Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.36 No.3 pp.210-221
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2015.36.3.210

The Analysis of Regional Scale Topographic Effect Using MM5-A2C Coupling Modeling

Hyun-Jeong Choi1*, Soon-Hwan Lee2, Hak-Sung Kim3
1Department of Physics & Earth Science, Korea Science Academy of KAIST, Busan 614-100, Korea
2Department of Earth Science Education, Korea National University, Choongbuk 363-791, Korea
3Department of Earth Science Education, Pusan National University, Busan 609-735, Korea
Corresponding author: coscoo@naver.com Tel: +82-51-606-2240 Fax: +82-51-606-2376
April 30, 2015 June 18, 2015 June 28, 2015

Abstract

The terrain features and surface characteristics are the most important elements not only in meteorological modeling but also in air quality modeling. The diurnal evolution of local climate over complex terrain may be significantly controlled by the ground irregularities. Such topographic features can affect a thermally driven flow, either directly by causing changes in the wind direction or indirectly, by inducing significant variations in the ground temperature. Over a complex terrain, these variations are due to the nonuniform distribution of solar radiation, which is highly determined by the ground geometrical characteristics, i.e. slope and orientation. Therefore, the accuracy of prediction of regional scale circulation is strong associated with the accuracy of land-use and topographic information in meso-scale circulation assessment. The objective of this work is a numerical simulation using MM5-A2C model with the detailed topography and land-use information as the surface boundary conditions of the air flow field in mountain regions. Meteorological conditions estimated by MM5-A2C command a great influence on the dispersion of mountain areas with the reasonable feature of topography where there is an important difference in orographic forcing.


국지규모 지형영향을 고려하기 위한 MM5-A2C 결합 모델링 특성 분석

최 현정1*, 이 순환2, 김 학성3
1한국과학기술원(KAIST) 부설 한국과학영재학교 물리지구과학부, 614-100, 부산광역시 부산진구 당감동 백양관문로 105-47
2부산대학교 지구과학교육과, 609-735, 부산광역시 금정구 부산대학로 63
3한국교원대학교 지구과학교육과, 363-791, 충북 청원군 강내면 다락리 산 7

초록

지형적인 형태와 지표면의 물리적인 특성은 기상장 뿐 만 아니라 대기질 수치 모델링에서도 가장 중요한 입력 변수가 된다. 대부분 복잡지형에서 일어나는 국지적인 기상의 일변동들이 지형적인 불균일성에 의해 지배되기도 한다. 이러한 지형적인 특징들은 열적으로 유도된 대기흐름에 영향을 일으키며 직접적으로는 풍계의 변화를 가져오거나 지표 면 가열 온도 자체에서의 중요한 변화를 가져와 간접적으로 영향을 주기도 한다. 복잡지형에서 이러한 변화양상들은 지 형적인 특징 즉, 지형적 경사와 성질에 의한 태양복사 에너지의 불균등한 분배에 기인한다. 그러므로 기상장 묘사가 어 려운 복잡지형에서는 관측값에 더 가까운 정확한 바람장을 예측하기 위해 상세한 지형 정보와 지표면 자료가 중요하게 된다. 본 연구에서는 상세한 지표면과 지형자료를 지표 경계자료로 활용한 MM5-A2C 모델을 이용하여 복잡한 지형적 조건을 가진 산지지역에서의 바람장 수치모의를 하고자 한다. MM5-A2C에 의해 유도된 기상장은 국지규모의 산지주변 에서의 지형강제력에 의한 기상장 해석을 정밀하게 예측하여 모델 내의 지형적 조건이 미치는 영향에 대해 직접적인 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.


