실측 기반의 한반도지표자료동화체계를 이용하여 추정된 증발산 평가

임윤진 ( Yoon Jin Lim ),변겅영 ( Kun Young Byun ),이태영 ( Tae Young Lee ),김준 ( Joon Kim ) 한국농림기상학회 2010 한국농림기상학회지 Vol.12 No.4

본 연구에서는 한반도지표자료동화체계를 이용한 증발산 추정 능력 평가를 위하여 2006년부터 2008년까지 KoFlux 관측 중의 하나인 광릉 활엽수림에서 관측된 증발산과의 비교 검증을 실시하였다. 한반도지표 자료동화체계를 통해 산출된 증발산은 관측과 0.78의 상관계수를 보이며, 관측된 증발산의 시계열을 잘 모의하였다. 그러나 연중내내 관측에 비해 과대모의하는 경향을 나타내었으며 이는 구름이 많고 강수가 흔히 발생하는 여름과 식생이 빠르게 자라기 시작하는 봄철에 더 크게 나타났다. 10km×10km 해상도의 한반도 지표자료동화체계를 기반으로 한 추정 증발산은 물수지의 추세변화 연구에 주로 사용되는 0.25˚와 1˚ 해상도의 전지구지표자료동화체계(Global Land Data Assimilation System, GLDAS)의 결과와 비교했을때, 관측된 증발산의 크기와 강수량 추세와 더 잘 일치하는 결과를 보여주었다. 이러한 결과를 토대로 한반도에서의 증발산 추세 연구에 있어 한반도지표자료 동화의 활용 가능성이 클 것으로 기대된다. In this study, we evaluated the performance of Korea Land Data Assimilation System (KLDAS) for the estimation of evapotranspiration (ET) by comparing the modeled against the observed ET at Gwangneung deciduous forest of KoFlux site (GDK) from 2006 to 2008. Although the magnitudes of ET by KLDAS overestimated the observed ET, the seasonal patterns of KLDAS ET were comparable with the correlation coefficient of 0.78. The difference between the KLDAS ET and the observed ET was larger in spring and summer due to rapid plant growth and frequent rainfalls with high cloud cover, respectively. Compared to the ET estimated by NASA Global Land Data Assimilation System (GLDAS) with 0.25˚ and 1˚ resolution, the ET by KLDAS with 10 km resolution showed better agreement with the observation at the GDK site. Albeit further improvement is necessary, our results suggest that KLADS can be used as a practical tool to map ET and to examine its spatiotemporal variability over the Korean Peninsula.

안동댐 유역 기상인자의 시공간분포 추정

임철희(Lim, Chul Hee),문주연(Moon, Joo Yeon),임윤진(Lim, Yoon Jin),김세진(Kim, Sea Jin),이우균(Lee, Woo Kyun) 대한공간정보학회 2015 대한공간정보학회지 Vol.23 No.4

본 연구는 안동댐 유역을 대상으로 수문기상 정보의 조밀한 시공간분포를 추정하여 수문기상에서 나타나는 시계열적 공간분포 특성을 규명하고자 한다. 국립기상과학원에서 설치·운영하고 있는 낙동강 상류 안동댐 유역의 수문기상 관측소 7곳의 기상정보와 인근 두 곳의 종관기상관측소(ASOS) 정보를 활용하여 분석을 실시하였으며, 공간적 자기상관성에 기반한 Semi-Variogram을 추정하여 시공간분포를 확인하였다. 유역에서 변이성을 관찰할 수 있는 기상요소인 온도와 습도를 시간과 각 월에 따라 분석하였다. 계절에 관계없이 온도의 경우 14시, 습도의 경우 10시에 가장 균일한 공간분포를 나타내고, 18시에 온도와 습도 모두 가장 불균일성이 높게 확인되었다. 월별 공간분포에서는 온도의 경우 1월에 가장 불균일하였고, 9월에 가장 균일한 것으로 확인되었으며, 습도의 경우 5월에 가장 불균일하고, 1월에 가장 균일한 것으로 나타났다. 수문기상에서는 일반 산림에서와 달리 계절적 공간분포특성이 적게 나타나며, 온도와 습도가 각각의 특성을 보이는 차이가 있었다. This study investigates characteristics of time series spatial distribution on climate factors in Andong Dam basin by estimating precise spatio-temporal distribution of hydro-meteorological information. A spatio-temporal distribution by estimating Semi-Variogram based on spatial autocorrelation was examined using the data from ASOS and 7 hydro-meteorological observatories in Andong Dam basin of upper Nakdonggang River, which were installed and observed by NIMR(National Institute of Meterological Research). Also, temperature and humidity as climate variables were analyzed and it was recognized that there is a variability in watershed area by time and months. Regardless of season, an equal spatial distribution of temperature at 14 o"clock and humidity at 10 o"clock was identified, and nonequal distribution was noticed for both variables at 18 .o"clock. From monthly spatial analysis, the most unequal distribution of temperature was seen in January, and the most equal distribution was detected in September. The most unequal distribution of humidity was identified in May, and the most equal distribution was seen in January. Unlike in forest, seasonal spatial distribution characteristics were less apparent, but temperature and humidity had respective characteristics in hydro-meteorology.

