KR101285803B1 - 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템과 그 방법 - Google Patents

태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템과 그 방법 Download PDF

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KR101285803B1
KR101285803B1 KR1020120059274A KR20120059274A KR101285803B1 KR 101285803 B1 KR101285803 B1 KR 101285803B1 KR 1020120059274 A KR1020120059274 A KR 1020120059274A KR 20120059274 A KR20120059274 A KR 20120059274A KR 101285803 B1 KR101285803 B1 KR 101285803B1
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Abstract

본 발명은 수치모델을 이용한 태풍 진로 예측 시 그 정확도를 더 높이기 위한 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 과거 우수한 성능을 보였던 축대칭의 모조 소용돌이를 이용한 태풍 초기화 기법에 본 발명에 따른 태풍의 비대칭 성분을 추가하여 더 현실적인 모조 소용돌이를 생성하고, 이를 수치모델에 적용하여 더 정확한 태풍 예보를 생산해내는 시스템과 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 지역 수치 모델 모듈로 태풍이 모의된 격자 자료로부터 고차 스펙트럴 필터 모듈을 이용하여 태풍의 비축대칭 성분을 추출하고, 이를 기존의 축대칭 태풍 초기화 기법에 적용함으로써 태풍의 진로와 강도오차를 줄여 더 정확한 태풍 예보를 할 수 있다. 또한, 본 발명은 고해상도로 모의된 강한 태풍으로부터 비축대칭 성분을 추출하기 때문에, 태풍 초기화된 강한 소용돌이에 이를 추가하더라도 크게 불균형을 이루는 문제가 없으며, 이상적인 모델이 아닌 실제 대기 수치모델로 모의된 결과로부터 추출하였기 때문에 실제 대기의 효과를 반영할 수 있다.

Description

태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템과 그 방법{THE VORTEX INITIALIZATION SYSTEM THROUGH THE NONAXISYMMETRIC COMPONENT EXTRACTION OF THE VORTEX AND METHOD THEREOF}
본 발명은 수치모델을 이용한 태풍 진로 예측 시 그 정확도를 더 높이기 위한 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 과거 우수한 성능을 보였던 축대칭의 모조 소용돌이를 이용한 태풍 초기화 기법에 본 발명에 따른 태풍의 비대칭 성분을 추가하여 더 현실적인 모조 소용돌이를 생성하고, 이를 수치모델에 적용하여 더 정확한 태풍 예보를 생산해내는 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
태풍은 최대 풍속 17m/s 이상의 강한 바람과 호우를 동반하는 가장 위험한 기상현상으로, 매년 태풍에 의해 수많은 인명과 재산 피해가 발생한다. 따라서 태풍의 진로와 강도를 잘 예측하여 그러한 피해를 최소화 하는 것이 매우 중요하다. 태풍의 정확한 예보는 태풍의 초기 구조를 수치모델에서 얼마나 정확하게 모사하는가에 따라 크게 달라진다. 그러나 현재 제공되는 여러 전지구 분석장이나 예보장은 대부분 40 km 이상의 수평 해상도를 지니는데, 이러한 해상도는 태풍의 상세한 구조를 표현하기엔 적절하지 않다. 태풍 예측을 위해 고해상도의 지역 수치예보 모델을 운영하더라도, 저해상도의 전지구 분석장이 모델의 초기장으로 사용되면 정확하지 않은 초기 태풍구조 때문에 이 모델에 예측된 태풍의 강도와 진로 정확도 또한 감소하게 된다. 따라서 수치모델에 있어서 태풍의 예보 정확도를 높이기 위해 초기의 태풍의 구조를 상세히 정의해 줄 수 있는 기법이 필수적이다.
이를 해결하기 위한 방법 중 하나로 태풍초기화 기법이 있다. 태풍 초기화 기법은 기존의 전구 모델이 가지는 해상도의 한계로 인하여 잘 모사되지 못하는 태풍을 관측에 근거한 강도로 인위적으로 조절해주는 과정이다. 태풍 초기화를 위해 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) 허리케인 초기화 기법, 자료동화를 응용한 Bogus Data Assimilation (BDA) 기법 등 여러 기법들이 사용되어오고 있다. 최근 개발된 Structure Adjustable Balanced Vortex (SABV) 태풍 초기화 기법은 Double Fourier Series (DFS) 고차 스펙트럴 필터를 이용하여 전지구 분석장으로부터 태풍 성분을 추출하고, 해석적 경험식으로 구성한 3차원 모조소용돌이를 전지구 분석장에 추가하는 기법이다. 반면 GFDL 허리케인 초기화 기법 에서는 모조 소용돌이를 축대칭 모델의 적분을 통하여 얻으며, BDA 기법에서는 축대칭의 해면기압 프로파일을 인위적으로 삽입하고 자료동화 과정을 통하여 관측과 가까운 소용돌이를 생성한다. 위 세가지 기법 모두 상대적으로 잘 알려진 축대칭의 구조를 이용함으로써 초기화 과정을 수행한다.
태풍은 일반적으로 순수한 축대칭의 구조만을 지니지 않으며, 축대칭 외에 비대칭 성분도 함께 포함되어 있다. 대부분의 태풍초기화 방법은 태풍이 초기화되는 과정에서 분석장에 존재하는 잘 해석되지 않은 소용돌이를 제거하는데, 이때 기존의 소용돌이가 포함하고 있던 축대칭 성분 외에 비대칭 성분도 함께 제거된다.
