WRF-Chem 모델과 결합된 CFD 모델을 활용한 도시 지역의 일산화탄소 확산 연구

권아름,박수진,강건,김재진 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.5

본 연구에서는 CFD 모델을 WRF-Chem 모델과 결합(WRF-CFD 모델)하였고, 서울 영등포구에 소재한건물 밀집 지역에서 흐름과 일산화탄소(carbon monoxide, CO) 분포 특성을 조사하였다. 이를 위하여, 자동기상관측소에서 측정한 풍속, 풍향과 도시대기측정소에서 측정한 CO 농도를 이용하여 수치 모의 결과를 검증하였다. AWS 510 지점에서는 남풍과 남서풍 계열 바람이 측정되었고, 야간 시간 보다는 주간 시간에 높은 풍속이 측정되었다. WRF-Chem 모델은 주로 동남동풍에서 서남서풍 계열의 바람을 수치 모의하였고, 측정 풍속을과대 모의하였다. WRF-CFD 모델이 수치 모의한 풍향은 WRF-Chem 모델 풍향에 대한 의존도가 높았고, 측정풍속을 상대적으로 잘 수치 모의하였다. 통계적 검증 지수에 대한 목표 값과 추천 범위를 고려하였을 때, WRFCFD 모델이 WRF-Chem 모델에 비해 측정 풍속을 통계적으로 더 현실적으로 수치 모의하였다. WRF-Chem 모델은 측정 CO 농도를 크게 과소 모의하였고, WRF-CFD 모델은 CO 농도 예측을 개선하였다. 통계적 검증 결과를 종합한 결과, WRF-CFD 모델은 도시 지역에 복잡하게 분포한 건물과 이동 오염원을 고려함으로써 CO 농도예측 성능을 개선하였다. 5월 22일 04시에는 AQMS가 위치한 지역에는 하강류가 존재하고, 상층으로부터 비교적 낮은 농도의 CO가 유입되면서 주변 지역에 비해 낮은 농도가 수치 모의되었다. 5월 22일 15시에는 AQMS 측정 지점에 약한 상승류가 형성되었고, 이에 따라 주변보다 다소 높은 CO 농도가 나타났다. WRF-CFD 모델은 상승류에 의해 도로의 이동 오염원으로부터 배출된 CO를 AQMS 측정 고도까지 수송하여, 결과적으로, 측정 CO 농도를 잘 재현한 것으로 판단된다. 5월 22일 18시 사례는 CO 배출량 증가, 상승류 발생 지역 증가, 풍속증가로 인한 지면 근처의 난류운동에너지 생성 증가에 따른 난류 확산 증가 등으로 인해 전체적으로 높은 CO 농도가 수치 모의되었다. AQMS 지점에서는 하강류가 수치 모의되었지만, 풍상측에 형성된 고농도의 CO 밴드로 인해WRF-CFD 모델은 측정 CO 농도를 과대 모의하였다. We coupled a CFD model to the WRF-Chem model (WRF-CFD model) and investigated the characteristics of flows and carbon monoxide (CO) distributions in a building-congested district. We validated the simulated results against the measured wind speeds, wind directions, and CO concentrations. The WRF-Chem model simulated the winds from southwesterly to southeasterly, overestimating the measured wind speeds. The statistical validation showed that the WRF-CFD model simulated the measured wind speeds more realistically than the WRF-Chem model. The WRF-Chem model significantly underestimated the measured CO concentrations, and the WRF-CFD model improved the CO concentration prediction. Based on the statistical validation results, the WRF-CFD model improved the performance in predicting the CO concentrations by taking complicatedly distributed buildings and mobiles sources of CO into account. At 04 KST on May 22, there was a downdraft around the AQMS, and airflow with a relatively low CO concentration was advected from the upper layer. Resultantly, the CO concentration was lower at the AQMS than the surrounding area. At 15 KST on May 22, there was an updraft around the AQMS. This resulted in a slightly higher CO concentration than the surroundings. The WRF-CFD model transported CO emitted from the mobile sources to the AQMS measurement altitude, well reproducing the measured CO concentration. At 18 KST on May 22, the WRF-CFD model simulated high CO concentrations because of high CO emission, broad updraft area, and an increase in turbulent diffusion cause by wind-shear increase near the ground.

