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본 연구에서는 기상청의 장기예보 서비스 지원을 목적으로 국립기상과학원에서 운영 중인 현업 기후예측시스템의 운영 체계를 소개하고, 차기 버전인 GloSea6에서 개선된 사항들을 다루었으며, 단기간의 시험적 모델 수행을 통해 GloSea6의 예측 성능 특성을 간략히 분석하였다. 기후예측시스템은 대기, 지면, 해양, 해빙 모델로 구성되어있고 시스템의 세부 설정은 영국기상청이 구축한 GC를 따르고 있다. 기존의 현업 기후예측시스템인 GloSea5는 GC2.0을 적용해왔으나, GloSea6는 GC3.2를 적용하여 운영될 예정이며, 그에 따라 기존 버전에 비해 여러가지 사항들이 개선되었다.
기후예측시스템은 다수의 앙상블 멤버로 예측장과 기후장을 생산하여 그 편차장을 통해 1개월 전망, 6개월 전망 등을 예측한다. 예측장 생산 시에는 매일의 초기날짜마다 75일 예측 멤버 4개와 240일 예측 멤버 4개가 함께 수행되며, 기후장 생산 시에는 매월 정해진 4개의 초기날짜마다 255일 예측 멤버 7개가 수행된다. 향후 GloSea6의 현업 운영 시에는 앙상블 멤버 개수가 증가될 예정이다. 모델 수행에 앞서, 토양수분 보조자료를 확보하기 위해 off-line JULES를 이용한 준실시간 지면초기화 과정이 수행되고, 초기입력자료의 해상도를 기후예측시스템의 해상도에 맞춰 내삽하는 등의 전처리 과정을 거친다. 모델 적분시에는 OASIS 결합자를 통해 대기와 해양 사이에 변수들이 서로 교환되며, 전체 기간을 15일 간격으로 끊어서 재시작하는 방식을 취한다.
GloSea6는 기존 버전에 비해서 많은 부분에서 개선이 이루어졌는데, 대기모델의 경우 대표적으로 6A convection scheme이 도입되었고, 앙상블 멤버 생산을 위한 추계물리 기법이 보다 개선된 SKEB2와 SPT로 교체되었다. 지면모델에서는 기존에 단일층으로 모의하던 눈을 다중 적설층으로 모의하도록 개선되었다. 해양·해빙모델의 격자 체계가 기존의 ORCA025에서 eORCA025로 확장되었고, 빙붕의 이류를 라그랑지안 빙산모델로 새롭게 구현하였다. 또한, 해빙을 기존에는 단일층으로 모의했으나, GloSea6에서는 다층 열역학 방정식이 도입되어 여러 층으로 나누어 처리하게 되었다.
본 연구에서는 8개의 앙상블 멤버를 사용하여 45일 모의를 통해 산출한 2020년 6월의 전지구 월평균장을 대상으로 500 h㎩ 지위고도장, 남북풍의 동서평균장, 1.5 m 지상기온, 강수, 해수면온도에 대해서 GloSea6의 모의 결과가 보여주는 특성을 GloSea5의 결과와 비교하여 분석하였다. 500 h㎩ 지위고도장과 남북풍의 동서평균장의 경우, 적도 지역에서 개선을 확인할 수 있었다. 1.5 m 지상기온의 경우에도 미 대륙, 유럽내륙, 호주 등에서 오차가 개선되었으며, 특히 한반도에서는 폭염 예측 성능 개선의 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 강수 모의에서도 인도양, 적도 중앙태평양과 한반도 남쪽의 장마전선 모의에 있어서 더 나아진 결과를 보였다. 해수면온도 모의에서는 적도 동태평양을 제외한 열대와 중위도의 많은 지역에서 개선된 결과를 확인하였다.
GloSea6의 기후학적 특성에 대한 검증은 이 논문의 Part 2에서 장기간 기후모의자료 생산을 통해 이루어질 예정이다. 향후 GloSea6의 현업화를 통해 보다 개선된 예측 정보를 제공함으로써 장기예보 정확도 향상에 기여하고자 한다.