이러한 비대칭 성분은 열대저기압의 이동과 강도에 영향을 주는 것으로 알려져 있는데, 비대칭 성분은 축대칭 구조와는 달리 그것의 조직화된 형태가 일정하지 않고 잘 알려져 있지 않기 때문에, 지금까지 현실적인 태풍에 적합한 비대칭 성분을 수치적으로 생성하는 방법은 없다. 그러나 비대칭 성분을 생성하기 위해 몇 가지 관습적인 방법이 있는데, 그 중에 한 가지가 GFDL 허리케인 초기화 기법에서 사용하는 방법으로 이상적인 모델의 수치 적분을 통하여 비대칭 성분을 생성하는 것이다. 그러나 이 또한 이상적인 모델 에서 추출해낸 자료이므로 실제 대기의 환경을 고려하지 못하는 단점이 있다. 비대칭 성분을 얻기 위한 또 다른 방법으로, 전구 분석장에 존재하는 태풍으로부터 비대칭장을 추출하는 방법이 있다. 하지만 이 방법 역시 해상도가 큰 전구 모델에 의해 약하게 모의된 태풍으로부터 얻은 비대칭장을 강한 태풍에 결합할 때, 전혀 다른 태풍으로부터 형성된 두 요소에 의해 불균형을 이루게 되는 문제점이 있다. SABV 태풍초기화 기법에서는 태풍규모 요란의 축대칭 성분만을 고려하는데, 큰 규모의 비대칭 성분들이 기본장에 이미 포함되어있고 이 비대칭 성분들에 의해 주된 태풍의 이동이 결정된다고 가정하였기 때문이다. 그러나 알려진 바에 의하면 중간 혹은 작은 규모의 비대칭 성분 또한 태풍의 진로뿐만 아니라 강도에도 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 목적은 실제 태풍에서 생성되는 비대칭 요란장과 비슷한 비대칭 성분을 추출하고, 이를 태풍 초기화 기법에 추가하여 보다 정확한 대풍 예측 시스템과 그 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 목표한 초기화 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행하는 태풍초기화 모듈과, 상기 태풍초기화 모듈에서 초기화된 태풍을 격자 자료로 모의하는 지역 수치 모델 모듈과, 상기 지역 수치 모델 모듈에서 모의된 격자 자료를 요란장과 기본장으로 분리하는 고차 스펙트럴 필터 모듈과, 상기 고차 스펙트럴 필터 모듈에서 분리된 요란장을 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭 성분과 비축대칭 성분으로 나누는 축대칭 계산 모듈과, 상기 비축대칭 성분이 포함된 격자 자료의 태풍 중심을 상기 태풍초기화 모듈에서 초기화된 태풍의 중심위치로 데이터를 이동시키기 위해 위치를 보정해주는 위치 보정 모듈과, 상기 축대칭 성분과 상기 비축대칭 성분이 결합된 전체 요란장과 상기 지역 수치 모델 모듈에서 분리된 기본장을 결합하는 결합 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템을 제공한다.
상기 태풍초기화 모듈은
Figure 112012044145915-pat00001
만큼 이전 시간인
Figure 112012044145915-pat00002
에 목표한 태풍을 RSMC(Regional Specialized Meteorological Centre) Tokyo에서 제공하는 관측된 태풍의 정보를 이용하여 SABV 기법으로 초기화하며, 상기
Figure 112012044145915-pat00003
는 상기 목표한 초기화 시간이고, 상기 윗첨자 (-)는 비대칭 성분을 얻기 위한 단기 모델 적분이다.
상기 지역 수치 모델 모듈은
Figure 112012044145915-pat00004
동안 단시간 수치 적분을 수행하여 비대칭 장을 형성한다.
상기 고차 스펙트럴 필터 모듈은
Figure 112012044145915-pat00005
시간에 모의된 태풍의 격자 자료에서 동서 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00006
와 남북 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00007
를 제한 영역에 대한 DFS 고차 스펙트럴 필터로 규모 분리를 수행한다. 상기 동서 바람 성분(
Figure 112012044145915-pat00008
)은,
Figure 112012044145915-pat00009
이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00010
는 동서 바람 성분의 기본장이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00011
는 동서 바람 성분의 요란장이다.
상기 축대칭 계산 모듈은, 상기 고차 스펙트럴 필터 모듈에서 분리된 요란장의 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람 성분으로 변환하는 극좌표계 바람 성분 변환 모듈과, 상기 극좌표계 바람 성분 변환 모듈에서 변환된 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하는 축대칭 평균 모듈과, 상기 축대칭 평균 모듈에서 축대칭 평균된 바람 성분을 경위도 좌표로 전환하여 내삽하고, 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈, 및 상기 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈에서 구해진 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계로 전환하고 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 구하는 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈을 포함한다.
상기 극좌표계 바람 성분 변환 모듈은,
Figure 112012044145915-pat00012
과,
Figure 112012044145915-pat00013
을 이용하여 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람성분으로 변환하며, 상기
Figure 112012044145915-pat00014
는 극좌표계 바람 성분인 접선풍(tangential wind)이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00015
은 법선풍(radial wind)이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00016
는 태풍중심 위치의 경도이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00017
는 태풍중심 위치의 위도이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00018
는 태풍의 중심을 기준으로 하는 방위각이다.
상기 축대칭 평균 모듈은,
Figure 112012044145915-pat00019
과,
Figure 112012044145915-pat00020
을 이용하여 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하며, 상기 오버바(
Figure 112012044145915-pat00021
)는 축대칭 평균된 값이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00022
은 태풍 중심으로 부터의 반지름이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00023
은 방위각의 격자 번호이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00024
은 방위각 격자의 전체 개수이다.
상기 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈은, 상기 극좌표계 바람 성분 변환 모듈에서 구해진 극좌표계의 바람 성분과 상기 축대칭 평균 모듈에서,
Figure 112012044145915-pat00025
과,
Figure 112012044145915-pat00026
을 이용하여 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하며, 상기 프라임 (
Figure 112012044145915-pat00027
) 기호는 비축대칭 성분이다.
상기 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈은, 상기 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈에서 구해진 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을,
Figure 112012044145915-pat00028
과,
Figure 112012044145915-pat00029
을 이용하여 경위도 좌표계로 전환하여 경위도 좌표계에서의 비축대칭 바람 성분을 구한다.
또한, 본 발명은 태풍초기화 모듈로 목표한 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행하는 단계와, 상기 초기화된 태풍을 지역 수치 모델 모듈로 격자 자료로 모의하는 단계와, 상기 모의된 격자 자료를 고차 스펙트럴 필터 모듈을 이용하여 요란장과 기본장으로 분리하는 단계와, 상기 분리된 요란장을 축대칭 계산 모듈로 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭 성분과 비축대칭 성분으로 나누는 단계와, 상기 비축대칭 성분이 포함된 격자 자료의 태풍 중심을 상기 초기화된 태풍의 중심위치로 이동시키기 위해 위치 보정 모듈로 위치를 보정하는 단계, 및 상기 축대칭 성분과 상기 비축대칭 성분이 결합된 전체 요란장과 상기 기본장을 결합 모듈로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법을 제공한다.
