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Summary
목차
제1장 연구의 개요 18
1. 연구의 목적 18
(1) 제안배경 및 필요성 18
(2) 연구추진체계 19
제2장 이어도해양과학기지 해양-대기 열속 연구를 위한 제반 환경분석 20
1. 국·내외 기관의 열속 모수화 방안 비교 분석 및 개선 방안 20
(1) 국내 및 주요 선진국의 열속 관측·모수화 연구 현황 및 추진 방향 20
(2) 국외 선진기관들과의 격차분석(gap analysis)을 통해 우리나라 해상 열속 연구의 한계점 및 개선점 24
2. 이어도해양과학기지 활용 해양-대기 열속 연구의 필요성 및 방향성 29
(1) 기존 연구사업 용역사업과의 중복 및 연계성, 연구개발의 성공 가능성, 파급효과 등 기술적 타당성 29
(2) 기지 활용 해양-대기 열속 연구의 중요성과 기대효과 분석 29
(3) 해양-대기 열속 연구의 활용분야와 구체적 활용 예 31
3. 제반 환경분석 결과를 기반으로 연구목표 및 추진 계획 수립을 위한 시사점 31
제3장 이어도해양과학기지 해양-대기 열속 관측 방안 및 추진계획 수립 33
1. 이어도해양과학기지에서의 안정적인 대기-해양 열속 관측 및 자료 생산 체계 확립 방안 33
(1) 해양-대기 열속 최적 관측체계 구축 방안 마련 및 간접추산 기법 정립 33
(2) 주요 재분석자료들을 활용한 관측 해양-대기 열속 교차 검증과 품질검사 체계 수립 33
2. 이어도해양과학기지의 해양-대기 열속에 대한 최적 관측체계 구축안 34
(1) 현 해양과학기지의 열속 직접관측체계 분석 및 운영에 관한 문제점과 개선점 34
(2) 이어도해양과학기지 현장 방문하여 관측 장비 설치 위치의 적정성 및 설치 환경 분석 36
(3) 최적의 관측체계 구축안을 도출·수립 41
3. 해양-대기 열속의 간접추산 및 품질검사 체계 구축안 51
(1) 해양과학기지에서 직접 관측한 자료를 바탕으로 간접추산 기법 정립 51
(2) 직접 관측자료와 간접추산 자료를 종합적으로 고려한 품질검사 체계 54
4. 주요 열속 재분석자료들과의 비교·검증 방안 56
(1) 해양과학기지에서 산출된 직·간접 해상 열속 산출물과 국외 선진 기관에서 제공 중인 열속 재분석 자료간 상호 비교 및 검증 체계 56
제4장 해양-대기 열속 모수화 개선 방안 수립 59
1. 해양-대기 열속 모수화 개선을 위한 개발 전략 계획 59
2. 개발된 모수화 적용에 따른 수치모델 예측 성능 평가 계획 63
3. 해양-대기 열속 모수화 방안 수립을 통해 해상 극한기상의 모의 능력 향상 방안 67
(1) 모수별 민감도 실험 수행에 근거한 최적의 해양-대기 열속 모수화 방안 개발 및 성능 평가 방안 수립 67
(2) 개선된 해양-대기 열속 모수화식을 적용한 수치모델의 극한기상 예측성 정량 평가 방안 79
제5장 단계별·분야별 열속 연구방법 및 세부추진 전략 수립 83
1. 각 분야별(관측 방안 및 모수화 방안) 열속 연구에 대한 단계별 연구추진체계 83
(1) 분야별 열속 연구의 최종 연구목표를 제시하고 연구·기술개발 로드맵 및 추진전략 83
(2) 도출된 추진전략을 바탕으로 세부 추진전략 및 세부과제별 연구개발 추진 계획 85
(3) 최종 목표에 부합하는 로드맵의 각 핵심 개발기술별 성과 수준 및 정량적 성과목표 86
(4) 핵심 연구주제의 목표달성을 위한 단계별 세부 연구내용과 연구범위 설정 86
(5) 핵심 연구주제의 목표달성을 위한 단계별 소요 예산, 인력 및 장비 세부내역 88
제6장 결론 90
참고문헌 92
중간보고회 자문의견서 100
최종보고회 자문의견서 103
〈표 2-1〉 모수화 방안에 따른 풍속 범위와 운동량 속 전달 매개변수 실험식 25
〈표 3-1〉 풍향·풍속 센서 품질검사 결과 40
〈표 3-2〉 교차 검증 대상 재분석자료 선정 결과 57
〈표 4-1〉 Meteo-France에서 개발한 SURFEX의 해표면 운동량 속, 열속, 습도 전달계수 66
〈그림 1-1〉 대기-해양 상호작용 모식도 18
〈그림 1-2〉 연구추진계획 모식도 19
〈그림 2-1〉 16개 모델(청색 막대)과 앙상블 평균(진회색 막대), 10개 재분석 자료(회색... 21
〈그림 2-2〉 CMIP3와 CMIP5 모델의 Pre-Industrial Control Simulation 자료로부터... 22
〈그림 2-3〉 연구에 사용한 8개 알고리즘의 거칠기 길이에 대한 방정식 24
〈그림 2-4〉 모수화 방안에 따른 운동량 속 전달 매개변수 실험식의 비교 26
〈그림 2-5〉 COARE-plus(Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment-plus)... 26
〈그림 2-6〉 시간당 평균 표면 열속 28
〈그림 3-1〉 열속 관측장비 구성(왼쪽) 및 자료처리 모듈 EC100(오른쪽) 34