    Ministry of Science, ICT and Future Planning

    서 론

    국지기후에서는 대상 지역의 지형이나 토지 이용도 에 따라 기상장의 변화가 가장 크게 나타나며, 언덕 이나 산이 분포한 지역에서 특히 중요하다(Tong et al., 2005). 지형적인 형태는 풍향과 관련된 열적 관 성류(thermally driven flow)의 분포에 영향을 주며 (Atkinson, 1981), 복잡지형에서 특히, 지형 경사와 형태에 따른 복사(solar radiation)의 불균등한 분포가 바람장 분포(wind behavior)의 다양성에 가장 큰 요 인이 된다(Mahrer and Pielke, 1977). 이와 함께 Lee and Kimura (2001)는 많은 수치실험을 통해 지형에 의해 형성되는 산곡풍(mountain-valley breeze)의 형 성과 진화과정을 비교하여 지형이 중규모 순환에 미 치는 영향을 조사하여 도시의 연직 순환계에 미치는 영향을 연구하였다. Kimura and Kuwagata (1993)는 이상적인 지형을 이용한 수치실험을 통하여 지형의 폭이 중규모 순환강도와 밀접한 관련을 가지고 있으 며, 지형의 폭이 작은 경우에는 기본적인 지표 난류 성분이 더욱 중요하게 작용함을 분석하였다. 즉, 지 형의 존재는 기계적, 열적 대기현상에 직접적인 영향 을 미치게 된다는 것이다. 이러한 중규모모델을 이용 한 지형강제력에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있 다. 또한 전산유체모형을 통하여 미세규모에서의 지 형강제력을 계산하려는 연구도 최근 많이 진행되고 있다. 이순환(2011)은 전산유동 수치모형(Computational fluid dynamics, CFD)을 이용하여 다양한 대기안정도 상태 하에서 초고해상도 풍력자원을 평가하였다. CFD는 이러한 지형효과에 의한 열적 강제력을 잘 표현하고 있기 때문에 다양한 중규모와 미규모 기상 현상 재현에 다양하게 적용되고 있다(Yamada, 2004). 그러나 기존의 연구에서는 CFD에서 계산된 초기 바 람장으로 미세규모의 바람장 수치모의에 주력하고 있 지만 본 연구에서는 중규모 기상모델에서 새롭게 제 공된 고해상도의 지형 및 지표면 자료를 바탕으로 Nesting 된 자료를 초기자료를 안정적으로 CFD에 제 공한다는데 큰 의의가 있다고 할 수 있다. 본 연구를

    수행함에 앞서 고해상도 지형고도 및 지표면자료를 이용한 중규모 기상모델링 결과로, 해안이나 산지지 역에서의 국지 순환, 열적 내부 경계층의 형성과정에 도 상세한 지형고도자료에 의한 해륙풍, 산곡풍의 발 달상황을 좀 더 상세히 묘사할 수 있었으며 연안 지 역의 대기 경계층의 변화와 이로 인한 오염물의 확 산 예측에 상당한 영향을 주는 것으로 밝혀진 연구 도 이미 진행하였다(이화운 등, 2005; Lee et al., 2006; 최현정, 2006).

    본 연구에서는 이러한 상세한 지형적 정보에 의해 야기되는 순환장의 변화를 중규모 기상장 수치예보 모델(NWP, Numerical weather prediction) 중 MM5 (Mesoscale Model 5)를 사용해 계산하고 각각의 자 료들에 대한 기상요소들을 정밀하게 산출한 후 CFD 로 연계하여 높은 해상도로 지형의 영향에 대한 미 세규모 모델에 그 접합성이 가능하도록 수치모의 하 고자 한다.

    연구 방법

    중규모 기상모델(MM5)