상기 태풍초기화 모듈로 목표한 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행하는 단계는,
Figure 112012044145915-pat00030
만큼 이전 시간인
Figure 112012044145915-pat00031
에 목표한 태풍을 RSMC(Regional Specialized Meteorological Centre) Tokyo에서 제공하는 관측된 태풍의 정보를 이용하여 SABV 기법으로 초기화하며, 상기
Figure 112012044145915-pat00032
는 상기 목표한 초기화 시간이고, 상기 윗첨자 (-)는 비대칭 성분을 얻기 위한 단기 모델 적분이다.
상기 초기화된 태풍을 지역 수치 모델 모듈로 격자 자료로 모의하는 단계는,
Figure 112012044145915-pat00033
동안 단시간 수치 적분을 수행하여 비대칭 장을 형성한다.
상기 모의된 격자 자료를 고차 스펙트럴 필터 모듈을 이용하여 요란장과 기본장으로 분리하는 단계는,
Figure 112012044145915-pat00034
시간에 모의된 태풍의 격자 자료에서 동서 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00035
와 남북 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00036
를 제한 영역에 대한 DFS 고차 스펙트럴 필터로 규모 분리를 수행한다.
상기 동서 바람 성분(
Figure 112012044145915-pat00037
)은,
Figure 112012044145915-pat00038
이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00039
는 동서 바람 성분의 기본장이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00040
는 동서 바람 성분의 요란장이다.
상기 분리된 요란장을 축대칭 계산 모듈로 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭 성분과 비축대칭 성분으로 나누는 단계는, 상기 고차 스펙트럴 필터 모듈에서 분리된 요란장의 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계 바람 성분 변환 모듈을 이용하여 극좌표계의 바람 성분으로 변환하는 단계와, 상기 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균 모듈로 축대칭 평균하는 단계와, 상기 축대칭 평균된 바람 성분을 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈을 이용하여 경위도 좌표로 전환하여 내삽하고, 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계, 및 상기 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계로 전환하고 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈로 구하는 단계를 포함한다.
상기 고차 스펙트럴 필터 모듈에서 분리된 요란장의 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계 바람 성분 변환 모듈을 이용하여 극좌표계의 바람 성분으로 변환하는 단계는,
Figure 112012044145915-pat00041
과,
Figure 112012044145915-pat00042
을 이용하여 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람성분으로 변환하며, 상기
Figure 112012044145915-pat00043
는 극좌표계 바람 성분인 접선풍(tangential wind)이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00044
은 법선풍(radial wind)이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00045
는 태풍중심 위치의 경도이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00046
는 태풍중심 위치의 위도이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00047
는 태풍의 중심을 기준으로 하는 방위각이다.
상기 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균 모듈로 축대칭 평균하는 단계는,
Figure 112012044145915-pat00048
과,
Figure 112012044145915-pat00049
을 이용하여 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하며, 상기 오버바(
Figure 112012044145915-pat00050
)는 축대칭 평균된 값이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00051
은 태풍 중심으로 부터의 반지름이고, 상기
Figure 112012044145915-pat00052
은 방위각의 격자 번호이며, 상기
Figure 112012044145915-pat00053
은 방위각 격자의 전체 개수이다.
상기 축대칭 평균된 바람 성분을 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈을 이용하여 경위도 좌표로 전환하여 내삽하고, 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계는, 상기 극좌표계의 바람 성분과 상기 축대칭 평균 모듈에서,
Figure 112012044145915-pat00054
과,
Figure 112012044145915-pat00055
을 이용하여 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하며, 상기 프라임 (
Figure 112012044145915-pat00056
) 기호는 비축대칭 성분이다.
상기 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계로 전환하고 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈로 구하는 단계는,
Figure 112012044145915-pat00057
과,
Figure 112012044145915-pat00058
을 이용하여 경위도 좌표계로 전환하여 경위도 좌표계에서의 비축대칭 바람 성분을 구한다.
본 발명은 지역 수치 모델 모듈로 태풍이 모의된 격자 자료로부터 고차 스펙트럴 필터 모듈을 이용하여 태풍의 비축대칭 성분을 추출하고, 이를 기존의 축대칭 태풍 초기화 기법에 적용함으로써 태풍의 진로와 강도오차를 줄여 더 정확한 태풍 예보를 할 수 있다.
또한 본 발명은 고해상도로 모의된 강한 태풍으로부터 비축대칭 성분을 추출하기 때문에, 태풍 초기화된 강한 소용돌이에 이를 추가하더라도 크게 불균형을 이루는 문제가 없으며, 이상적인 모델이 아닌 실제 대기 수치모델로 모의된 결과로부터 추출하였기 때문에 실제 대기의 효과를 반영할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템의 태풍의 비축대칭 성분을 추출하고 이를 태풍 초기화 기법에 적용하는 절차를 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명에 따라 2010년 태풍 7호 곤파스의 8월 31일 00시(UTC)의 이전 6시간 동안 모의된 전체 동서 바람장과 고차 스펙트럴 필터 모듈에 의해 분리된 기본장과 요란장을 각각 나타낸 도면.
도 4는 경위도 바람장의 비축대칭 성분을 구하기 위한 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 2010년 7호 태풍 곤파스의 8월 31일 00시(UTC)의 비대칭 동서 바람의 요란장을 나타낸 도면.
도 6은 2010년 7호 태풍 곤파스의 8월 31일 00시(UTC)에 태풍초기화된 동서 바람 성분의 초기장을 나타낸 도면.
도 7은 도 6에서 나타낸 검은선 초기장과 붉은색 초기장의 차이를 나타낸 도면.
도 8은 2010년 태풍 곤파스를 8월 31일 00시(UTC)에 태풍 초기화하여 48시간 동안 모의한 경로를 나타낸 도면.
