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태풍 진로 및 강도 예측에 대한 고해상도 이동둥지격자 도메인의 영향
문지홍,차동현 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.4
수치모델을 활용한 태풍 진로 및 강도예측성은 과거 연구개발들을 통하여 꾸준하게 개선되었지만 정확한 예보나 연구 수행을 위해 여전히 개선될 필요가 있다. 지역모델은 계산 자원을 효율적으로 활용할 수 있기 때문에 태풍 예측에서 널리 사용되고 있으며 특히 태풍의 발달에 영향을 주는 작은 규모의 현상 모의에 장점을 보인다. 본 연구에서는 WRF(Weather Research and Forecast) 모델의 태풍 진로 및 강도 예측성 향상을 위하여 2013년부터 2017년까지의 35개 태풍에 대한 115개의 실험을 수행하였다. 12 km의 단일 도메인을 갖는 1DM 실험에서는 다수의 사례에서 태풍의 강화를 제대로 모의하지 못하였고, 특히 60 m/s 이상의 순간 풍속이 12 km의 수평 격자체계에서 거의 모의되지 않음을 확인하였다. 이동둥지격자(moving nesting)기법을 적용하여 12-4km의 모의 영역을 갖는 2DM 실험에서는 강도가 비교적 현실적으로 모의되었다. 최대풍속과 최저해면기압에 대한 RMSE와 bias가 모두 감소하였으며, LMI(Lifetime maximum intensity)모의 또한 2DM 실험에서 개선되었다. 진로모의에서 CTB(Cross Track Bias)를 분석하였을 때, 1DM 실험에서 진로가 실제보다 오른쪽으로 편향되게 모의하는 경향을 보였다. 반면, 2DM 실험에서는 1DM 실험에서 오른쪽으로 편향되며 나타나던 CTB가 감소함을 확인하였다. 특히, 고해상도에서의 왼쪽 편향은 강한 태풍들에서 많이 나타났으며, 이러한 태풍들은 일반적으로 저위도에 많이 분포하였다. 이는 중위도 태풍들의 진로는 북서태평양고기압이나 중위도 기압골에 큰 영향을 받는 반면, 저위도 태풍들은 이러한 현상들에 영향을 적게 받기 때문에 태풍 중심역학 모의에 더 민감하게 영향을 받는 것으로 보인다.
문지홍,차동현 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
태풍 솔릭은 2018년 8월 16일에 발생하여 한반도에 상륙한 태풍으로, 상륙 전 예측에서 내륙지역에 큰 피해를 유발할 것으로 전망되었으나 상륙 전 급격한 약화를 겪으면서 예상보다 적은 피해를 줬다. 태풍 솔릭의 급격한 약화는 느린 이동속도와 해양의 적은 열에너지로 인한 강한 냉각 피드백으로 인해 발생하였다. 태풍과 해양의 상호작용으로 인하여 하층의 냉수가 용승하였고 해수면 온도는 8℃ 이상 감소하였다. 본 연구에서는 대기-해양 결합모델을 활용하여 태풍-해양 상호작용이 수치 모델에서 모의 되는지 확인하고 그로 인한 태풍의 강도 변화와 한반도 강수량을 중점적으로 분석하였다. 더불어 고해상도 해양 재분석자료인 HYCOM과 저해상도 자료인 OISST를 초기 해양 조건으로 비교하여 해양자료에 따른 초기화 효과도 분석하였다. 예측 실험은 대기모델로 WRF 모델을, 해양모델로는 ROMS를 결합하여 수행하였다. OISST를 초기자료로 활용하였을 때 초기에 태풍 강도가 과도하게 강화되었고 HYCOM을 활용하였을 때에는 best-track 자료와 비슷한 강도 변화를 보였다. HYCOM에서 초기 태풍 부근의 수온이 낮게 나타났는데 이는 HYCOM이 대기모델과 결합된 모델로부터 생산된 재분석자료이기 때문에 태풍과의 피드백으로 인한 냉각 효과가 존재하기 때문이다. 따라서 HYCOM을 활용한 실험에서 대기로 전달되는 열에너지가 낮게 나타났고 강도 변화를 현실적으로 모의하였다. 또한 비결합모델에서는 태풍과 해양의 상호작용이 반영되지 않아 태풍의 약화가 잘 모의 되지 않지만 결합모델에서는 뚜렷한 해수면 온도 냉각을 모의하였고 그로 인해 태풍 약화를 현실적으로 모의하였다. 한반도에서의 강수는 비결합모델에서 과도하게 모의 되었지만, 결합모델에서는 강도가 잘 모의 됨에 따라 강수를 비교적 적게 모의하였다.
100 kWth 급 순환유동층 시스템에서 무연탄 순산소연소 특성 연구
문지홍,조성호,문태영,박성진,김재영,Nguyen Hoang Khoi,이재구 한국화학공학회 2019 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.57 No.3
Oxy-combustion with a circulating fluidized bed (Oxy-CFBC) technology has been paid attention to cope with the climate change and fuel supply problem. In addition, Oxy-CFBC technology as one of the methods for carbon dioxide capture is an eco-friendly that can reduce air pollutants, such as SO2, NO and CO through a flue gas recirculation process. The newly developed 100 kWth pilot-scale Oxy-CFBC system used for this research has been continuously utilizing to investigate oxy-combustion characteristics for various fuels, coals and biomasses to verify the possibility of fuel diversification. The anthracite is known as a low reactivity fuel due to a lot of fixed carbon and ash. Therefore, this study aims not only to improve combustion efficiency of an anthracite, but also to capture carbon dioxide. As a result, compared to air-combustion of sub-bituminous coal, oxy-combustion of anthracite could improve 2% combustion efficiency and emissions of SO2, CO and NO were reduced 15%, 60% and 99%, respectively. In addition, stable operating of Oxy-CFBC could capture above 94 vol.% CO2. 순산소 순환유동층 연소기술은 기후변화 및 연료 수급 문제들을 해결할 수 있는 기술로 주목 받고 있다. 순산소 순환유동층 연소기술은 배기가스 재순환 공정을 통해 이산화탄소를 비교적 쉽게 포집할 수 있으며 대기오염물질 배출도 줄일 수 있는 친환경 연소기술이다. 새롭게 개발된 100 kWth 급 순산소 순환유동층 연소 시스템은 연료다변화에 대응하기 위해 다양한 연료들의 순산소연소 특성을 분석하고 있으며, 본 연구에서는 높은 고정탄소 및 회분함량으로 인해 연소성이 낮은 연료로 알려진 무연탄을 활용하여 높은 이산화탄소를 생산하고 연소효율을 향상시키고자 하였다. 그 결과로서, 무연탄 순산소연소는 아역청탄 공기연소 대비, 연소효율이 2% 향상되었으며 대기오염물질인 SO2, CO, NO은 각각 15%, 60%, 99% 감소하였다. 또한, 안정적인 순산소 순환유동층 연소를 통해 배기가스 내 94 vol.% 이상의 CO2가 포집될 수 있음을 확인하였다.