    본 연구에 사용된 기상모델은 미국 기상연구소 (U.S. National Center for Atmospheric Research)와 펜실베니아 주립대학(Penn Stat. Univ.)이 공동 개발 한 모델인 MM5 (Mesoscale Meteorological Model version 5)로, 초기에는 중규모 현상의 기상예측에 주 로 사용되었으나 최근 중규모와 미규모 기상현상에 적용 가능하게 되었고 대기오염물질 광화학반응/이동 /침착 모형의 입력자료 생성에도 사용할 수 있도록 수정·보완되었다. 본 모형은 비압축성 비정수계(Noncompressible non-hydrostatic) 방정식계를 사용한다. 비정수계 모델의 특징은 정수계 가정을 필요로 하지 않기 때문에 연직 속도항이 모델에서 직접 예보되고, 공기의 비압축성 가정을 하지 않기 때문에 질량 항이 모델에서 직접 예보되는 특징이 있다. 연직 격자로는 지형(terrain)을 따라가는 시그마 좌표계(s-coordinate)를 사용하고, 완전 시그마 층(full sigma level)에서 연직 속도가 정의되면 반 시그마 층(half sigma level)에서 수평 바람 성분 및 온도, 습도 등이 정의된다. 다중 격자 계를 채용하여 여러 개의 단방향이나 양방향 둥지격자를 사용할 수 있으며, 전적으로 질량보존 방 정식으로부터 출발한다. 단지 기압경도 방정식에 기 여하는 비단열적 가열항은 무시되며, 모델은 고분해 능을 요구하는 물리과정을 지원하고 있다(Dudhia, 1993).

    전산유체모델 (A2C)

    본 연구에서 사용된 모형은 Yamada Sience and Art Corporation의 A2C (Atmosphere to CFD)로 전 산 유체역학기술을 접목하여 다양한 규모의 바람 유 동장 해석에 사용된다. A2C 모형은 물리 방정식을 이용하여 바람, 온도, 습도, 기압 등의 3차원 공간분 포를 평가하고, 대기경계층의 열과 운동량 확산에 대 한 정확도가 높다(이순환, 2011). 그리고 난류 모수화 는 2.5차 Mellor-Yamada second-moment 난류 종결 모델(Mellor and Yamada,1982)을 사용하고 있다. 또 한 본 모델 내 상세 지형주변의 흐름을 모의하기 위해 사용된 방법은 HSMAC (Highly Simplified Marker and Cell) 방법을 적용하였다(Hirt and Cox, 1972). 둥지 격자 적용이 가능하기 때문에 다양한 규모의 공간해상도 계산이 동시에 가능하다. 특히 지형효과 에 의한 열적 강제력을 잘 표현하고 있기 때문에 다 양한 중규모와 미규모 기상현상 재현에 다양하게 적 용되고 있다(Koo et al., 2010). 연직으로 30개의 층 으로 이루어져 있으며, 모형의 최상층은 고도 6 km로 설정하였다. 지표면 가까이에서 열과 운동량의 교환 이 크기 때문에 지면에 가까울수록 격자가 조밀한 부등격자를 이용하였다.

    모델링 수행

    모델링 영역 및 수행조건

    본 연구에서는 모델의 둥지격자 도메인을 이용하여 Lambert-conformal 격자 투영법을 사용하여, 높이는 444 m로, 전북 정읍시에서 약 12 km 떨어진 곳에 있 는 두승산 주변을 수치모의 하였다. 먼저, 기상장 수 치모의를 위해서, 두승산을 중심으로 하는 수치모델 링의 계산 오차를 줄이고, 대규모 영역의 계산부터 시작하여 관심지역의 영역까지 계산을 하는 둥지격자 도메인을 이용하는 nesting방법을 도입한다. 둥지격자 모델의 외부경계조건을 생성하기 위해서 two-way interacting nested grid system을 사용한다. 모델의 둥 지격자 도메인을 아래와 같다(Fig. 1, Table 1). 사용 된 물리과정중 구름 모수화 과정(cloud physics and precipitation processes)과 강수 과정(precipitation processes)은 각각 상승·하강운동 그리고 보상운동을 고려하는 모수화 방법(Grell, Dudhia and Stauffer, 1995)과 Reisner2 (Reisner, Rassmussen and Bruintjes, 1998)을 사용하였는데, 이 방안은 10-30 km 이내의 수평격자에 유용하게 사용되며, 격자 규모(grid-scale) 강수와 대류성 강수(convective rain)를 분리하여 고 려한다. 그리고 복사과정은 명시적 구름(explicit cloud)과 장파 및 단파복사의 상호작용을 충분히 고 려한 구름-복사 방안(Cloud-radiation scheme)을 사용 한다. 또한 경계층을 묘사하는 물리식으로 상대적으 로 경계층 내에서 강한 혼합을 발생시키는 MRF planetary boundary layer (PBL) parameterization scheme (Hong and Pan, 1996)을 사용하고, Explicit Moisture Scheme으로 Reisner Graupel Scheme을 사 용한다. 이는 모델내의 효과적인 수증기 상호 교환이 가능하도록 하기 위한 것이다. Radiation scheme으로 RRTM long wave scheme (Mlawer et al., 1997)을, surface scheme으로는 Pleim-Xiu Land-Surface scheme (Pleim-Xiu Land-Surface Model coupled to the Pleim-Xiu PBL and combined land-surface and PBL model)이 선택되어 졌다.