도 9는 도 8과 동일한 실험으로서, 태풍의 최저해면기압을 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법의 순서도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템의 개념도이다.
본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 목표한 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행하는 태풍초기화 모듈(100)과, 태풍을 모의하는 지역 수치 모델 모듈(200)과, 모의된 격자 자료를 요란장과 기본장으로 분리하는 고차 스펙트럴 필터 모듈(300)과, 분리된 요란장을 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭과 비축대칭으로 나누는 축대칭 계산 모듈(400)과, 태풍의 중심 위치로 데이터를 이동시키기 위해 위치를 보정해주는 위치 보정 모듈(500)과, 요란성분의 비축대칭 데이터와 기본장을 결합하는 결합 모듈(600)을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템의 태풍의 비축대칭 성분을 추출하고 이를 태풍 초기화 기법에 적용하는 절차를 나타낸 순서도이다.
태풍초기화 모듈(100)은 목표한 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행한다. 즉, 기존의 저해상도의 전구 분석장을 고해상도로 내삽 하고, 기상예보 현업기관(예를 들어, Regional Specialized Meteorological Center(RSMC) Tokyo 등)에서 제공하는 태풍 위치, 강도, 강풍 반경 등의 정보를 반영하는 해석적 경험식을 이용하여 3차원의 축대칭 모조 소용돌이를 구성하며, 기존의 전구 분석장에서 잘 해석되지 않는 약한 태풍을 고차 스펙트럴 필터로 분리하여 제거한 후, 앞서 생성한 모조 태풍을 제거된 태풍에 대체 삽입하여 태풍 초기화된 새로운 고해상도 분석장을 생성한다. 이를 위해 비대칭 성분을 얻고 이를 SABV(Structure Adjustable Balanced Vortex) 태풍 초기화 기법에 적용하기 위한 절차를 도 2에 나타내었다. 도 2를 참조하면, 우선 태풍초기화 모듈은 목표한 초기화 시간을
Figure 112012044145915-pat00059
으로 정의한다. 총 두 번의 모델을 수행 하는데, 비대칭 성분을 얻기 위한 단기 모델 적분을 윗첨자 (-)로 표기하고 예보를 수행하기 위한 모델 적분 시간을 윗첨자 (+)로 표기한다. 어떤 일정한 시간
Figure 112012044145915-pat00060
(6시간 혹은 12시간) 만큼 이전 시간인
Figure 112012044145915-pat00061
에 목표한 태풍을 RSMC(Regional Specialized Meteorological Centre) Tokyo에서 제공하는 관측된 태풍의 정보를 이용하여 SABV 기법으로 초기화 한다.
지역 수치 모델 모듈(200)은 태풍초기화 모듈(100)에서 초기화된 태풍을 격자 자료로 모의한다. 즉, 수평으로 경위도 좌표계를, 연직으로는 시그마 좌표계를 이용하여 대기를 구성하는 지배 방정식들을 수치적으로 계산하여 태풍을 모의한다. 이러한 지역 수치 모델 모듈(200)을 통한 태풍 모의는 목표한 태풍과 해당하는 시간으로부터 48시간 혹은 72시간 동안 예보를 위한 모의와, 비대칭성분의 형성과 추출을 위한 목표시간 이전 6시간 혹은 12시간 전부터 목표한 시간까지의 단기 수치 적분을 포함하여 총 2번의 태풍 모의가 수행될 수 있다.
이는 태풍초기화 모듈(100)에서 어떤 일정한 시간
Figure 112012044145915-pat00062
(6시간 혹은 12시간) 만큼 이전 시간인
Figure 112012044145915-pat00063
에 목표한 태풍을 RSMC(Regional Specialized Meteorological Centre) Tokyo에서 제공하는 관측된 태풍의 정보를 이용하여 SABV 기법으로 초기화한 후,
Figure 112012044145915-pat00064
동안 단시간 수치 적분을 수행하여 비대칭 장이 형성되도록 한다.
고차 스펙트럴 필터 모듈(300)은 지역 수치 모델 모듈(200)에서 모의된 격자 자료를 요란장과 기본장으로 분리한다. 즉, 고차 스펙트럴 필터 모듈(300)은 지역 영역을 대상으로 하여 double Fourier series (DFS)를 기저함수로 하는 고차 스펙트럴 필터를 말하며, 주어진 태풍의 크기에 따라 절단파수를 설정하고 이에 따라 수치 모의된 태풍 데이터를 요란장과 기본장으로 분리한다.
SABV 태풍 초기화 기법에서는 태풍 규모의 모조 소용돌이를 생성하여 교체하기 때문에, 마찬가지로 태풍규모의 요란성분 비대칭장을 추출하여 축대칭의 모조 소용돌이에 추가하여야 한다. 따라서
Figure 112012044145915-pat00065
시간에 모의된 데이터에서 동서 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00066
와 남북 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00067
를 제한 영역에 대한 DFS 고차 스펙트럴 필터로 규모 분리를 수행하는데, 필터의 절단파수와 필터차수는 SABV 태풍 초기화 시 사용된 것과 동일하게 설정한다. 동서 바람 성분
Figure 112012044145915-pat00068
에 대해, 전체 데이터는 태풍규모의 요란성분과 그보다 더 큰 규모의 기본장으로 분리된다. 여기서, 동서 바람 성분(
Figure 112012044145915-pat00069
)은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112012044145915-pat00070
수학식 1에서
Figure 112012044145915-pat00071
는 동서 바람 성분의 기본장을,
Figure 112012044145915-pat00072
는 동서 바람 성분의 요란장을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따라 2010년 태풍 7호 곤파스의 8월 31일 00시(UTC)의 이전 6시간 동안 모의된 전체 동서 바람장과 고차 스펙트럴 필터 모듈에 의해 분리된 기본장과 요란장을 각각 나타낸 도면이다. 도 3의 (a)는 전체 동서 바람장
Figure 112012044145915-pat00073
를 나타내고, 도 3의 (b)는 기본장
Figure 112012044145915-pat00074
를, 도 3의 (c)는 요란장
Figure 112012044145915-pat00075
를 나타낸다. 또한, 도 3에서 푸른색과 점선은 서향의 바람을, 붉은색과 실선은 동향의 바람을 각각 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전체 동서 바람장은 대칭적인 등치선의 형태로 태풍의 특징을 잘 나타내고 있고, 기본장은 요란장을 둘러싼 대기의 큰 흐름을 잘 나타내고 있으며 요란장은 태풍규모의 성분들을 잘 반영하고 있다. 남북 바람 성분
Figure 112012044145915-pat00076
에 대해서도 마찬가지의 과정이 수행된다. 분리된 요란장에서 각 바람성분을 이용하여 태풍의 중심을 구한 후 이로부터 축대칭 평균을 하는데, 바람성분을 축대칭 평균하기 위해서는 별도의 과정을 거쳐야 한다. 회전하는 바람에 대해, 각 바람 성분은 서로 반대 부호의 대칭적인 모양을 보인다. 동서 바람 성분의 경우 남북으로 대칭적인 모습을 띄고 부호는 반대이며, 남북 성분의 경우 동서로 대칭적인 모습을 보이고 부호는 반대이다. 따라서 태풍의 중심으로부터 축대칭 평균할 경우, 0에 가깝게 계산된다. 이를 방지하기 위해 본 발명은 축대칭 계산 모듈(400)이 구비된다.