WRF-Chem 모형을 이용한 한반도 대기질 모의

이재형(Jae-Hyeong Lee),장임석(Lim-Seok Chang),이상현(Sang-Hyun Lee) 한국기상학회 2015 대기 Vol.25 No.4

There is an increasing need to improve the air quality over South Korea to protect public health from local and remote anthropogenic pollutant emissions that are in an increasing trend. Here, we evaluate the performance of the WRF-Chem (Weather Research and Forecasting-Chemistry) model in simulating near-surface air quality of major Korean cities, and investigate the impacts of time-varying chemical initial and lateral boundary conditions (IC/BCs) on the air quality simulation using a chemical downscaling technique. The model domain was configured over the East Asian region and anthropogenic MICS-Asia 2010 emissions and biogenic MEGAN-2 emissions were applied with RACM gaseous chemistry and MADE/SORGAM aerosol mechanism. Two simulations were conducted for a 30-days period on April 2010 with chemical IC/BCs from the WRF-Chem default chemical species profiles (‘WRF experiment’) and the MOZART-4 (Model for OZone And Related chemical Tracers version 4) (‘WRF_MOZART experiment’), respectively. The WRF_MOZART experiment has showed a better performance to predict near-surface CO, NO₂, SO₂, and O₃ mixing ratios at 7 major Korean cities than the WRF experiment, showing lower mean bias error (MBE) and higher index of agreement (IOA). The quantitative impacts of the chemical IC/BCs have depended on atmospheric residence time of the pollutants as well as the relative difference of chemical mixing ratios between the WRF and WRF_MOZART experiments at the lateral boundaries. Specifically, the WRF_MOZART experiment has reduced MBE in CO and O₃ mixing ratios by 60~80 ppb and 5~10 ppb over South Korea than those in the WRF-Chem default simulation, while it has a marginal impact on NO₂ and SO₂ mixing ratios. Without using MOZART-4 chemical IC, the WRF simulation has required approximately 6-days chemical spin-up time for the East Asian model domain. Overall, the results indicate that realistic chemical IC/BCs are prerequisite in the WRF-Chem simulation to improve a forecast skill of local air quality over South Korea, even in case the model domain is sufficiently large to represent anthropogenic emissions from China, Japan, and South Korea.

CMIP5 Historical 시나리오에 근거한 WRF를 이용한 한반도 중심의 동북아시아 상세기후

안중배(Joong-Bae Ahn),홍자영(Ja-Young Hong),서명석(Myung-Suk Seo) 한국기상학회 2013 대기 Vol.23 No.4

In this study, climate over Korea based on the Historical scenario induced by HadGEM2-AO is simulated by WRF. For this purpose, a system that can be used be for numerical integration over the Far East Asian area of the center of the Korean Peninsula with 12.5 km-horizontal resolution was set-up at “Haebit”, the early portion of KMA Supercomputer Unit-3. Using the system, the downscaling experiments were conducted for the period 1979-2010. The simulated results of HadGEM2-AO and WRF are presented in terms of 2 mtemperature and precipitation during boreal summer and winter of Historical for the period 1981~2005, compared with observation. As for the mean 2 m-temperature, the general patterns of HadGEM2-AO and WRF are similar with observation although WRF showed lower values than observation due to the systematic bias. WRF reproduced a feature of the terrainfollowing characteristics reasonably well owing to the increased horizontal resolution. Both of the models simulated the observed precipitation pattern for DJF than JJA reasonably, while the rainfall over the Korean Peninsula in JJA is less than observation. HadGEM2-AO in DJF 2 mtemperature and JJA precipitation has warm and dry biases over the Korean Peninsula, respectively. WRF showed cold bias over JJA 2 m-temperature and wet bias over DJF precipitation. The larger bias in WRF was attributed to the addition of HadGEM2-AO’s bias to WRF’s systematic bias. Spatial correlation analysis revealed that HadGEM2-AO and WRF had above 0.8 correlation coefficients except for JJA precipitation. In the EOF analysis, both models results explained basically same phase changes and variation as observation. Despite the difference in mean and bias fields for both models, the variabilities of the two models were almost similar with observation in many respects, implying that the downscaled results can be effectively used for the study of regional climate around the Korean Peninsula.

