기상청의 농업기상 관측환경과 정기보고서: 현황 및 제언

최성원 ( Sung Won Choi ),이승재 ( Seung Jae Lee ),김준 ( Joon Kim ),이병렬 ( Byong Lyol Lee ),김규랑 ( Kyu Rang Kim ),최병철 ( Byoung Choel Choi ) 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.2

2011년 농업기상 관측장비의 재배치 사업 이후, 기상청의 농업기상 관측환경은 전반적으로 상당히 향상되었다. 본 연구는 최근 실시한 현지답사 결과를 바탕으로, 1) 확실한 관리주체의 확립, 2) 유관기관들 간 상호협조강화, 3) 관측환경 변화에 대한 상세한 기록, 4) 장비와 센서의 표준화 5) 통일된 형태의 안내판 설치, 6) 부적합한 환경 하에 놓여 있는 장비의 인접 장소로의 이동, 7) 자동화된 증발계의 설치가 후속적으로 이루어져야 함을 제시하였다. 또한, 확보된 고품질의 자료를 활용하기 위하여 현재 중단되어 있는 농업기상 정기보고서의 제작이 필요하며, 우리 나라의 현황을 감안할 때 1년에 한차례 국가 전체에 걸쳐 지난 1년 간 일어난 특징적인 농업기상 현상들을 시간 순으로 서술하는 독일이나 캐나다의 연례보고서를 참고할 것을 제안한다. Since the relocation project of equipment in 2011, the overall circumstances of KMA’s agrometeorological observation have been significantly improved. Some concerns, however, emerged as a result of the evaluation of observational circumstances in terms of quality assurance after the field surveys on all stations. In order to improve the situation, we suggest: (1) establishment of clear management responsibilities, (2) enhancement of mutual cooperation system between relevant organizations, (3) detailed records of the changes in the observational circumstances, (4) standardization of equipment and sensors, (5) installation of unified information boards, (6) transfer of inappropriate facilities to an adjacent cropland and (7) setup of automated evaporation pan. In order to effectively utilize the high-quality data obtained through improvement of observational circumstances and an elaborate quality control, it is recommended to publish and disseminate regular reports on agrometeorological observations. To produce such a report on a trial basis, we have investigated different types of regular reports issued by domestic and foreign organizations, publication periods, geographical scope, main contents and amount. Based on our current situation, it would be beneficial to learn from the cases of Germany and Canada, which summarize mainly the distinctive agrometeorological phenomena occurred over the past years across the country.

WRF 모델을 이용한 풍력발전단지 주변 기상 변화 분석

박신영(Sin-Young Park),임윤진(Yoonjin Lim),최병철(Byoung-Choel Choi) 한국신재생에너지학회 2014 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.05

기후변화에 의한 남한 미래 풍력에너지의 변동성 분석

김유미(Yumi Kim),임윤진(Yoonjin Lim),최병철(Byoung-Choel Choi) 한국신재생에너지학회 2014 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.05

기후변화 시나리오에 근거한 한반도 미래 풍력·태양-기상자원 변동성

변재영(Byon, Jae-Young),김유미(Kim, Yumi),최병철(Choi, Byoung-Choel) 한국신재생에너지학회 2014 신재생에너지 Vol.10 No.2

This study examines the future variability of surface wind speed and solar radiation based on climate change scenario over the Korean Peninsula. Climate change scenarios used in this study are RCP 4.5 and 8.5 with a 12.5 km horizontal resolution. Climate change scenario RCP 4.5 and 8.5 reproduce the general features of wind speed over the Korean Peninsula, such as strong wind speed during spring and winter and weak wind speed during summer. When compared with the values of wind speed and solar radiation of the future, they are expected to decrease current wind and solar resource map. Comparing the resource maps using RCP 4.5 and 8.5 scenarios, wind speed and solar radiation decrease with increasing greenhouse gas concentration. Meteorological resource maps of future wind and solar radiation should be improved with high resolution for the industrial application.