    연구에 사용된 모델의 초기 및 경계 입력자료는 선정일의 3시간 단위 KMA/RDAPS (Regional Data Assimilation and Prediction System)를 기본 입력 자 료로 사용하였다(Table 2).

    지형고도 및 지표면 자료

    현재 중규모 기상장 모델인 MM5에서 지원하는 가장 높은 해상도의 지형자료는 1.1 km의 간격으로 구성된 USGS DEM-30seconds (U. S. Geological Survey Digital Elevation Model, among the PSU/ NCAR terrain/land use data set (Larkin, 1985) for the simple soil model in the standard version of MM5)자료이다. 이 지형자료의 해상도 MM5에서 지 원하는 3.3 km 간격을 지형고도자료를 하나의 격자를 중심으로 1.1 km 간격의 16개의 지형고도를 내삽하 는 형식으로 모델의 지형고도를 결정하게 된다. 이 과정에서 실제 지형과 왜곡이 생기게 되어 상세 내 륙 및 연안 지형에 대한 국지기상 수치모의를 하는 데 많은 오차를 유발할 가능성이 있다. 따라서 본 연 구에서는 기상 모델의 지표경계조건의 향상으로 실제 대기상태에 가까운 기상장 예측을 유도하기 위하여 환경부 지리 정보시스템의 해상도 90m (3-seconds)인 지형고도자료를 모델 내 fine domain에 안정적으로 내 삽하여 수행하였다(최현정, 2006). MM5에서 도메인 의 각 격자마다 지형고도를 계산하는데 다음의 절차 를 거치게 된다. 먼저 격자를 둘러싼 16개의 지형고 도자료를 읽어 도메인의 격자의 지형고도를 overlapping 2-dimension parabolic 내삽 방법으로 결정한 후, 수 치계산의 안정성을 위하여 1-2-1 smoother algorithm 으로 각 격자의 지형고도에 이웃한 격자의 고도 값을 반영시키게 된다. Overlapping 2-dimension parabolic interpolation (Guo and Chen, 1994)은 지형의 높낮이 가 연속적으로 포물선 형태로 변한다는 가정 하에 이루어지진다. 우리나라의 실제지형은 굴곡이 심하고 대체적으로 거친 형태를 하고 있고, 내삽되는 자료의 간격이 좁으므로 지형자료를 생산할 때에는 격자 주 위 4개 지점의 고도를 읽어 선형적으로 내삽하는 형 태를 취하였다. 그리고 수치계산의 안정성을 고려하 기 위해 1-2-1 smoother algorithm을 반영하였고, 도 메인 경계지역의 지형고도는 더 큰 도메인의 고도와 일치시켰다.