WRF 모형의 집중호우사상 시공간적 패턴 재현 능력 평가

이정훈,장수형,김상단 한국방재학회 2015 한국방재학회논문집 Vol.15 No.5

This paper presented a base study for new methodology that uses a physical based regional climate model that can also incorporate the effect of the nonstationarity of atmospheric process. To this end, we examined the capability of the WRF in reproducing the selected historical heavy rainfall events over Korea. WRF used the NCEP FNL reanalysis data, RTG Sea Surface Temperature data and ADP Global Surface Observational Weather data for its initial and boundary conditions. Nine experiments are carried out by changing the physics option (microphysics processes and cumulus parameterization process). Numerical simulation results showed a big variation in rainfall according to initial and boundary condition and cumulus parameterization. In physics option, WRF single-Moment 6-class scheme and New Kain-Fritsch scheme were reasonably reproduced in spatial distribution of rainfall, but the amount was overestimated and dose not reproduce temporal distribution of rainfall. This indicates that a new methodology necessary to WRF for hazard mitigation. 본 연구는 대기 프로세스의 비정상성의 효과를 반영할 수 있는 물리적 기반의 지역 기후 모델을 이용하는 새로운 방법을 제시하기 위한 기반연구이다. 이를 위해 WRF를 이용하여 과거 호우사상을 재현하였고 모의능력을 평가하였다. 모형의 초기조건 및 경계조건을 설정하기 위해서 NCEP의 재분석 자료와 해수면 온도 자료, 지상관측 자료가 사용되었다. 미세물리 과정과 적운 모수화 과정을 변경해가며 총 9개의 수치 실험이 실시되었다. 수치모의 결과는 강수량이 초기조건 및 경계조건과 적운 모수화에 영향을 받는 것으로 나타났다. 물리 옵션 중에서 WRF single-Moment 6-class 방안과 New Kain-Fritsch 방안은 강우의 공간적인 분포는 합리적으로 재현하였지만, 총 발생강수량이 과대 산정되었으며, 시간적인 분포는 재현하지 못했다. 이는 방재분야에 WRF를 적용하기 위해서는 새로운 방법론이 필요하다는 것을 나타낸다.

Parameter Sensitivity Analysis of the WRF-Hydro Modeling System for Streamflow Simulation: a Case Study in Semi-Humid and Semi-Arid Catchments of Northern China

Yuchen Liu,Jia Liu,Chuanzhe Li,Fuliang Yu,Wei Wang,Qingtai Qiu 한국기상학회 2021 Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences Vol.57 No.3

The WRF model is nowadays the most widely applied mesoscale numerical weather prediction model. Its land-surface hydrological modeling module, WRF-Hydro, which is designed to facilitate the land-surface modeling being coupled with WRF, draws more and more attentions from both the meteorological and the hydrological community. In this study, four sensitive and principle parameters of WRF-Hydro are tested in semi-humid and semi-arid areas of northern China. These parameters include the runoff infiltration parameter (REFKDT), the surface retention depth (RETDEPRT) controlled by a scaling parameter named RETDEPRTFAC, the channel Manning roughness parameter (MannN), and the overland flow roughness parameter (OVROUGHRT) controlled by the scaling parameter OVROUGHRTFAC. WRF-Hydro is designed with a 100-m horizontal grid spacing in two catchments of northern China. The performance of WRF-Hydro with different parameterisation combination schemes is tested for simulating a typical 24-h storm events with uniform rainfall evenness in space and time. The Nash-Sutcliffe efficiency and the root mean squared error of the simulated streamflow, together with the cumulative amount of the simulated rainfall is chosen as the evaluation statistics. It is found that REFKDT and MannN are the most sensitive parameter among the four parameters, and the case is especially evident with unsaturated soil conditions. In order to obtain the most reasonable value range, REFKDT and MannN are further verified by another three 24-h storm events with different spatial and temporal evenness. The range of REFKDT from 2.0 to 3.0, and the MannN scale factor from 1.5 to 1.8 is found to give the best results. The findings of this study can be used as references for calibration of the WRF-Hydro modeling system in semi-humid and semi-arid regions with similar rainfall-runoff response characteristics. The methodologies to design and test the combination schemes of parameterisations can also be regarded as a reference for evaluation of the WRF/WRF-Hydro coupled system for land-surface process modeling.