도 4는 경위도 바람장의 비축대칭 성분을 구하기 위한 과정을 나타낸 순서도이다.
축대칭 계산 모듈(400)은 도 4에 도시된 바와 같이, 고차 스펙트럴 필터 모듈(300)에서 분리된 요란장을 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭과 비축대칭으로 나눈다. 즉, 전술된 바와 같이, 태풍의 중심으로부터 축대칭 평균할 경우, 0에 가깝게 계산되는 것을 방지하기 위해 축대칭 계산 모듈(400)은 요란장을 축대칭과 비축대칭으로 나눈다. 이를 위해서, 축대칭 계산 모듈(400)은 요란장에서 태풍의 중심을 검색하는 과정과, 태풍 중심을 기점으로 하여 경위도 좌표계의 데이터를 극좌표계로 변환하는 과정과, 극좌표계에서 정의된 데이터를 각 거리별로 전체 방위각을 평균하여 축대칭으로 평균하는 과정과, 축대칭 평균된 데이터를 다시 경위도 좌표계로 변화하여 원본데이터와 축대칭 평균된 데이터간의 차이를 구하여 경위도 좌표계에서 비축대칭 성분을 얻는 과정을 포함하며, 이에 따라, 극좌표계 바람 성분 변환 모듈과, 축대칭 평균 모듈, 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈, 및 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈을 포함한다.
극좌표계 바람 성분 변환 모듈은 우선, 아래의 수학식 2와 수학식 3를 이용하여 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람성분으로 변환한다.
Figure 112012044145915-pat00077
Figure 112012044145915-pat00078
수학식 2 및 수학식 3에서,
Figure 112012044145915-pat00079
와
Figure 112012044145915-pat00080
은 각각 극좌표계 바람 성분인 접선풍(tangential wind)과 법선풍(radial wind)을 나타내고,
Figure 112012044145915-pat00081
은 반지름을,
Figure 112012044145915-pat00082
는 경도를,
Figure 112012044145915-pat00083
는 위도를, 그리고
Figure 112012044145915-pat00084
는 태풍의 중심을 기준으로 하는 방위각을 나타낸다.
축대칭 평균 모듈은 극좌표계의 바람성분을 아래의 수학식 4와 수학식 5를 이용하여 방위각을 따라 축대칭 평균한다.
Figure 112012044145915-pat00085
Figure 112012044145915-pat00086
수학식 4와 수학식 5에서, 오버바(
Figure 112012044145915-pat00087
)는 축대칭 평균된 데이터를 나타내고,
Figure 112012044145915-pat00088
은 방위각의 격자 번호를,
Figure 112012044145915-pat00089
은 방위각 격자의 전체 개수를 나타낸다.
극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈은 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구한다. 수학식 4와 수학식 5의
Figure 112012044145915-pat00090
과
Figure 112012044145915-pat00091
은 주로 경위도 좌표계의 격자에서 벗어난 위치에 있기 때문에, 방위각
Figure 112012044145915-pat00092
과 반지름
Figure 112012044145915-pat00093
이 위치하는 인근 경위도 좌표계 격자로부터 적절히 내삽되어야 한다. 위의 축대칭 평균된 바람은 다시 경위도 좌표로 전환되어 내삽되고, 수학식 2, 3과 수학식 4, 5로부터 구해진 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 얻는다. 이는 아래의 수학식 6 및 수학식 7과 같다.
Figure 112012044145915-pat00094
Figure 112012044145915-pat00095
수학식 6과 수학식 7에서, 프라임 (
Figure 112012044145915-pat00096
) 기호는 비축대칭의 성분을 나타낸다.
경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈은 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 구한다. 이를 위해 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈(440)은 수학식 6과 수학식 7에 따른 바람 성분을 아래의 수학식 8과 수학식 9를 이용하여 다시 경위도 좌표계로 전환하고 최종적으로 경위도 좌표계에서의 비축대칭 바람 성분을 얻는다.
Figure 112012044145915-pat00097
Figure 112012044145915-pat00098
위치 보정 모듈(500)은 위치를 보정하여 태풍의 중심 위치로 데이터를 이동시키기 위한 것으로서, 모의된 태풍과 새롭게 태풍 초기화 된 태풍간의 중심 위치차이를 극복하기 위해 격자 전체를 이동시킨다. 이는 이동 전 좌표에서 이동 후 좌표로 큐빅 스플라인 (cubic spline) 내삽법을 이용하여 내삽함으로써 수행될 수 있다.