이동형 차량탑재 라이다 시스템을 활용한 경계층고도 산출 및 분석

남형구 ( Hyoung Gu Nam ),최원 ( Won Choi ),김유준 ( Yoo Jun Kim ),심재관 ( Jae Kwan Shim ),최병철 ( Byoung Choel Choi ),김병곤 ( Byung Gon Kim ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.3

대기경계층고도 (Planetary Boundary Layer Height, PBLH)는 기상예측모델과 대기확산모델에 중요한 예측 인자이다. PBLH는 지역의 특성에 따라 시공간 빠르게 변화하기 때문에 이를 분석하기 위하여 시공간 고해상도로 관측된 자료가 필요하다. 본 연구에서 국립기상과학원 재해기상연구센터에서 운영중인 차량에 탑재된 라이다 시스템(Lidar observation Vehicle, LIVE)을 소개하고 이것으로 관측된 PBLH의 분석결과를 제시하였다. 분석기간 (2014년 6월 26일~30일) LIVE에서 산출된 PBLH는 WRF와 라디오존데에 서 산출된 값과 비교하여 결정계수가 각각 0.68, 0.72로 높은 상관도를 나타내었다. 하지만, 라이다로 산출된 PBLH는 WRF, 라디오존데와 비교하여 값을 과대모의 하는 경향을 보였다. 이는 라이다가 중첩고도 이하 (< 300m)에서 나타나는 PBLH를 찾아내지 못하고 중첩고도 이상에서 나타나는 잔류층 (Residual Layer, RL)을 PBLH로 산출한 결과라 생각된다. 라이다를 활용하여 10분 시간 해상도로 산출된 PBLH는 일출 뒤 성장하다 태양의 남중이 최고가 되는 시점의 2시간 이후 서서히 감소하는 전형적인 일변화 경향을 보여주었다. 분석기간 평균 PBLH의 성장률은 1.79 (-2.9 ~ 5.7) m min-1 였다. 또한, 이동 중 관측된 라이다 신호를 고정관측 기반자료와 비교한 결과 잡음이 적은 것으로 나타났다. 이동 중 관측된 PBLH의 평균은 1065 m 였으며 인근 속초에서 비양된 라디오존데 (1150 m)와 유사한 값을 보였다. 본 연구에서 LIVE가 고해상도 의 시공간 자료를 안정적으로 산출 할 수 있음을 제시하였다. 이 같은 LIVE의 장점은 에어로졸 및 대기구조에 대한 새로운 관측 패러다임 제시와 관측기술선진화에 기여도가 클 것으로 기대된다. Planetary Boundary Layer Height (PBLH) is a major input parameter for weather forecasting and atmosphere diffusion models. In order to estimate the sub-grid scale variability of PBLH, we need to monitor PBLH data with high spatio-temporal resolution. Accordingly, we introduce a LIdar observation VEhicle (LIVE), and analyze PBLH derived from the lidar loaded in LIVE. PBLH estimated from LIVE shows high correlations with those estimated from both WRF model (R^{2} = 0.68) and radiosonde (R^{2} = 0.72). However, PBLH from lidar tend to be overestimated in comparison with those from both WRF and radiosonde because lidar appears to detect height of Residual Layer (RL) as PBLH which is overall below near the overlap height (< 300 m). PBLH from lidar with 10 min time resolution shows typical diurnal variation since it grows up after sunrise and reaches the maximum after 2 hours of sun culmination. The average growth rate of PBLH during the analysis period (2014/06/26 ~ 30) is 1.79 (-2.9 ~ 5.7) m min-1. In addition, the lidar signal measured from moving LIVE shows that there is very low noise in comparison with that from the stationary observation. The PBLH from LIVE is 1065 m, similar to the value (1150 m) derived from the radiosonde launched at Sokcho. This study suggests that LIVE can observe continuous and reliable PBLH with high resolution in both stationary and mobile systems.

영동 대설사례의 레이더 강설강도 추정 관계식에 관한 연구

정승필(Sueng-Pil Jung),권태영(Tae-Yong Kwon),박준영(Jun-Young Park),최병철(Byoung-Choel Choi) 한국기상학회 2016 대기 Vol.26 No.4

다파장 라만 라이다 관측을 통한 황사의 이동 고도 분포에 따른 광학적 특성 변화 규명

신성균 ( Sung Kyun Shin ),박영산 ( Young San Park ),최병철 ( Byoung Choel Choi ),이권호 ( Kwon Ho Lee ),신동호 ( Dong Ho Shin ),김영준 ( Young J Kim ),노영민 ( Young Min Noh ) 대한원격탐사학회 2014 大韓遠隔探査學會誌 Vol.30 No.5