동아시아 폭염에서의 지면-대기 상호작용: 토양수분 초기화 효과를 중심으로

윤동혁,강태훈,차동현,이명인,민기홍,김주완,송창근 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

본 연구에서는 미 항공 우주국에서 개발된 Land Information System (LIS)와 고해상도 수치 모델 Weather Research and Forecast (WRF)를 사용하여 2016년 동아시아 폭염 사례의 지면-대기 상호작용에 대한 토양수분 초기화의 영향을 파악하였다. 토양수분 초기화를 위해 LIS 내에 포함된 Noah Land Surface Model (Noah-LSM)에 재분석자료와 관측 자료의 다양한 기상변수들을 대기 입력자료로 강제하여 오프라인 지표 모델링을 진행하였으며, 생산된 토양수분 자료를 WRF 모델의 초기 입력자료로 사용하였다 (WRF-OL 실험). 추가로, 생산된 토양수분 장에 앙상블칼만필터 자료동화 기법을 적용하여 Soil Moisture Active Passive (SMAP)위성 관측 자료가 동화된 토양수분 초기 장을 생산하였고, 마찬가지로 이를 WRF 모델의 초기 장으로 사용하였다 (WRF-DA 실험). 오프라인 지면 모델링 결과, Noah-LSM은 National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Final (FNL)전구 분석자료의 토양수분 자료와 비교하여 북중국-몽골 지방의 지표면 토양수분을 더 건조하게 모의하였으며, 이는 Global Land Data Assimilation System (GLDAS)의 토양수분 분석자료의 공간 분포와도 상당 부분 일치하였다. 특히, 위성 자료를 동화한 경우 토양수분이 더 현실적으로 모의 되었다. FNL의 토양수분 장을 WRF 모델의 초기조건으로 사용하여 적분한 결과 (WRF-CTL 실험)와 WRF-OL 결과를 비교하였을 때, 북중국-몽골 지방의 경우 두 실험 간의 지위고도 차이가 유의미하게 발생하지 않은 모의 초반에도 일변화 주기를 갖는 지상 온도 모의결과 차이가 존재하였으며 이것이 모의 후반까지 계속 이어졌다. 이는 기존 WRF-CTL 실험에서 존재하였던 북중국-몽골 지방의 지상 온도 음의 편차를 효과적으로 개선하였다. 반면, 한반도에서는 두 실험 간의 지상 온도 모의 편차가 모의 중반까지 뚜렷하게 발생하지 않았으며, 한반도 상공에 지위고도 편차가 발생한 시기 이후인 8월 10일경부터 2~4 ℃ 정도의 양의 지상온도 편차가 발생하였다. 이러한 온도 편차는 해당 기간에 WRF-CTL 실험에서 발생한 한반도의 지상온도 한랭 편차를 효과적으로 제거하였다. 이는 토양수분 초기화가 직접적이고 즉각적인 온도변화를 유도할 뿐 아니라 중상층 종관조건의 변화를 유발해 지상 온도 모의에 원격적인 영향을 끼칠 수 있음을 시사한다.