〈그림 3-2〉 열속 관측 자료의 동일 시각 중복 현상 35
〈그림 3-3〉 이어도해양과학기지 현장 점검 수행 36
〈그림 3-4〉 이어도해양과학기지 기상관측 장비 구성 37
〈그림 3-5〉 타워 1(왼쪽)과 타워 2(오른쪽)의 온습도계와 강수량계 38
〈그림 3-6〉 풍향·풍속계(왼쪽)와 일사계(오른쪽) 38
〈그림 3-7〉 기압계(왼쪽)와 운고계(오른쪽) 39
〈그림 3-8〉 북서쪽(왼쪽)과 남동쪽(오른쪽)에 설치되어 있는 열속 관측장비 39
〈그림 3-9〉 2005부터 2019년까지 전체 분석 기간 및 계절별 바람장미 41
〈그림 3-10〉 2005부터 2019년까지 월별 바람장미 분석 41
〈그림 3-11〉 2019년 9월 1일부터 10일까지 이어도해양과학기지에서... 42
〈그림 3-12〉 2019년 9월 1일부터 10일까지 이어도해양과학기지 Roof... 43
〈그림 3-13〉 2019년 9월 1일부터 10일까지 이어도해양과학기지의 남동쪽에 위치한... 44
〈그림 3-14〉 2019년 9월 1일부터 10일까지 이어도해양과학기지의 남동쪽에 위치한... 44
〈그림 3-15〉 2019년 9월 1일부터 10일까지 이어도해양과학기지의 남동쪽에 위치한... 45
〈그림 3-16〉 2019년 9월 1일부터 10일까지 이어도해양과학기지의 남동쪽에... 46
〈그림 3-17〉 에디공분산법을 이용한 다양한 해양-대기 열속 직접관측 플랫폼들 (1) Norwegian... 47
〈그림 3-18〉 해양-대기 열속 관측을 위한 해상 타워인 WHOI Air-Sea Interaction... 47
〈그림 3-19〉 경도법을 통한 열속 산출을 위한 관측 장비 개념도 48
〈그림 3-20〉 현재 이어도해양과학기지의 열속 직접 관측장비 위치 49
〈그림 3-21〉 이어도해양과학기지 해양-대기 열속 관측체계 50
〈그림 3-22〉 Acoustic Doppler Current Profiler의 개념도 50
〈그림 3-23〉 극표층 정밀 유속 관측 플랫폼 모식도 51
〈그림 3-24〉 열속 직접관측자료 품질검사 체계 55
〈그림 3-25〉 일반기상자료 품질검사 체계 56
〈그림 3-26〉 이어도해양과학기지 열속 자료와 재분석자료 간 교차 검증 체계 58
〈그림 3-27〉 수행 체계에 따른 시간별, 계절별 예시 결과 58
〈그림 4-1〉 모수화 방안 개선을 통한 해상 극한 현상 예측성 향상 추진체계 60
〈그림 4-2〉 엘니뇨 예측을 위한 Convolutional Neural Network의 설계도 61
〈그림 4-3〉 해양의 Sub-Meso-Scale 특성을 저해상도 자료로부터 추정하기 위해... 61
〈그림 4-4〉 인공지능 지능을 적용한 전달계수 추정 연구 모식도 62
〈그림 4-5〉 MONTBLEX-90의 측정에서 도출된 평균 풍속 및 온도 구배 값에 대해... 63
〈그림 4-6〉 (a) DNS 및 DNS-DCS (b) DCS, DNS-FCS, FCS의 경우 2009년 3~5월 동안... 64
〈그림 4-7〉 MOST와 L-Y를 적용하여 계산된 10년 동안의 NINO3와 NINO3.4 지수 65
〈그림 4-8〉 MOST와 L-Y를 적용하여 계산된 NINO3과 NINO3.4 지수에 회귀한 SST 66
〈그림 4-9〉 태풍 링링(LINGLING) 경로 68
〈그림 4-10〉 이어도해양과학기지에서 관측된 태풍 링링의 (a) 해면기압, (b) 풍속,... 68
〈그림 4-11〉 WRF-ROMS의 변수 교환 정보 69
〈그림 4-12〉 WRF-ROMS 도메인 70
〈그림 4-13〉 해상 열속 민감도 실험 흐름도 71
〈그림 4-14〉 모델에서 모의 된 태풍 링링의 경로 72
〈그림 4-15〉 이어도해양과학기지 지점에서 (a) 해면기압, (b) 풍속, (c) 해수면 온도 73
〈그림 4-16〉 이어도해양과학기지 지점에서 연직 해수온 분포 74
〈그림 4-17〉 대기-해양 상호작용에 따른 민감도 실험 결과 (a) 잠열속, (b) 현열속 75
〈그림 4-18〉 모수화 방안에 따른 민감도 실험 결과 76
〈그림 4-19〉 하향 잠열속 실험의 흐름도(왼쪽) 및 모의된 태풍 경로(오른쪽) 77
〈그림 4-20〉 이어도 지점을 중심으로 위도 방향의 수심 단면도(왼쪽) 및 시계열(오른쪽) 78
〈그림 4-21〉 태풍 중심주변 (a) 해수면 온도, (b) 잠열속, (c) 현열속 및 기압 고도별 평균... 78
〈그림 4-22〉 동아시아 고수온 현상에 따른 지역별 지속기간에 대한 패턴(왼쪽)과... 80
〈그림 4-23〉 (a, e) Hybrid, (b, f) Anomaly, (c, g) Local 및 (d, h) Large 기법으로 탐지된... 81
〈그림 4-24〉 1970년부터 2009년까지의 북반구 겨울철(DJF)에 관측된 표면 온도 편차(a)와... 82
〈그림 5-1〉 5차년도 이어도해양과학기지 모수화 연구·기술개발 로드맵 83