Figure 112012044145915-pat00099
시간까지 지역 수치모델로 모의된 태풍의 중심위치는 동일시간에 관측된 정보에 근거하여 새롭게 초기화되는
Figure 112012044145915-pat00100
시간의 태풍중심 위치와 약간의 차이를 보일 수 있다. 또한, 지역수치모델의 특성상 일정 지역만을 대상으로 하기 때문에,
Figure 112012044145915-pat00101
시간에 정의된 도메인과
Figure 112012044145915-pat00102
시간에 정의된 도메인의 위치가 조금 달라질 수 있다. 그러나
Figure 112012044145915-pat00103
시간에서 추출된 비축대칭 성분은
Figure 112012044145915-pat00104
시간에서 초기화된 태풍과 동일한 중심에 위치하여야만 하기 때문에,
Figure 112012044145915-pat00105
시간의 태풍중심을 기준으로 하여
Figure 112012044145915-pat00106
시간의 태풍중심으로 이동시킨다. 이 때, 큐빅 스플라인 내삽법을 사용하여
Figure 112012044145915-pat00107
시간의 격자 전체를
Figure 112012044145915-pat00108
시간과
Figure 112012044145915-pat00109
시간 사이의 태풍중심 위치 차이만큼 이동시켜 내삽한다.
도 5는 2010년 7호 태풍 곤파스의 8월 31일 00시(UTC)의 비대칭 동서 바람의 요란장을 나타낸 도면이다. 도 5의 검은색 선은 이동하기 전, 붉은 선은 이동한 뒤의 데이터를 각각 나타낸다. 또한 검은 점은 이동전의 태풍중심(경도 129.15E, 위도 25.20N)을, 붉은 점은 이동후의 태풍중심(경도 129.40E, 위도 25.10N) 즉,
Figure 112012044145915-pat00110
시간에 초기화된 태풍중심을 나타낸다.
도 5에 도시된 바와 같이, 위치 보정 모듈(500)을 이용함으로써, 두 시간대의 태풍중심의 차이만큼 전체 데이터들이 잘 이동한 모습을 볼 수 있다.
결합 모듈(600)은 요란성분의 비축대칭 데이터와 기본장을 결합한다. 즉, 비축대칭 요란성분을 목표한 시간에 생성된 축대칭의 모조소용돌이와 결합하여 전체 요란성분을 얻는 구성과, 이를 다시 기본장과 결합하는 구성을 포함한다.
Figure 112012044145915-pat00111
시간에 새로 초기화를 수행하고 이 데이터를 스펙트럴 필터로 분해하는데, 이때 분리된 태풍규모의 요란장은 바로 직전에 태풍 초기화 과정을 거쳤기 때문에 축대칭의 모조 소용돌이로 남게 된다. 따라서 이러한 축대칭 모조 소용돌이의 요란장과 앞서 추출한 비축대칭장을 결합하여 전체 요란장을 형성한다. 이렇게 생성된 전체 요란장을
Figure 112012044145915-pat00112
시간에 규모 분리되어 있던 기본장과 결합하여 최종적으로 지역 수치모델에 초기장으로 삽입될 비축대칭성분이 추가된 새로운 초기장을 얻는다.
도 6은 2010년 7호 태풍 곤파스의 8월 31일 00시(UTC)에 태풍초기화된 동서 바람 성분의 초기장을 나타낸 것이다. 도 6의 검은선은 기존의 축대칭 모조소용돌이만을 이용한 초기장을 나타내며, 붉은선은 비축대칭 성분이 추가된 초기장을 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 검은선과 붉은선을 비교해 볼 때, 비축대칭 성분이 추가된 붉은선의 초기장이 검은선에 비해 중심부근에서 둥근선이 적고 전체적으로 비대칭적인 모습을 보이고 있다.
도 7은 도 6에서 나타낸 검은선 초기장과 붉은색 초기장의 차이를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 검은선 초기장과 붉은색 초기장은 태풍중심지역보다 외곽지역으로 갈수록 더 큰 차이를 보인다. 이러한 양상은 초기화 된 태풍마다 다른 모습을 보인다. 이렇게 생성된 새로운 초기장을 이용하여 48시간 또는 72시간 등의 원하는 시간만큼(통상 2~3일) 지역 수치모델로 수치 적분을 수행하여 태풍을 예보할 수 있다. 또한, 이와 같이 예보된 결과는 별도의 그래픽 툴을 이용하여 확인할 수 있다.
도 8은 2010년 태풍 곤파스를 8월 31일 00시(UTC)에 태풍 초기화하여 48시간 동안 모의한 경로를 나타낸 것이다. 도 8의 검은 선은 RSMC Tokyo에서 보고된 관측된 태풍의 위치를 나타내고, 붉은 선은 기존의 축대칭 모조 소용돌이를 이용한 태풍초기화로 모의된 태풍(이하 BG라 칭함)을 나타내며, 푸른 선은 비대칭 성분이 추가된 초기장으로 모의된 태풍(이하 BGAS라 칭함)을 나타낸다. 또한, 매 6시간마다 최저 해면 기압의 위치를 각 실험에 해당하는 색깔로 점을 찍었다.
도 8에 도시된 바와 같이, 해당 시간대에 태풍 곤파스는 우리나라 서해안으로 상륙하였는데, 비대칭이 추가된 실험인 푸른색 선이 검은색의 관측치를 더 잘 따라가고 있음을 확인할 수 있다. 마지막 48시간의 진로 오차를 살펴보면, BG의 경우 350.3 km의 오차를 보였으며, BGAS의 경우 268.3 km의 오차를 보여 BGAS에서 더 좋은 예보 성능을 보였다.
도 9는 도 8과 동일한 실험으로서, 태풍의 최저해면기압을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 도 9는 도 8과 동일하게 BGAS가 마지막 시간으로 가면서 태풍의 강도를 더 잘 모의하였으며, 마지막 48시간의 강도 오차를 살펴보면, BG의 경우 10.8 hPa이고 BGAS가 0.5 hPa로 상당히 개선된 성능을 보였다. 그러나 이러한 태풍 예보는 각 태풍 예보마다 그 오차의 표준편차가 크게 나타나기 때문에 더 많은 실험이 필요하다. 따라서 2010년 발생 한 태풍 중 7개 태풍에 대해 23개의 시간에 대해 태풍 예보를 수행하여 그 오차를 살펴보았다.
표 1은 23개의 예측실험에 대한 평균 진로오차와 최저해면기압오차를 각각 나타낸 것이다.