광주과학기술원의 다파장 라만 라이다를 이용한 에어로졸 연속관측이 2009년부터 2011년까지 3년간 수행되었다. 장기 연속 관측을 통해 얻어진 라이다 신호들의 분석을 통해 편광소멸도를 산출해 내었고, 편광소멸도를 통하여 황사 층을 구분해 내었다. 구분된 황사의 층의 광학적 특징들이 관측 고도에 따라 다르다는 것을 신호의 분석으로부터 밝혀졌다. 이러한 광학적 특징의 차이를 규명하기 위하여, HYSPLIT 모델을 이용하여 각각 관측된 황사 층들의 유입 경로와 이동 중 고도를 분석하였다. 이러한 황사의 관측 고도에 따른 광학적 특성의 변화는 황사가 장거리 이동 중 통과한 오염물질 발생 지역에서 발생한 오염물질과의 혼합으로부터 기인한 것으로 사료된다. 특히 오염물질 발생 지역을 지날 때의 황사 층의 고도는 황사의 광학적 특성 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 3년간 라이다 관측 시스템으로 관측한 황사 중, 중국 산업지역 및 인구밀집도가 높은 지역 등과 같은 인위적 기원의 오염물질 발생 지역을 통과할 때의 고도가 1km 이하 일 때, 0.12 ± 0.01의 낮은 편광소멸도, 355 nm와 532 nm 파장에서 각각 67 ± 9 sr, 68 ± 9 sr 의 낮은 라이다비, 1.05 ± 0.57의 낮은 옹스트롬 지수(Angstrom expon) 보였으며, 이는 오염물질이 갖는 광학적 특성 값과 유사하다. 이와 반면 황사가 3 km 이상의 높은 고도로 오염물질 발생 지역을 통과한 경우는 0.21±0.09의 편광소멸도, 355 nm와 532 nm 파장에서 각각 48 ± 5 sr, 46 ± 4 sr 의 라이다 비, 0.57 ± 0.24 의 옹스토롬 지수를 보이며 이는 순수황사의 광학적 특성과 유사하다. 이는 황사가 중국 오염물질 발생지역을 통과할 때의 고도가 혼합상태의 황사 전체의 광학적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되며, 낮은 고도에서는 오염물질과의 혼합의 정도가 증가하여, 오염물질의 광학적 특성이 우세하게 나타나는 반면, 높은 고도에서는 오염물질과 황사의 혼합이 상대적으로 적게 일어난다고 사료된다. The continuous observations for atmospheric aerosols were conducted during 3 years (2009 to 2011) by using Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) multi-wavelength Raman lidar at Gwangju, Korea (35.10°N, 126.53°E). The aerosol depolarization ratios calculated from lidar data were used to identify the Asian dust layer. The optical properties of Asian dust layer were different according to its vertical distribution. In order to investigate the difference between the optical properties of each individual dust layers, the transport pathway and the transport altitude of Asian dust were analyzed by Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. We consider that the variation of optical properties were influenced not only their transport pathway but also their transport height when it passed over anthropogenic pollution source regions in China. The lower particle depolarization ratio values of 0.12 ± 0.01, higher lidar ratio of 67 ± 9 sr and 68 ± 9 sr at 355 nm and 532 nm, respectively, and higher Angstrom exponent of 1.05 ± 0.57 which are considered as the optical properties of pollution were found. In contrast with this, the higher particle depolarization ratio values of 0.21 ± 0.09, lower lidar ratio of 48 ± 5 sr and 46 ± 4 sr at 355 nm and 532 nm, respectively, and lower Angstrom exponent of 0.57 ± 0.24 which are considered as the optical properties of dust were found. We found that the degree of mixing of anthropogenic pollutant aerosols in mixed Asian dust govern the variation of optical properties of Asian dust and it depends on their altitude when it passed over the polluted regions over China.

속초 GNSS 가강수량을 이용한 라디오존데 센서별 편향 분석

박창근 ( Chang Geun Park ),조정호 ( Jungho Cho ),심재관 ( Jae Kwan Shim ),최병철 ( Byoung Choel Choi ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.3