    현재 중규모 기상장모델에 제공되고 있는 지표면 자료의 해상도는 미국지질연구소(USGS)의 1.1 km 해 상도 자료이다. 현재 환경부에서는 에서는 Landsat TM 위성영상과 SPOT 위성영상을 합성한 한반도 위 성영상지도를 제작하여, 시가화/건조지역, 농업지역, 산림지역, 초지, 습지, 나지, 수역의 7개 분류항목으 로 구성된 지상해상도 30 m급의 대분류 토지피복지 도 (축척 1:50,000)를 제작하였으며, 본 연구에서는 안정적으로 모델 내에 적용하여 수치모의 하고자 한 다. 이러한 Land use의 차이는 temperature, precipitation, leaf area index, solar radiation, soil temperature, soil water content, soil respiration 등에 영향을 주게 된다. 구체적으로, MM5의 TERRAIN 내의 landuse 영역에 있는 table (landuse.tbl)에는 각각 Albedo (%), Moisture Availability (0-1), Emissivity (%), Roughness length (cm), Thermal inertia와 같은 지면 물리량을 갖는 category를 가지며, 이들은 각각 solar radiation reflection, water available for evaporation, Long-wave emission factor, Surface momentum flux (friction), net forcing에 영향을 주어 국지규모의 바람장에 다양 한 변화를 가져오게 된다(최현정, 2006).

    모델링 결과

    수평 관측값과의 비교

    모델의 지상 10 m에서 산출한 지점별 기온과 풍속 에 대하여 관측값(정읍지점, 35.4935, 126.9298)과 비 교 분석하였다. MM5에서 산출된 기온 자료는 관측 값과 유의한 경향을 보이며, IOA (Index of agreement) 0.82의 통계치를 보였다(Fig. 2).

    IOA는 1에 가까울 때 모델의 수행능력이 좋은 것 이며, 0.7 이상이면 유효한 값이다.

    IOA = 1 a mod x , t a abs x , t 2 a mod x , t a abs ¯ + a abs x , t a abs ¯ 2

    또한 풍속의 결과에서, 도심의 각 지점별 관측 값 과 비교해 관측 비교지점의 풍속은 대체로 3 m/s 이 하의 바람이 불고 있으나, 모델은 5 m/s 이하로 모사 하고 있어 다소 과대평가하고 있으나 일변화 경향은 비교적 잘 모사하고 있는 것으로 사료된다(Fig. 3). 그러나 정규관측소가 종관 특성을 대표할 수 있는 트인 위치에 있는 반면, 자동기상관측소는 대부분이 옥상 위에 설치되어 있어 기상 탑의 높이가 7 m나 4m로 낮은 점과 주위 건물이나 인접 지형 등의 직 접적인 영향을 받아 풍속이 약하게 나타났을 가능성 을 생각할 수도 있다(김진영 등, 2000).

    수평 기상장 및 연직 온위 분포

    본 연구의 사례 일이었던 2007년 6월 4-7일은 전 반적으로 약한 종관풍과 함께 사례일을 포함한 기간 동안 주된 지상 풍계가 서북서풍을 이루지만 전반적 으로 약한 풍속과 함께 모델링 영역 내 강한 지형적 요인이 되는 두승산 주변으로 동풍 내지 북동풍의 풍계가 형성되어 풍하측으로의 수렴이 이루어짐을 알 수 있었다(Fig. 4).

    Fig. 5에 나타난 기온장은 전반적인 여름철 기온분 포의 일변화 경향을 나타내며, 일중 일사가 시작되면 서 기온이 풍하 측을 중심으로 상승하고 있으며, 일 사가 강해지는 1200 LST에는 내륙으로 갈수록 강한 고온역을 형성하며 산지 주변에는 25℃ 내외에 이른 다. 이후 두승산을 중심으로 자정이 가까워지면서 산 지주변에서 급격히 떨어진 기온의 영향으로 해안에 가까운 산지의 오른쪽 주변에서 작은 기온 경도를 나타내게 된다. 자정에 가까워지면서 대체로 산지는 야간에 유입된 냉기류가 흘러가는 통로가 되고, 경사 도가 낮은 평지 부근에서는 냉기류가 쉽게 빠져나가 지 못하고 정체되기 쉬운데, 종관분석에서도 고기압 권 내에 들어 바람이 약하고 맑은 날이 되면서 기온 이 낮아지고 지표에 있는 물질들의 열복사가 촉진되 어 기온이 더욱 낮아지게 된다. 산지를 제외한 평지 에서 기온의 변화 폭이 다른 지역에 비해 다양하게 변하고 있는 것은 기류의 이동이 일정하지 않기 때 문으로 볼 수 있다.