국가농림기상센터 지면대기모델링패키지(NCAM-LAMP) 버전 1: 구축 및 평가

이승재,송지애,김유정 한국농림기상학회 2016 한국농림기상학회지 Vol.18 No.4

A Land-Atmosphere Modeling Package (LAMP) for supporting agricultural and forest management was developed at the National Center for AgroMeteorology (NCAM). The package is comprised of two components; one is the Weather Research and Forecasting modeling system (WRF) coupled with Noah-Multiparameterization options (Noah-MP) Land Surface Model (LSM) and the other is an offline one-dimensional LSM. The objective of this paper is to briefly describe the two components of the NCAM-LAMP and to evaluate their initial performance. The coupled WRF/Noah-MP system is configured with a parent domain over East Asia and three nested domains with a finest horizontal grid size of 810 m. The innermost domain covers two Gwangneung deciduous and coniferous KoFlux sites (GDK and GCK). The model is integrated for about 8 days with the initial and boundary conditions taken from the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) Final Analysis (FNL) data. The verification variables are 2-m air temperature, 10-m wind, 2-m humidity, and surface precipitation for the WRF/Noah-MP coupled system. Skill scores are calculated for each domain and two dynamic vegetation options using the difference between the observed data from the Korea Meteorological Administration (KMA) and the simulated data from the WRF/Noah-MP coupled system. The accuracy of precipitation simulation is examined using a contingency table that is made up of the Probability of Detection (POD) and the Equitable Threat Score (ETS). The standalone LSM simulation is conducted for one year with the original settings and is compared with the KoFlux site observation for net radiation, sensible heat flux, latent heat flux, and soil moisture variables. According to results, the innermost domain (810 m resolution) among all domains showed the minimum root mean square error for 2-m air temperature, 10-m wind, and 2-m humidity. Turning on the dynamic vegetation had a tendency of reducing 10-m wind simulation errors in all domains. The first nested domain (7,290 m resolution) showed the highest precipitation score, but showed little advantage compared with using the dynamic vegetation. On the other hand, the offline one-dimensional Noah-MP LSM simulation captured the site observed pattern and magnitude of radiative fluxes and soil moisture, and it left room for further improvement through supplementing the model input of leaf area index and finding a proper combination of model physics. 국가농림기상센터(NCAM)에서는 수요자 맞춤형 영농 영림을 지원하기 위하여 전용 수치모델링시스템인지표대기모델링패키지(LAMP) 버전 1을 구축하였다. 이 패키지는 두 가지의 큰 축으로 구성되어 있다. 하나는 WRF 기상모델과 Noah-MP 지면모델의 결합시스템인 WRF/Noah-MP 시스템이고, 다른 하나는 Noah-MP 지면모델의 오프라인 독립구동형 1차원 버전이다. 전자는 7일 이상의 중기 기상예측 자료를 1km 내외의 고해상도 로생산하는 일을 담당하고, 후자는 대표적인 농림생태계에 대하여 1년 지면모의 자료를 15분 간격으로 생산하는 일을 담당한다. 본 연구의 목적은 NCAM-LAMP의 두 구성 요소를 간단히 설명하고, 초기의 수치모의 성능을 평가하는데 있다. WRF/Noah-MP 결합시스템은 동아시아를 포함하는 어미격자 도메인에 최고 810m의 수평 해상도를 갖는 3개의 둥지격자로 구축되었으며, 가장 안쪽 도메인은 광릉 활엽수림 관측지와 침엽수림 관측지(GDK 및 GCK)를 포함한다. 이 결합시스템은 현재 미국 환경예측센터의 FNL 자료를 초기 및 경계자료로 이용하여 구동되며, 여러 개의 약 8일 모의 결과를 연결시켜 장기간에 대한 모의 자료를 생산하였다. 정량적 검증 변수는 WRF/Noah-MP 결합시스템의 2m 기온, 10m 바람, 2m 습도, 강수이며, 기상청 ASOS 관측 자료와 WRF/Noah-MP 결합시스템 모의 자료 사이의 차이를 이용하여 각 도메인에서 동적 식생 포함 유무 에 따른 모의 오차를 계산하였다. 강수 모의의 정확도는 탐지확률(POD)과 공평위협점수(ETS)로 구성된 표를 이용하여 조사하였다. 오프라인 독립구동형 지면모델은 1년 기간에 대해 모의 결과를 생산하였으며, KoFlux 관측자료와 비교하여, 순복사 플럭스, 현열 플럭스, 잠열 플럭스 및 토양 수분함량을 평가하였다. WRF/Noah-MP 결합시스템의 모의결과에 따르면, 모든 도메인 중에서 도메인 4(810m 해상도)에서 2m 기온, 10m 바람 및 2m 습도에 대하여 가장 작은 RMSE를 보였다. 동적 식생을 포함시키면 모든 도메인에서 10m 바람의 모의 오차가 감소하게 되는 경향을 보였다. 도메인 2(7,290m 해상도)에서는 강수 모의 점수가 가장 높았으나, 동적 식생을 포함시킴에 따른 효과는 별로 없었다. 독립구동형 1차원 Noah-MP의 지면모의 결과는 복사 플럭스와 토양 수분의 패턴 및 크기를 포착하였으며, 엽면적지수의 모델 입력 부분을 보충하고, 모델 물리과정의 적절한 조합을 찾아내는 노력을 통해 개선될 수 있는 여지를 남겼다.