이 연구에서는 2007년에서 2014년까지의 여름철에 대해 속초기상대 라디오존데 관측을 통해 산출된 가강수량과 속초 GNSS 관측소의 가강수량을 비교하였다. 라디오존데 센서 유형별 수증기량 관측 자료 가 주야간 및 강수 발생 유무에 따라 어떠한 특성을 가지는지 분석하였다. 두 관측기기의 주간, 야간별 관측 시점에 따른 가강수량 산포도에서는 선행 연구에서 알려진 바와 같이 주간의 라디오존데 관측에서는 건조 편향이 발견되었다. 특히 RSG-20A 센서는 주간, 야간에서 다른 센서에 비해 건조 편향이 크게 나타났다. 또한 전반적으로 GNSS 가강수량이 증가함에 따라 라디오존데 가강수량이 GNSS 가강수량에 대해 과대 추 정에서 과소 추정으로 변화하는 경향이 발견되었다. 라디오존데 가강수량의 편향 및 오차에 대한 정량적 분 석에서는 2007, 2008년을 제외하고는 센서 종류에 상관없이 여름의 주간에 비해 야간에서 더 작은 평균 편 향을 가짐을 확인할 수 있다. 여름철 강수의 유무에 따른 비교에서는 RS92-SGP 센서가 가장 뛰어난 품질 의 결과를 보였다. In this study, we compared the Precipitable Water Vapor (PWV) data derived from the radiosonde observation at Sokcho observatory and the PWV data at Sokcho Global Navigation Satellite System (GNSS) observatory provided by Korea Astronomy and Space Science Institute, for the summer of 2007~2014, and analyzed the radiosonde diurnal and rainfall-dependent bias according to radiosonde sensor types. In the scatter diagram of the daytime and nighttime radiosonde PWV data and GNSS PWV data, dry bias was found in the daytime radiosonde observation as known in the previous study and dry bias of RSG-20A sensor was larger than other sensors. Overall, the tendency that the wet bias of the radiosonde PWV increased as GNSS PWV decreased and the dry bias of the radiosonde PWV increased as GNSS PWV increased. The quantitative analysis of the bias and error of the radiosonde PWV data showed that the mean bias decreased in the nighttime except for 2007, 2008 summer. In comparison for summer according to the presence or absence of rainfall, RS92-SGP sensor showed the highest quality.

기상청 수원기상대 농업기상 관측요소의 품질관리

오규림 ( Gyu Lim Oh ),이승재 ( Seung Jae Lee ),최병철 ( Byoung Choel Choi ),김준 ( Joon Kim ),김규랑 ( Kyu Rang Kim ),최성원 ( Sung Won Choi ),이병렬 ( Byong Lyol Lee ) 한국농림기상학회 2015 한국농림기상학회지 Vol.17 No.1