앙상블 기법을 이용한 가뭄지수 예측

정지현,차상훈,김묘정,김광섭,임윤진,이경은,Jeong, Jihyeon,Cha, Sanghun,Kim, Myojeong,Kim, Gwangseob,Lim, Yoon-Jin,Lee, Kyeong Eun 한국데이터정보과학회 2017 한국데이터정보과학회지 Vol.28 No.5

가뭄의 심도와 빈도가 강해지는 상황에서 가뭄예측을 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있으나 가뭄현상의 시간적 변동이 비선형적이며 복잡하여 단일 모형만으로 예측하기에는 한계가 있다. 이 연구에서는 기상가뭄지수인 표준강수지수 (SPI)와 세계기후지수, 날씨 관련 변수 등과 같은 다양한 설명변수들 사이의 관계를 설명할 선행 모형과 가법 모형을 먼저 구축한 후 앙상블 기법 중 확률 기울기 하강 (stochastic gradient descent; SGD) 방법을 이용하여 가중치를 설정하는 결합모형을 구축하였다. 우리나라 14개 지역에 대한 1954년 ~ 2013년 자료를 이용하여 모형을 구축하고 2014년 ~ 2015년 자료를 이용하여 모형의 성능을 비교하였다. 그 결과 14개 지역 중 8개 지역에 대하여 개별 모형에 비해 결합모형의 성능이 좋았으며 가뭄 예측이 개선되었다. In a situation where the severity and frequency of drought events getting stronger and higher, many studies related to drought forecast have been conducted to improve the drought forecast accuracy. However it is difficult to predict drought events using a single model because of nonlinear and complicated characteristics of temporal behavior of drought events. In this study, in order to overcome the shortcomings of the single model approach, we first build various single models capable to explain the relationship between the meteorological drought index, Standardized Precipitation Index (SPI), and other independent variables such as world climate indices. Then, we developed a combined models using Stochastic Gradient Descent method among Ensemble Learnings.

Flux Tower 관측자료와 KLDAS를 이용한 Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer 모형의 적용 : 해남 KoFlux 지점의 수문순환 환경분석에 대하여

김다은(Kim Daeun),임윤진(Lim Yoon Jin),이승오(Lee Seung Oh),최민하(Choi Minha) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 B Vol.31 No.3B

