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벌크형 구름 미세물리 방안을 활용한 겨울철 ICE-POP 2018 기간의 대류 사례 모의 평가
임교선,고정수,김권일,이규원 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10
본 연구에서는 Weather Research and Forecasting (WRF) 중규모 모델에 포함되어 있는 4개의 벌크형 구름미세물리 모수화 방안인 WRF Double-Moment 6-class (WDM6), WRF Double-Moment 7-class(WDM7), Thompson, 그리고 Morrison을 활용하여 모의된 겨울철 강수 및 대기수상 분포, 그리고 미세물리과정 수지를 상호 비교하고, 관측을 활용하여 평가하고자 한다. 2018 평창 동계올림픽 및 패럴림픽 동안 수행된 국제공동관측 캠페인(ICE-POP 2018)기간 동안 발생한 8개의 강설사례는 종관 환경에 따라 찬 저기압성(cold-low), 따뜻한 저기압성(warm-low), 그리고 대기-해양 상호작용(air-sea interaction) 사례로 분류하였다. cold-low 및 warm-low 사례의 경우 구름미세물리 모수화 방안에 상관없이 모의된 지표 강수는 양의 편차를 나타내었다. 한편, warm-low 사례에 대한 실험들은 고도에 따른 변화하는 바람장을 모의하지 못하였나, cold-low와 air-sea interaction 사례에 대한 실험들보다 더 높은 탐지 정확율을 나타내었다. WDM6 및 WDM7은 cold-low 및 warm-low 사례의 경우, 많은 얼음입자를 모의하였으며, 이는 레이더 관측으로부터 분류된 대기 수상체 정보와 일치하는 결과이다. 따라서 두 방안에서 눈은 주로 얼음입자와 눈의 충돌 혹은 얼음의 자동변환과정으로 생성된다. 한편, Thompson과 Morrison은 관측에서 얼음이 존재한다고 알려진 구역에서 얼음 대신 구름입자를 생성하였다. 두 방안에서 눈은 주로 눈과 구름의 충돌로 생성된다. cold-low 및 warm-low 사례의 경우, 융해과정은 모든 방안에서 빗방울 생성의 핵심 과정으로 분석되었다. cold-low 및 warm-low 사례에 대해 발견된 양의 강수 편향은 모든 구름미세물리 모수화 방안에서 융해율을 조정함으로써 완화될 수 있을 것으로 사료된다. air-sea interaction사례의 경우 모든 실험은 사용한 구름미세물리 모수화 방안에 상관없이 모의된 강수량이 관측보다 적었다. cold-low 및 warm-low 사례와 비교했을 때, 모든 실험에서 구름의 생성이 증가하고, 고체상의 생성이 감소하면서 융해과정이 더 이상 빗방울 생성의 핵심과정이 아닌 것으로 분석되었다.
얼음상의 수농도를 예단하는 새로운 구름미세물리 모수화 방안의 개발
임교선,박선영 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.4
Weather Research and Forecasting (WRF) Double-Moment 6-class (WDM6) 구름미세물리 모수화 방안은 액체형의 대기수상인 구름방울과 빗방울, 그리고 구름응결핵의 수 농도만을 예단하는 부분적인 이중모멘트 방안이다. 찬구름의 미세물리과정은 Hong et al.(2004)의 연구를 기반으로 모수화되며, 얼음상의 수농도가 얼음상의 혼합비로 진단되는 특징이 있다. 이러한 WDM6 구름미세물리 모수화 방안은 다른 구름미세물리 모수화 방안에 비해 얼음상의 질량을 과도하게 예단한다. 이로 인해 겨울철 강수 사례에 적분 시 모의된 강수량이 양의 편차를 보임이 알려져 있다. 본 연구에서는 얼음상의 수 농도를 추가적으로 예단하는 새로운 버전의 WDM6 구름미세물리 모수화 방안을 개발하였다. 개발된 방안은 기존에 WDM6 방안의 문제점으로 알려진 겨울철 강수량의 과대모의 문제를 해결하였다. 또한 새로운 WDM6 방안은 International Collaborative Experiment held at the PyeongChang 2018 Olympics and Winter Paralympic Games (ICE-POP 2018) 집중 관측 기간 동안 레이더 관측을 통해 정성적으로 도출된 대기수상의 연직분포 특성을 잘 모의하는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 개발된 새로운 WDM6 방안은 겨울철 강수 시스템을 포함한 여러 계절 및 다양한 스케일의 강수 시스템 모의를 통해 그 성능을 평가해 나갈 계획이다.