농업기상 관측자료의 QC는 원자료의 튀는 값을 의심자료로 분류하거나 제거하는 사후 성격의 작업이다. 본 연구에서는 수원기상대의 2012, 2013년 농업기상관측요소에 대하여 처음으로 QC를 시행하고, 관련 절차를 문서화하였다. QC 방법은 기상청의 실시간 품질관리 시스템을 참고하였고, 토양수분은 국제 토양수분관측망 QC 모듈을 참고하였으며, 그 외의 경우는 경험에 근거하여 자체적으로 고안한 기준을 적용하였다. 농업기상 관측자료에 이상의 품질검사 알고리즘들을 적용한 결과, 튀는 값과 비정상적인 값들이 사라지고, 보다 신뢰할 수 있는 시계열 자료가 확보되었으며, 보다 정확한 통계값이 산출되었다. 연직 기온, 토양온도 등의 온도 요소는 품질관리가 상대적으로 용이하게 이루어졌다. 그러나 토양온도의 튀는 값이 여름철에 집중된 것으로 볼 때, 강우에 따른 대비와 관측 장비의 철저한 관리가 필요하다고 사료된다. 한편, 온도 요소를 제외한 나머지 요소에는 각각의 자료 특성에 맞는 품질관리 방법의 개발이 시급하다. 특히 토양수분은 연직으로 깊이 들어가더라도 그 정도에 차이가 있을 뿐 강수량의 영향을 받음에도 불구하고, 앞에 제시한 일부 QC 방법은 0.10m 토양수분에 한정되어 있는 점이 한계로 작용하였다. 수원기상대에서 나타나는 토양수분의 겨울철 이상 변동은 ISMN 방식의 QC 모듈로도 걸러지지 않았으므로, 이에 대한 원인 분석이 이루어져야 할 것이다. 또한, 토양수분 QC에서 플래그가 부여된 의심자료들을 오류값으로 분류하기 위해서는 더욱 확실한 근거가 필요하다. 예를 들어 수원기상대의 경우, 여러 해 동안 측정된 토양수분 관측자료를 종합적으로 분석하여 수원기상대에서의 토양수분의 변화 양상이 매년 어떻게 반복되고 있는지 파악하는 것이 중요하다. 향후 단기적으로는 이번 QC 연구에서 자료의 신뢰도가 낮아 제외되었던 복사 변수와 지면온도 변수에 대한 QC가 이루어져야 하며, 수원 이외의 다른 농관 지점의 관측자료에 대해서도 QC가 속히 실시되어야 할 것이다. 중기적으로는 QC된 자료를 바탕으로 농업기상 정기보고서 작성 및 배포가 가능하다. 장기적으로는 기상청 및 KoFlux의 자동화 QC 프로그램, 수치모형을 이용한 비선형 변분 QC(예로, Lee et al., 2011) 등을 기반으로 농업기상 관측요소별 QC 수행의 고도화 및 자동화가 필요하다. 이러한 체계적인 개선을 통해 농업기상 관측자료의 품질경영이 한층 더 성취되면, 지상기상 관측자료에 버금가는 고품질의 농업기상 관측자료가 생산되어, 국내 유관기관, 학술 연 구자, 농림업 현장 종사자 등 많은 이용자들에게 제공 및 활용될 것으로 기대된다. 이 연구에서 사용된 원자료 및 품질관리 결과 자료는 국가농림기상센터의 웹사이트(http://ncam.kr/page/req/agri_weather.php)에서 소정의 절차를 거쳐 이용할 수 있다. In this research, we applied a procedure of quality control (QC) to the agro-meteorological data measured at the Suwon weather station of Korea Meteorological Administration (KMA). The QC was conducted through six steps based on the KMA Real-time Quality control system for Meteorological Observation Data (RQMOD) and four steps based on the International Soil Moisture Network (ISMN) QC modules. In addition, we set up our own empirical method to remove erroneous data which could not be filtered by the RQMOD and ISMN methods. After all these QC procedures, a well-refined agro-meteorological dataset was complied at both air and soil temperatures. Our research suggests that soil moisture requires more detailed and reliable grounds to remove doubtful data, especially in winter with its abnormal variations. The raw data and the data after QC are now available at the NCAM website (http://ncam.kr/page/req/agri_weather.php).

자기조직화지도를 활용한 태풍 영향기간 동안의 강우패턴 분석

김현욱(Kim, Hyun-Uk),심재관(Shim, Jae-Kwan),최병철(Choi, Byoung-Choel) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.4

태풍은 우리나라에서 가장 많은 피해를 유발하고 있는 대표적인 자연재해이다. 특히 태풍기간 중 호우로 인한 피해가 많이 나타나고 있어 태풍 기간 중 강우 특징에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 과거에 영향을 미친 태풍에 대해서 강우의 분포 패턴을 중점으로 유사한 특징을 가진 최적군집의 개수를 산출했다. 또한 군집분석 결과를 바탕으로 태풍의 이동경로와 강우 분포의 관계를 분석했으며, 태풍 기간 중 나타나는 강우패턴의 특징을 구분했다. 그 결과, 우리나라 태풍 영향기간 중 유사한 특징을 나타내는 강우 분포의 최적군집 개수는 12개로 산출되었다. 또한, 군집분석 결과에 의하면 태풍의 이동경로가 유사하더라도 강우의 패턴이 다르게 나타날 수 있고, 이동경로가 다르더라도 강우의 패턴이 유사하게 나타날 수 있음이 확인되었다. 마지막으로 가장 높은 빈도로 나타나는 분포 패턴과 재산피해에 영향을 미칠 수 있는 강우현상이 발생하는 분포 패턴을 구분했다. Typhoon is a major natural disaster that causes the most damage in Korea. Especially, study of rainfall characteristics during typhoons season is needed because of the heavy damage caused by heavy rains during the typhoons. In this study, the number of optimal clusters with similar characteristics was calculated based on the distribution pattern of rainfall for typhoons that affected the past. Based on the results of the cluster analysis, we analyzed the relationship between the track and rainfall distribution of typhoons and we classified characteristics of rainfall pattern during typhoon period. As a result, the optimum number of clusters of rainfall distribution, which showed similar characteristics during typhoon effect period in Korea, was calculated as 12. According to the cluster analysis result, even if the path of the typhoon is similar, the pattern of rainfall may be different, and the pattern of rainfall may be similar even if the path is different. Lastly, we classified the distribution pattern with the highest frequency and the distribution pattern in which rainfall that might affect property damage occurred.