Performance Evaluation of Four Different Land Surface Models in WRF

이종범,김재철,Miloslav Belorid,Peng Zhao 한국대기환경학회 2016 Asian Journal of Atmospheric Environment (AJAE) Vol.10 No.1

This study presents a performance evaluation of four different land surface models (LSM) available in Weather Forecast Research (WRF). The research site was located in Haean Basin in South Korea. The basin is very unique by its geomorphology and topography. For a better representation of the complex terrain in the mesoscale model were used a high resolution topography data with a spatial resolution of 30 meters. Additionally, land-use layer was corrected by ground mapping data-sets. The observation equipments used in the study were an ultrasonic anemometer with a gas analyzer, an automatic weather station and a tethered balloon sonde. The model simulation covers a four-day period during autumn. The result shows significant impact of LSM on meteorological simulation. The best agreement between observation and simulation was found in the case of WRF with Noah LSM (WRF-Noah). The WRF with Rapid Update Cycle LSM (WRF-RUC) has a very good agreement with temperature profiles due to successfully predicted fog which appeared during measurements and affected the radiation budget at the basin floor. The WRF with Pleim and Xiu LSM (WRF-PX) and WRF with Thermal Diffusion LSM (WRF-TD) performed insufficiently for simulation of heat fluxes. Both overestimated the sensible and underestimated the latent heat fluxes during the daytime.

HadGEM2-AO를 강제자료로 사용한 SNURCM과 WRF의 동아시아 지역기후 모의

최석진,이동규,오석근 한국지구과학회 2011 한국지구과학회지 Vol.32 No.7

In this study, the reproducibility of the simulated current climate by using two regional climate models, such as Seoul National University Regional Climate Model (SNURCM) and Weather Resuearch and Forecasting (WRF), is evaluated in advance to produce the standard regional climate scenario of future climate. Within the evaluation framework of a COordinated Regional climate Downscaling EXperiment (CORDEX), 28-year-long (1978-2005) regional climate simulation was conducted by using the Hadley Centre Global Environmental Model (HadGEM2-AO) global simulation data of the National Institute of Meteorological Research (NIMR) as a lateral boundary forcing. The simulated annual surface temperatures were in good agreement with the observation; the spatial correlation coefficients between each model and observation were over 0.98. The cold bias, however, were shown over the northern boundary in the both simulated results. In evaluation of the simulated precipitation, the skill was reasonable and good. The spatial correlation coefficients for the precipitation over the land area were 0.85 and 0.79 in SNURCM and WRF, respectively. It is noted that two regional climate models (RCMs) have different characteristics for the distribution of precipitation over equatorial and midlatitude areas. SNURCM shows better distribution of the simulated precipitation associated with the East Asia summer monsoon in the mid-latitude areas, but WRF shows better in the equatorial areas in comparison to each other. The simulated precipitation is overestimated in summer season (JJA) rather than in spring season (MAM), whereas the spatial distribution of the precipitation in spring season corresponds to the observation better than in summer season. Also the RCMs were capable of reproducing the annual variability of the maximum amount and its timing in July, in which the skills over the inland area were in better agreement with the observation than over the maritime area. The simulated regional climates, however, have the limitation to represent the number of days for extremely hot temperature and heavy rainfall over South Korea. 본 연구에서는 신뢰성 있는 국가표준 지역기후변화 시나리오 생산을 위해 현재기후에 대한 SNURCM과 WRF 의 재현성을 검증하였다. 국립기상연구소에서 생산된 HadGEM2-AO 전구자료를 지역기후모형의 경계조건으로 사용하여 CORDEX 규준 하에 28년(1978-2005)간의 장기적분을 수행하였다. 두 모형은 연평균 지표 온도 분포를 관측과의공간상관계수가 0.98 이상으로 매우 높은 일치성을 나타내었지만, 모형 영역의 북쪽 경계를 중심으로 한랭 편차를 공통적으로 보였다. 강수의 경우 또한 육지 지역을 대상으로 한 관측과의 공간 상관 계수는 SNURCM이 0.85, WRF가0.79로 나타나 우수한 모의 결과를 보였다. 두 모형에서 모의된 강수 분포는 적도와 중위도 지역 간에 상반되는 특성을보였다. SNURCM은 WRF에 비교하여 중위도 동아시아 몬순 강수대의 분포를 적도 지역의 강수대보다 상대적으로 잘모의하였으나, WRF는 그 반대의 결과를 나타내었다. 여름철(JJA) 보다 봄철(MAM)에 과다 모의되었지만 모의된 강수분포의 일치성은 봄철에 높게 나타났다. 세부영역 별 분석에서 두 모형은 7월 강수 최대 시점과 양을 비교적 정확히모의하였고, 특히 내륙 지역 강수량의 모의 정확도가 해양에 영향 받는 지역보다 높았다. 모의결과는 한반도 상의 높은일평균 지표온도일수와 강한 강수일수를 표현하는데 한계를 보였다.