눈송이의 크기와 질량 관계가 지표 강수 모의에 미치는 영향
임교선 한국지구과학회 2020 한국지구과학회지 Vol.41 No.1
This study presented the effects of the assumed mass-size relationship for snow on the simulated surface precipitation by using cloud microphysics parameterizations in Weather Research and Forecasting (WRF) model. The selected cloud microphysics parameterizations are WRF Double-Moment 6-class (WDM6) and WRF Single-Moment 6-class (WSM6) in the WRF model. We replaced the mass-size relationship for snow in WDM6 and WSM6 with Thompson’s mass-size relationship retrieved from measurement data. The sensitivity of the modified WDM6 and WSM6 was tested for the idealized 2-dimensional squall line and winter precipitation system over the Korean peninsula, respectively. The modified WDM6 and WSM6 resulted in the increase of graupel/rain mixing ratios and the decrease of snow mixing ratio in the low atmosphere. The changes of hydrometeor mixing ratio and surface precipitation could be due to the collision-coalescence process between raindrops and snow and the graupel melting process. 본 논문은 기상 모델의 미세구름물리 모수화 과정 내의 눈송이의 질량-크기 관계가 지표 강수 모의에 미치는 영향에 대해 연구에 관한 것이다. WDM6와 WSM6 미세구름물리 모수화 방안이 연구를 위해 사용되었다. 실제 관측된 자료를 바탕으로 산출된 Thompson의 눈송이의 질량-크기 관계를 도입하여 WDM6와 WSM6 내의 눈송이의 질량-크기 관계식을 대체하였다. 이상적인 스콜선과 한반도 겨울철 강수 사례에 대해 수정된 WDM6와 WSM6를 사용하여 민감도 실험을 실시하였다. 결과적으로, 대기 하층에서는 싸락눈과 빗방울의 혼합비가 증가하였고 눈송이의 혼합비는 감소하였다. 이러한 혼합비와 지표 강수의 변화는 빗방울과 눈송이의 충돌 및 병합 과정과 싸락눈의 융해 과정에 기인한 것으로 분석되었다.
임교선 한국기상학회 2019 대기 Vol.29 No.2
This paper reviews various bulk-type cloud microphysics parameterizations (BCMPs). BCMP, predicting the moments of size distribution of hydrometeors, parameterizes the grid-resolved cloud and precipitation processes in atmospheric models. The generalized gamma distribution is mainly applied to represent the hydrometeors size distribution in BCMPs. BCMP can be divided in three different methods such as single-moment, double-moment, and triple-moment approaches depending on the number of prognostic variables. Single-moment approach only predicts the hydrometeors mixing ratio. Double-moment approach predicts not only the hydrometeors mixing ratio but also the hydrometeors number concentration. Triplemoment approach predicts the dispersion parameter of hydrometeors size distribution through the prognostic reflectivity, together with the number concentrations and mixing ratios of hydrometeors. Triple-moment approach is the most time expensive method because it has the most number of prognostic variables. However, this approach can allow more flexibility in representing hydrometeors size distribution relative to single-moment and double-moment approaches. At the early stage of the development of BMCPs, warm rain processes were only included. Icephase categories such as cloud ice, snow, graupel, and hail were included in BCMPs with prescribed properties for densities and sedimentation velocities of ice-phase hydrometeors since 1980s. Recently, to avoid fixed properties for ice-phase hydrometeors and ad-hoc category conversion, the new approach was proposed in which rimed ice and deposition ice mixing ratios are predicted with total ice number concentration and volume.