    Fig. 6은 계산영역에 대한 수평 바람장을 나타낸 것으로 시간에 따른 종관장 및 국지적인 영향이 잘 모사되고 있음을 보여주고 있다. 전시간대에 걸쳐 발 달한 북풍계열의 바람이 자정과 새벽에 약화되어 있 다가 일사가 진행되고 산지 후면으로 더욱 확장되어 있는 것을 볼 수 있다. 자정부근에서는 북서풍계열의 바람이 나타나고 있으며, 산간 지역의 강한 기온 경 도의 영향으로 산능성을 따라서 강한 바람이 국지적 으로 나타나고 있다. 일사에 대한 지형적인 차이에 의해 발생하는 풍황이 지형의 영향을 받으며 각각 잘 모사되고 있다. 특히, 1600 LST에서는 전시간대에 발달한 북풍계열의 산간 지역의 강한 기온 경도의 영향으로 산능성을 따라서 강한 바람이 국지적으로 나타나고 있는 것을 볼 수 있다.

    Fig. 7은 지상의 stream line에 대하여 나타낸 그림 이다. 일사가 시작되면서 다양한 stream line의 패턴 이 지형과 지표면 조건의 변화에 의해 나타나고 있 는 것을 볼 수 있다. 지형의 효과가 나타나면서 배수 류의 형태가 산지아래 나타나는 것이 확인되며, stream line은 비교적 남북로 길게 확장되어 있다. 지 형고도의 효과로 인하여 수렴되는 line 들에 있어서 그 위치와 강도가 시간에 따라 다르게 나타나고 있 는 것을 알 수 있다. 약한 수렴대를 만들며 산을 넘 어가는 기류의 이동을 잘 모사하고 있으며 1200LST 에서는 이러한 수렴대가 다소 폭을 줄이면서 강해진 양상을 띤다.

    Fig. 8은 대기의 온위장으로 산출한 혼합고도의 변 화를 정읍에서의 단면을 동서로 살펴본 결과를 나타 내었다. 일출 후 0800 LST에 태양복사의 증가에 따 라 지면 온도가 상승하고, 따라서 지면 근처의 활발 한 연직운동으로 인해 대기의 혼합이 이루어짐으로(대 류성 혼합) 대기 하층에 혼합층이 형성되어진다. 일 출 후 일사에 의한 지면 가열에 의해 혼합층이 점차 발달하고 있음을 볼 수 있다. 태양의 지면 가열이 시 작되는 일출로부터 시간이 지남에 따라 혼합층이 성 장하다가 지면 부근의 기온이 가장 높은 1600 LST 경에 일반적으로 가장 높은 혼합층의 고도를 나타내 게 된다. 비록 태양 복사는 일반적으로 1200 LST에 최고를 나타내지만 지면 가열 효과는 일 최고 기온 이 나타나는 1400-1500 LST까지 계속되므로 혼합고 역시 이 시간대에 가장 높게 나타난다. 따라서 이 시 간대에 분석된 혼합고 1150 m는 이 날의 최대 혼합 고로 산출되었다. 이때, 지표면 현열 속의 증가로 인 하여 연직 혼합고가 깊어지는 효과를 보여 주고 있 다. 즉 현열 속의 증가와 감소는 열적 난류의 증가와 감소를 대변하고 있으며, 특히 지표면의 가열로 생긴 부력에 의해 혼합층이 대류적으로 발달했음을 시사한 다. 일반적으로 1600 LST 이후에는 일사량보다 지구 복사량이 더 크므로 시간이 지날수록 지면 냉각 효 과가 서서히 일어나기 때문이다.