불과 에너지의 순환에 대한 정확한 해석은 수문학, 기후학, 생태학적인 과정을 이해하는데 있어 매우 중요하다. 수문 순환 환경변화의 정확한 예측을 위해 사용되고 있는 모형들 중 Common Land Model(CLM}은 물과 에너지수지 방정식을 기반으로 한 최신 Soi1-Vegetation-Atmosphere Transfer(SVAT) 모형 중 하나로써, 비교적 간단한 매개변수를 이용하여 현실적이고 신뢰할 만한 결과를 산출해낼 수 있다. CLM 모형은 전 세계적으로 널리 이용되고 있으나, 국내에서는 정보의 부재와 입력자료의 미흡으로 인하여 실제적인 적용사례가 부촉한 실정이다. 본 연구에서는 CLM의 국내 적용성 검증을 위하여 해남 Korea Flux Network(KoFlux}의 자료와 Korea Land Data Assimilation System(KLDAS}의 자료를 이용하여 수문순환 환경인자들의 모형 결과를 산출하였다. 모형의 결과와 관측자료의 비교에서 KoFlux와 KLDAS의 두 입력 자료를 사용한 결과 모두 회귀분석에서의 결정계수 값이 0.73~1.00의 신뢰할 만한 수준으로 나타났다. 본 연구에서 CLM의 국내 적용 가능성을 확인하였고 지점자료가 존재하지 않는 지역에 대한 KLDAS의 이용가능성을 또한 확인하였다. Accurate assessment of the water and energy cycles is essential to understand hydrologic, climatologic, and ecological processes. Common Land Model (CLM) is one of the well-developed Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer (SVAT) models based on the water and energy balance equation for accurate prediction of hydro-environmental cycles. The CLM can estimate realistic and reliable results using relatively simple parameters. It has been widely used in the world, however in Korea practical applications of the CLM are rare due to lack of information and input data. In this study, the CLM with Korea Flux network (KoFlux) and Kore Land Data Assimilation System (KLDAS) data were individually validated for domestic applications. This study showed that all comparisons between observations and model results from KoFlux and KLDAS had reasonable correlation with determination coefficient of 0.73~1.00 via regression. The results confirmed the applicability of the CLM and the possibility of the KLDAS usage for the region where input data are not existed.

기후변화 시나리오를 활용한 한반도 미래 풍력에너지의 시공간적 변동성 전망

김유미(Yumi Kim),임윤진(Yoon-jin Lim),이현경(Hyun-Kyoung Lee),최병철(Byoung-Choel Choi) 대한지리학회 2014 대한지리학회지 Vol.49 No.6

풍력발전단지의 신규 개발과 안정적인 운영 계획 수립을 위해 기후변화에 따른 미래 풍력에너지의 변동성 정보를 파악하는 것이 필요하다. 본 연구는 IPCC 5차 보고서에서 새롭게 도입된 대표농도경로(Representative Concentration Pathway)를 적용한 기후변화 시나리오 자료를 활용하여 2006년부터 2040년까지의 가까운 미래에 대한 풍력에너지(풍력에너지밀도와 잠재전력생산량)의 시·공간적 변동성을 분석하고자 한다. 사용된 기후변화 시나리오는 지역기후모델 HadGEM3-RA를 이용해 생산된 RCP2.6과 8.5자료이다. 시나리오 생산의 기반이 된 지역기후모델을 과거기간에 대하여 ECMWF의 ERA-interim 재분석자료와 비교분석한 결과, 지역기후모델은 풍력에너지를 육지에서는 과소, 바다에서는 과대 모의하였다. 그리고 변동성 역시 육지에서 과소, 바다에서는 과대 모의하였다. 미래 풍력에너지는 RCP 시나리오별로 다소 차이가 나타나지만 육지에서 증가, 바다에서는 감소할 것으로 예측되었으며 고도가 높은 산지 및 해안지역에서 미래 풍력에너지의 변동성이 증가 할 것으로 분석되었다. 지역별 풍력에너지밀도 분석결과 제주에서 크게 증가할 것으로 예상되었으며 변동성도 크게 증가하였다. 미래 풍력에너지의 변동은 주변 기상장의 변화와 연관 지어 해석이 가능하였으나 큰 변동성으로 인한 불확실성이 증가할 것으로 판단할 수 있다. 본 연구를 통해서 분석된 결과는 미래 에너지 수급 및 활용계획 수립에 있어 기초자료로 활용될 수 있으리라 판단한다. The assessment of the current and future climate change-induced potential wind energy is an important issue in the planning and operations of wind farm. Here, the authors analyze spatiotemporal characteristics and variabilities of wind energy over Korean Peninsula in the near future (2006-2040) using Representative Concentration Pathway(RCP) scenarios data. In this study, National Institute of Meteorological Research (NIMR) regional climate model HadGEM3-RA based RCP 2.6 and 8.5 scenarios are analyzed. The comparison between ERA-interim and HadGEM3-RA during the period of 1981-2005 indicates that the historical simulation of HadGEM3-RA slightly overestimates (underestimates) the wind energy over the land (ocean). It also shows that interannual and intraseasonal variability of hindcast data is generally larger than those of reanalysis data. The investigation of RCP scenarios based future wind energy presents that future wind energy density will increase over the land and decrease over the ocean. The increase in the wind energy and its variability is particularly significant over the mountains and coastal areas, such as Jeju island in future global warming. More detailed analysis presents that the changes in synoptic conditions over East Asia in future decades can influence on the predicted wind energy abovementioned. It is also suggested that the uncertainty of the predicted future wind energy may increase because of the increase of interannual and intra-annual variability. In conclusion, our results can be used as a background data for devising a plan to develop and operate wind farm over the Korean Peninsula.