진로오차 BGAS 255.2 km
BG 277.1 km
최저해면기압오차 BGAS 7.4 hPa
BG 8.0 hPa
표 1을 참조하면, 모든 실험에 대해 개선된 결과를 보인 것은 아니었으나, BG에 비하여 BGAS의 경우 진로오차에 있어서 7.8%, 강도 오차에 있어서 7.9%씩 감소하여 전체적으로 개선된 성능을 보였다.
이상의 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분의 추출과 태풍 초기화 기법에의 적용으로 인하여 예보 오차를 줄일 수 있었고, 이는 곧 더욱 개선된 태풍 예보 방법을 제시하고 있음을 알 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법의 순서도이다.
본 발명에 따른 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법은 도 10에 도시된 바와 같이, 태풍을 초기화하는 단계(S1)와, 태풍을 모의하는 단계(S2)와, 모의된 격자 자료를 분리하는 단계(S3)와, 축대칭 계산을 수행하는 단계(S4)와, 위치를 보정하는 단계(S5), 및 요란성분의 비축대칭 데이터와 기본장을 결합하는 단계(S6)를 포함한다.
태풍을 초기화하는 단계(S1)는 태풍초기화 모듈로 목표한 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행한다. 이는 전술된 바와 같이, 어떤 일정한 시간
Figure 112012044145915-pat00113
(6시간 혹은 12시간) 만큼 이전 시간인
Figure 112012044145915-pat00114
에 목표한 태풍을 RSMC(Regional Specialized Meteorological Centre) Tokyo에서 제공하는 관측된 태풍의 정보를 이용하여 SABV 기법으로 초기화 한다.
태풍을 모의하는 단계(S2)는 태풍을 초기화하는 단계(S1)에서 초기화된 태풍을 지역 수치 모델 모듈로 모의한다. 즉, 태풍을 모의하는 단계(S2)는 태풍을 초기화하는 단계(S1)에서 초기화된 태풍을
Figure 112012044145915-pat00115
동안 단시간 수치 적분을 수행하여 비대칭 장이 형성되도록 한다.
모의된 격자 자료를 분리하는 단계(S3)는 고차 스펙트럴 필터 모듈을 이용하여 태풍을 모의하는 단계(S2)에서 모의된 격자 자료를 요란장과 기본장으로 분리한다. 이는
Figure 112012044145915-pat00116
시간에 모의된 데이터에서 동서 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00117
와 남북 바람 성분인
Figure 112012044145915-pat00118
를 제한 영역에 대한 DFS 고차 스펙트럴 필터로 규모 분리를 수행한다. 또한, 이에 따라, 동서 바람 성분
Figure 112012044145915-pat00119
에 대해, 전체 데이터는 태풍규모의 요란성분과 그보다 더 큰 규모의 기본장으로 분리되며, 이는 전술된 수학식 1과 같다.
축대칭 계산을 수행하는 단계(S4)는 축대칭 계산 모듈로 모의된 격자 자료를 분리하는 단계(S3)에서 분리된 요란장을 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭과 비축대칭으로 나눈다. 이러한 축대칭 계산을 수행하는 단계(S4)는, 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람성분으로 변환하는 단계(S4-1)와, 극좌표계의 바람성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하는 단계(S4-2)와, 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계(S4-3), 및 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계(S4-4)를 포함한다.
경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람성분으로 변환하는 단계(S4-1)는 극좌표계 바람 성분 변환 모듈로 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람성분으로 변환한다. 이를 위해 전술된 수학식 2와 수학식 3을 이용한다.
극좌표계의 바람성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하는 단계(S4-2)는 축대칭 평균 모듈을 이용하여 극좌표계의 바람성분을 방위각에 따라 축대칭 평균한다. 이 역시, 전술된 수학식 4와 수학식 5를 이용하여 수행할 수 있다.
극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계(S4-3)는 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈로 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구한다. 이는 우선, 극좌표계의 바람성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하는 단계(S4-2)에서 축대칭 평균된 바람 성분을 다시 경위도 좌표로 전환하여 내삽하고, 전술된 수학식 2, 3과 수학식 4, 5로부터 구해진 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 전술된 수학식 6, 7과 같이 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구한다.
경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계(S4-4)는 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈로 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 구한다. 이를 위해 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계(S4-4)는 수학식 6, 7에 따른 바람 성분을 수학식 8, 9를 이용하여 경위도 좌표계로 전환하고, 전환된 경위도 좌표계에서의 비축대칭 바람 성분을 얻는다.
위치를 보정하는 단계(S5)는 위치 보정 모듈을 이용하여 태풍의 중심 위치로 데이터가 이동되도록 위치를 보정한다. 이는 전술된 바와 같이, 큐빅 스플라인 내삽법을 사용하여
Figure 112012044145915-pat00120
시간의 격자 전체를
Figure 112012044145915-pat00121
시간과
Figure 112012044145915-pat00122
시간 사이의 태풍중심 위치 차이만큼 이동시켜 내삽한다.
요란성분의 비축대칭 데이터와 기본장을 결합하는 단계(S6)는 결합 모듈로 요란성분의 비축대칭 데이터와 기본장을 결합한다. 이는 축대칭 모조 소용돌이의 요란장과 앞서 추출한 비축대칭장을 결합하여 전체 요란장을 형성할 수 있다. 또한, 이렇게 생성된 전체 요란장을
Figure 112012044145915-pat00123
시간에 규모 분리되어 있던 기본장과 결합하여 최종적으로 지역 수치모델에 초기장으로 삽입될 비축대칭성분이 추가된 새로운 초기장을 얻는다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 본 발명은 비단 태풍뿐만이 아닌 허리케인 등의 전 세계에서 발생하는 여러 열대저기압을 그 대상으로 포함 할 수 있고, 기존의 여러 열대저기압 초기화 기법을 태풍초기화 모듈로써 포함할 수 있으며, 지역 수치 모델 모듈로써 기상산업 및 현업기관에서 수치예보에 사용되는 여러 지역 수치 모델들을 포함할 수 있다.