    즉, 태양 일사에 의한 지면으로부터 열 공급이 점 차 줄어들기 때문에 그 줄어든 에너지만큼 연직적으 로 혼합될 수 있는 에너지가 작아져서 혼합고가 낮 아지게 되는 것이다. 이후 자정부근의 대기의 연직 분포에서, 야간에는 일사에 의한 지표 가열 효과 대 신 지구 장파복사에 의한 지표 냉각으로 인해 대기 가 안정화 되어간다. 지구 장파복사로 인해 지표와 지표 부근의 공기가 먼저 냉각되어 지표면 부근에서 혼합고가 급격히 낮아지거나 또는 지표 냉각률이 클 경우 지표면 부근에 역전 현상을 만들기도 한다.

    결 론

    본 연구는 국지규모의 기상해석을 위한 중규모 기 상장 모델인 MM5와 연계한 전산유체모델(CFD)인 A2C에 보다 실제적인 지표면 경계조건의 제공을 목 적으로 한다. 이때 입력자료로 사용되는 기상장 모델 의 지형적 조건이 미치는 실질적인 영향을 검토하고 자 하였으며, 대기 확산의 물리적인 특성을 나타내는 기상인자들을 정밀하게 예측하고자 수행되었다. 특히, 본 연구를 통하여 지형의 형태나 폭에 대해 기본적 인 지표 난류 성분이 더욱 중요하게 작용하게 됨을 분석하였으며, 지형의 존재가 미치는 기계적, 열적 대기현상을 수치모의 하였다. 즉 중규모 기상모델에 서 입력장으로 사용된 고해상도 지형 및 지표면 자 료는 A2C에 안정적으로 수행될 수 있도록 구현하였 다. 관측값(정읍지점, 35.4935, 126.9298)과 비교 분 석한 결과에서, 지형적 요인을 중심으로 살펴본 MM5-A2C 결합에서 산출된 기온 자료와 풍속자료의 결과에서는 관측값과 유의한 경향을 보이며 일변화 경향을 비교적 잘 모사하고 있는 것으로 나타났다. 산지를 중심으로 기온의 풍하측 패턴이 강화되는 고 온역을 상세히 모사할 수 있었으며, 대체로 산지는 야간에 유입된 냉기류가 흘러가는 통로가 되고, 경사 도가 낮은 평지 부근에서는 냉기류가 쉽게 빠져나가 지 못하고 정체되기 쉬운 양상도 자세히 살펴볼 수 있었다.

    수평 바람장을 나타낸 결과에서는 산간 지역의 강 한 기온 경도의 영향으로 산능성을 따라서 강한 바 람이 국지적으로 나타나고 있었다. 또한 지상의 stream line에 대하여 나타낸 결과에서 지형의 효과가 나타나면서 다양한 배수류의 형태가 산지 아래에서 확인되며, 대기의 온위장으로 산출한 혼합고도의 변 화를 정읍에서의 단면을 동서로 살펴본 결과에서는 일사에 의한 지면 가열에 의해 산지 지형에 의한 혼 합층이 특징적으로 발달하고 있음을 분석할 수 있었 다. 이로써 CFD가 보여주는 지형효과에 의한 강제력 이 중규모 모델을 통해 생성된 고해상도 기상자료와 결합하여 실제적으로 다양한 미규모 기상 현상 재현 에 긍정적인 효과가 있음을 제시할 수 있었다.

    Figure

    JKESS-36-210_F1.gif

    The coarse and nested grid domains used in this study.

    JKESS-36-210_F2.gif

    Diurnal variation of horizontal temperature between modeled and observed value in Jeongup station.

    JKESS-36-210_F3.gif

    Diurnal variation of horizontal wind speed between modeled and observed value in Jeongup station.

    JKESS-36-210_F4.gif

    Synoptic weather chart during 2007/06/04-06/07.

    JKESS-36-210_F5.gif

    The simulated horizontal temperature field simulated by MM5-A2C.

    JKESS-36-210_F6.gif

    The simulated horizontal wind field simulated by MM5-A2C.

    JKESS-36-210_F7.gif

    The horizontal wind stream line simulated by MM5-A2C.

    JKESS-36-210_F8.gif

    The vertical flux and potential temperature field (The position of the cross-section is Jeongup (35.4935, 126.9298)).