WRF-Chem 모델을 이용한 2010년 한반도의 황사 예측에 관한 연구

정옥진,문윤섭 한국지구과학회 2015 韓國地球科學會誌 Vol.36 No.1

The WRF-Chem model was applied to simulate the Asian dust event affecting the Korean Peninsula from 11 to 13 November 2010. GOCART dust emission schemes, RADM2 chemical mechanism, and MADE/SORGAM aerosol scheme were adopted within the WRF-Chem model to predict dust aerosol concentrations. The results in the model simulations were identified by comparing with the weather maps, satellite images, monitoring data of PM10 concentration, and LIDAR images. The model results showed a good agreement with the long-range transport from the dust source area such as Northeastern China and Mongolia to the Korean Peninsula. Comparison of the time series of PM10 concentration measured at Backnungdo showed that the correlation coefficient was 0.736, and the root mean square error was 192.73. The spatial distribution of PM10 concentration using the WRF-Chem model was similar to that of the PM2.5 which were about a half of PM10. Also, they were much alike in those of the UM-ADAM model simulated by the Korean Meteorological Administration. Meanwhile, the spatial distributions of PM10 concentrations during the Asian dust events had relevance to those of both the wind speed of u component () and the PBL height(). We performed a regressive analysis between PM10 concentrations and two meteorological variables (u component and PBL) in the strong dust event in autumn (CASE 1, on 11 to 23 March 2010) and the weak dust event in spring (CASE 2, on 19 to 20 March 2011), respectively. 2010년 11월 11-13일 한반도에 영향을 미쳤던 황사에 대해 WRF-Chem 모델을 이용하여 시뮬레이션 하였다. WRF-Chem 모델에서 미세먼지의 인위적 배출량은 RETRO 전구 배출량을 사용하였고, RADM2 화학 메커니즘과 MADE/SORGAM 에어로졸 스킴 및 GOCART 광물성 먼지 옵션을, 그리고 Fast-J 광해리 스킴을 선택하여 PM10 농도를 시뮬레이션 하였는데 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. WRF-Chem 모델 결과에 따른 PM10 농도의 공간적 분포와 연직 프로파일 분석결과 2010년 11월 11-13일에 우리나라에 영향을 미쳤던 황사는 강한 가을황사로 저기압의 발달로 인해 형성된 콤마구름 때문에 황사가 한랭전선 후면에서 갇혀 상공 2.5km 이내에서 이동 및 유입됨을 알 수 있었다. 황사 발생 기간 동안 백령도와 서울의 기상청 관측 자료와 모델의 PM10 농도를 시계열로 분석한 결과 상관계수와 평균제곱근오차(RMSE)는 백령도의 경우 0.763과 192.73, 서울의 경우 0.725와 149.68로 나타났다. 미세먼지인 PM10과 PM2.5 농도의 공간적 분포는 유사하였고 PM2.5가 PM10의 약 50% 정도로 나타났으며 이는 기상청 UM-ADAM 모델 결과와도 유사하였다. PM10 농도와 경계층 높이, 동서 성분 바람장의 공간적 분포는 유사성을 지니고 있어 두 개의 변수를 이용하여 PM10의 농도를 예측하는 회귀 방정식을 구하고자 우리나라에 영향을 미쳤던 강한 가을 황사(2010년 11월 11-13일)와 봄 황사(2011년 3월 19-20일)사례를 선정하였고, 통계 모델을 이용한 회귀식을 도출하였다.