성을 검토한 결과 주요 집중호우 사례에 대해 돌발홍수 위험 신호가 나타났으며 실시간 감시를 위한 레이더 및 초단기예측시스템 예측강수량 적용이 필요할 것으로 판단됨. 나. 가뭄 분석 및 가뭄정보 다원화 연구 - 남한 전역에 대해 기상학적 가뭄지수(SPI, PDSI)와 위성기반의 NDVI 기반 식생모니터링 자료를 활용한 CART 기계학습 알고리즘을 적용을 통해 식생가뭄반응지수(Vegetation Drought Response Index)를 산출하였음. - 2008~ 2009년 태백 가뭄사례에 적용 결과 기상학적 가뭄에서 나타나지 않았던 가뭄 산간 지역의 가뭄 변화를 지속적으로 표현하고 있었으며,가뭄 판단이 보다 길게 지속되는 것을 확인하였음. - 현업수치모델의 SURF 과정을 통해 자료동화된 토양수분과 ASOS 관측강수량 및 WAMIS를 통해 제공되는 주요 지점 유출량 정보를 활용하여 통합가뭄정보를 산출하였음. - 2017년 가뭄사례를 이용한 평가 결과,통합가뭄정보는 7월 평년수준(104%)의 강수량으로 가뭄이 완화되는 것으로 분석되었으나 선행 지속기간에 기상학적 가뭄지수(SPI)는 심한 가뭄이 지속되는 것으로 나타남. ( 출처: 요약문 137p ) |