    Table

    The grid system of the horizontal dimensions for model integration in Fig. 1

    Configurations for RDAPS

    Reference

    1. Atkinson BW (1981) Meso-Scale Atmospheric Circulations , Academic Press ,
    2. Choi HJ (2006) The simulation of Meteorological field and photochemical air pollution in high resolution. Unpublished Dr. dissertation, Pusan National University, pp.-183
    3. Dudhia J (1993) A nonhydrostatic version of the Penn state-NCAR Mesoscale Model: Validation tests and simulation of an Atlantic cyclone and cold front Mon , Wea. Rev, Vol.121; pp.1493-1513
    4. Guo Y-R , Chen S (1994) Terrian and land use for the fifth-generation Penn State/NCAR mesoscale modeling system (MM5) , NCAR Technical note NCAR/TN-397+IA, Vol.114;
    5. Hirt CW , Cox JL (1972) Calculating Three- Dimensional Flows around Structures and over Rough Terrain , Journal of Computational Physics, Vol.10; pp.324-340
    6. Hong SY , Pan HL (1996) Nonlocal boundary layer vertical diffusion in a medium-range forecast model , Monthly Weather Rev, Vol.124; pp.2322-2339
    7. Hwa Woon Lee , Hyun-Jung Choi , Kang-Yoel Lee , Soon- Hwan Lee , Kyoung-Hee Sung (2006) The effect of using detailed landuse conditions for the phochemical modeling of Seoul, Korea , Journal of the Korean meteorological society, Vol.42 (2) ; pp.57-73
    8. Kim JY , Ghim YS , Chung KY (2000) Analysis of wind data characteristics of automatic weather stations in Seoul and Inchon areas , Jounal of Korean Meteorological Society, Vol.36 (2) ; pp.162-169
    9. Kimura F , Kuwagata T (1993) Thermally induced wind passing from plain to basin over a mountain range , J. Appl. Meteor, Vol.32 (1993) ; pp.1538-1547
    10. Koo H-S , Kim H-D , Yun W-T , Lee S-H (2010) Variation of regional circulations due to longtermchange land-use in the Daegu Metropolitan region from 100 years , Asia-Pacific Journal of Atmospheric Science, Vol.46; pp.53-64
    11. Larkin C (1985) PROGRAM TERRAIN: Documentation and users’ guide , Internal Pennsylvania State University Report, Vol.35;
    12. Lee SH , Kimura F (2001) Comparative studies in the local circulation induced by land-use and bytopography , Bound. Layer Met, Vol.101; pp.157-182
    13. Lee HW , Choi HJ , Lee KY (2005) The effect of the detailed bottom boundary condition and numerical interpolation on the simulation of the air flow field with complex topography , Jounal of Korean Meteorological Society, Vol.41 (1) ; pp.73-87
    14. Lee SH (2011) A numerical study on the characteristics of high resolution wind resource in mountainous areas using computational fluid dynamic analysis , Journal of Korean Earth Science Society, Vol.32 (1) ; pp.46-56
    15. Mahrer Y , Pielke RA (1977) The effects of topography on sea and land breezes in atwodimensional numerical model, Mon , Weath. Rev, Vol.105; pp.1151-1162
    16. Mellor GL , Yamada T (1982) Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems , Review of Geophysics and Space Physics, Vol.20; pp.851-875
    17. Reisner J , Rassmussen RJ , Bruintjes RT (1998) Explicit forecasting of supercooled liquid water in winter storms using the MM5 mesoscale model , Q. J. R. Meteorol. Soc, Vol.124B; pp.1071-1107
    18. Tong H , rew Walton Jianguo Sang , Johnny CL Chan (2005) Numerical simulation of the urban boundarylay er over the complex terrain of Hong Kong , J. Atmos. Envir, Vol.39; pp.3549-3563
    19. Yamada T (2004) Merging CFD and atmospheric modelling capabilities to simulate airflows and dispersion in urban areas , Computational Fluid Dynamics Journal, Vol.47; pp.329-341