1.5/2.0℃ 지구온난화 시나리오 기반의 동아시아 기후변화 분석

심성보(Sungbo Shim),권상훈(Sang-Hoon Kwon),임윤진(Yoon-Jin Lim),염성수(Seong Soo Yum),변영화(Young-Hwa Byun) 한국기상학회 2019 대기 Vol.29 No.4

기상수치모형의 수문정보 예측 활용성 분석

조현곤(Hyungon Cho),김백조(Baek-Jo Kim),임윤진(Yoon-Jin Lim),김광섭(Gwangseob Kim) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10

앙상블 모형을 이용한 수문기상정보 분석

김묘정(Kim, Myojeong),조현곤(Cho, Hyungon),임윤진(Lim, Yoon-Jin),김광섭(Kim, Gwangseob) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

국립기상과학원 플럭스 관측 자료 기반의 JULES 지면 모델 모의 성능 분석

김혜리(Hyeri Kim),홍제우(Je-Woo Hong),임윤진(Yoon-Jin Lim),홍진규(Jinkyu Hong),신승숙(Seung-Sook Shin),김윤재(Yun-Jae Kim) 한국기상학회 2019 대기 Vol.29 No.4

가법모형과 Double Penalty Approach를 이용한 가뭄지수 예측

차상훈(Cha Sang Hun),정지현(Jeong Ji hyeon),이경은(Lee Kyung Eun),임윤진(Lim Yoon Jin),김광섭(Kim Gwang seob) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.6

가뭄의 심도와 빈도가 강해지는 상황에서 가뭄예측을 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있으나 가뭄현상의 시간적 변동 특성이 비선형 형태로 가지고 있어 가뭄예측개선을 위한 다양한 방법의 적용이 이루어지고 있음에도 불구하고 개선의 여지가 많은 상황이다. 본 논문에서는 기상가뭄지수인 표준강수지수 SPI와 세계기후지수와 같은 다양한 설명변수들 사이의 비선형 관계를 보다 잘 설명하는 평활스플라인(Smoothing Spline) 함수와 가법모형(Additive Model)을 적용하여 가뭄예측모형을 구성하였다. 과대적합문제를 해결하기 위해 변수선택법인 Double Penalty Approach(DPA)를 이용하여 가뭄 지수 예측을 개선하였으며 장기 강우자료가 가용한 서울, 인천, 대구, 추풍령, 제주, 목포, 강릉 총 7개 지점에 적용하여 모형 적합성을 분석하였다. 분석결과 모든 지점에 대하여 DPA 이용하여 변수선택 후 가법모형을 적용한 경우가 가장 좋은 결과를 보였다. In a situation of the severity and frequency of drought events getting stronger, researches related drought forecast were conduced to improve the forecast accuracy. However nonlinear characteristics of temporal behavior of drought events leave us a large room to improve the drought forecast. For better modeling the non-linear relationship between the meteorological drought index SPI (Standardized Precipitation Index) and other independent variables such as world climate indices, we build a more flexible additive model using a smoothing spline function. Also, in order to get more accurate drought prediction, we applied a variable selection method, especially Double Penalty Approach (DPA) for resolving the over fitting problem caused by the additive model application. Applicability of the model was analyzed by appling the model for several sites, Seoul, Incheon, Daegu, Chupungrung, Jaeju, Mokpo, and Gangrung, which have long term rainfall data. Results demonstrated that the additive model with DPA generated better forecasts than other approaches at all sites.