기후예측시스템은 다수의 앙상블 멤버로 예측장과 기후장을 생산하여 그 편차장을 통해 1개월 전망, 6개월 전망 등을 예측한다. 예측장 생산 시에는 매일의 초기날짜마다 75일 예측 멤버 4개와 240일 예측 멤버 4개가 함께 수행되며, 기후장 생산 시에는 매월 정해진 4개의 초기날짜마다 255일 예측 멤버 7개가 수행된다. 향후 GloSea6의 현업 운영 시에는 앙상블 멤버 개수가 증가될 예정이다. 모델 수행에 앞서, 토양수분 보조자료를 확보하기 위해 off-line JULES를 이용한 준실시간 지면초기화 과정이 수행되고, 초기입력자료의 해상도를 기후예측시스템의 해상도에 맞춰 내삽하는 등의 전처리 과정을 거친다. 모델 적분시에는 OASIS 결합자를 통해 대기와 해양 사이에 변수들이 서로 교환되며, 전체 기간을 15일 간격으로 끊어서 재시작하는 방식을 취한다.
GloSea6는 기존 버전에 비해서 많은 부분에서 개선이 이루어졌는데, 대기모델의 경우 대표적으로 6A convection scheme이 도입되었고, 앙상블 멤버 생산을 위한 추계물리 기법이 보다 개선된 SKEB2와 SPT로 교체되었다. 지면모델에서는 기존에 단일층으로 모의하던 눈을 다중 적설층으로 모의하도록 개선되었다. 해양·해빙모델의 격자 체계가 기존의 ORCA025에서 eORCA025로 확장되었고, 빙붕의 이류를 라그랑지안 빙산모델로 새롭게 구현하였다. 또한, 해빙을 기존에는 단일층으로 모의했으나, GloSea6에서는 다층 열역학 방정식이 도입되어 여러 층으로 나누어 처리하게 되었다.
본 연구에서는 8개의 앙상블 멤버를 사용하여 45일 모의를 통해 산출한 2020년 6월의 전지구 월평균장을 대상으로 500 h㎩ 지위고도장, 남북풍의 동서평균장, 1.5 m 지상기온, 강수, 해수면온도에 대해서 GloSea6의 모의 결과가 보여주는 특성을 GloSea5의 결과와 비교하여 분석하였다. 500 h㎩ 지위고도장과 남북풍의 동서평균장의 경우, 적도 지역에서 개선을 확인할 수 있었다. 1.5 m 지상기온의 경우에도 미 대륙, 유럽내륙, 호주 등에서 오차가 개선되었으며, 특히 한반도에서는 폭염 예측 성능 개선의 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 강수 모의에서도 인도양, 적도 중앙태평양과 한반도 남쪽의 장마전선 모의에 있어서 더 나아진 결과를 보였다. 해수면온도 모의에서는 적도 동태평양을 제외한 열대와 중위도의 많은 지역에서 개선된 결과를 확인하였다.
GloSea6의 기후학적 특성에 대한 검증은 이 논문의 Part 2에서 장기간 기후모의자료 생산을 통해 이루어질 예정이다. 향후 GloSea6의 현업화를 통해 보다 개선된 예측 정보를 제공함으로써 장기예보 정확도 향상에 기여하고자 한다.
목차
Abstract
1. 서론
2. GloSea6 기후예측시스템 운영체계 및 개선
3. GloSea6 모델의 개선
4. GloSea6 모의 특성 분석
5. 요약
REFERENCES
참고문헌 (73)
참고문헌 신청
Alistair Adcroft / 2004 / Rescaled height coordinates for accurate representation of free-surface flows in ocean circulation models / Ocean Modelling 7(3-4):269~284
Robert Adler / 2018 / The Global Precipitation Climatology Project (GPCP) Monthly Analysis (New Version 2.3) and a Review of 2017 Global Precipitation / Atmosphere 9(4):138
Arakawa, A. / 1966 / Computational design for long-term numerical integration of the equations of fluid motion: Two-dimensional incompressible flow. Part I / J. Comput. Phys. 1:119~143
Baran, A. J. / 2016 / The impact of two coupled cirrus microphysics-radiation parameterizations on the temperature and specific humidity biases in the tropical tropopause layer in a climate model / J. Climate 29:5299~5316
Beckmann, A. / 1997 / A method for improved representation of dense water spreading over topography in geopotential-coordinate models / J. Phys. Oceanogr. 27:581~591
Robert Adler / 2018 / The Global Precipitation Climatology Project (GPCP) Monthly Analysis (New Version 2.3) and a Review of 2017 Global Precipitation / Atmosphere 9(4):138
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Baran, A. J. / 2016 / The impact of two coupled cirrus microphysics-radiation parameterizations on the temperature and specific humidity biases in the tropical tropopause layer in a climate model / J. Climate 29:5299~5316
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