100: 태풍초기화 모듈 200: 지역 수치 모델 모듈
300: 고차 스펙트럴 필터 모듈 400: 축대칭 계산 모듈
500: 위치 보정 모듈 600: 결합 모듈

Claims (14)

  1. 목표한 초기화 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행하는 태풍초기화 모듈과,
    상기 태풍초기화 모듈에서 초기화된 태풍을 격자 자료로 모의하는 지역 수치 모델 모듈과,
    상기 지역 수치 모델 모듈에서 모의된 격자 자료를 요란장과 기본장으로 분리하는 고차 스펙트럴 필터 모듈과,
    상기 고차 스펙트럴 필터 모듈에서 분리된 요란장을 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭 성분과 비축대칭 성분으로 나누는 축대칭 계산 모듈과,
    상기 비축대칭 성분이 포함된 격자 자료의 태풍 중심을 상기 태풍초기화 모듈에서 초기화된 태풍의 중심위치로 데이터를 이동시키기 위해 위치를 보정해주는 위치 보정 모듈과,
    상기 축대칭 성분과 상기 비축대칭 성분이 결합된 전체 요란장과 상기 지역 수치 모델 모듈에서 분리된 기본장을 결합하는 결합 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 태풍초기화 모듈은
    Figure 112012044145915-pat00124
    만큼 이전 시간인
    Figure 112012044145915-pat00125
    에 목표한 태풍을 RSMC(Regional Specialized Meteorological Centre) Tokyo에서 제공하는 관측된 태풍의 정보를 이용하여 SABV 기법으로 초기화하며,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00126
    는 상기 목표한 초기화 시간이고,
    상기 윗첨자 (-)는 비대칭 성분을 얻기 위한 단기 모델 적분인 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지역 수치 모델 모듈은
    Figure 112012044145915-pat00127
    동안 단시간 수치 적분을 수행하여 비대칭 장을 형성하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고차 스펙트럴 필터 모듈은
    Figure 112012044145915-pat00128
    시간에 모의된 태풍의 격자 자료에서 동서 바람 성분인
    Figure 112012044145915-pat00129
    와 남북 바람 성분인
    Figure 112012044145915-pat00130
    를 제한 영역에 대한 DFS 고차 스펙트럴 필터로 규모 분리를 수행하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 축대칭 계산 모듈은,
    상기 고차 스펙트럴 필터 모듈에서 분리된 요란장의 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계의 바람 성분으로 변환하는 극좌표계 바람 성분 변환 모듈과,
    상기 극좌표계 바람 성분 변환 모듈에서 변환된 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하는 축대칭 평균 모듈과,
    상기 축대칭 평균 모듈에서 축대칭 평균된 바람 성분을 경위도 좌표로 전환하여 내삽하고, 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈, 및
    상기 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈에서 구해진 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계로 전환하고 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 구하는 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 축대칭 평균 모듈은,
    Figure 112012044145915-pat00131

    Figure 112012044145915-pat00132

    을 이용하여 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하며,
    상기 오버바(
    Figure 112012044145915-pat00133
    )는 축대칭 평균된 값이고,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00134
    은 태풍 중심으로 부터의 반지름이고,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00135
    은 방위각의 격자 번호이며,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00136
    은 방위각 격자의 전체 개수인 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈은,
    상기 극좌표계 바람 성분 변환 모듈에서 구해진 극좌표계의 바람 성분과 상기 축대칭 평균 모듈에서,
    Figure 112012044145915-pat00137

    Figure 112012044145915-pat00138

    을 이용하여 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하며,
    상기 프라임 (
    Figure 112012044145915-pat00139
    ) 기호는 비축대칭 성분인 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템.
  8. 태풍초기화 모듈로 목표한 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행하는 단계와,
    상기 초기화된 태풍을 지역 수치 모델 모듈로 격자 자료로 모의하는 단계와,
    상기 모의된 격자 자료를 고차 스펙트럴 필터 모듈을 이용하여 요란장과 기본장으로 분리하는 단계와,
    상기 분리된 요란장을 축대칭 계산 모듈로 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭 성분과 비축대칭 성분으로 나누는 단계와,
    상기 비축대칭 성분이 포함된 격자 자료의 태풍 중심을 상기 초기화된 태풍의 중심위치로 이동시키기 위해 위치 보정 모듈로 위치를 보정하는 단계, 및
    상기 축대칭 성분과 상기 비축대칭 성분이 결합된 전체 요란장과 상기 기본장을 결합 모듈로 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 태풍초기화 모듈로 목표한 시간과 태풍에 대한 초기화를 수행하는 단계는,
    Figure 112012044145915-pat00140
    만큼 이전 시간인
    Figure 112012044145915-pat00141
    에 목표한 태풍을 RSMC(Regional Specialized Meteorological Centre) Tokyo에서 제공하는 관측된 태풍의 정보를 이용하여 SABV 기법으로 초기화하며,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00142
    는 상기 목표한 초기화 시간이고,
    상기 윗첨자 (-)는 비대칭 성분을 얻기 위한 단기 모델 적분인 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 초기화된 태풍을 지역 수치 모델 모듈로 격자 자료로 모의하는 단계는,
    Figure 112012044145915-pat00143
    동안 단시간 수치 적분을 수행하여 비대칭 장을 형성하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 모의된 격자 자료를 고차 스펙트럴 필터 모듈을 이용하여 요란장과 기본장으로 분리하는 단계는,
    Figure 112012044145915-pat00144
    시간에 모의된 태풍의 격자 자료에서 동서 바람 성분인
    Figure 112012044145915-pat00145
    와 남북 바람 성분인
    Figure 112012044145915-pat00146
    를 제한 영역에 대한 DFS 고차 스펙트럴 필터로 규모 분리를 수행하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 분리된 요란장을 축대칭 계산 모듈로 요란장에서 검색된 태풍의 중심으로부터 축대칭 성분과 비축대칭 성분으로 나누는 단계는,
    상기 고차 스펙트럴 필터 모듈에서 분리된 요란장의 경위도 좌표계의 바람 성분을 극좌표계 바람 성분 변환 모듈을 이용하여 극좌표계의 바람 성분으로 변환하는 단계와,
    상기 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균 모듈로 축대칭 평균하는 단계와,
    상기 축대칭 평균된 바람 성분을 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈을 이용하여 경위도 좌표로 전환하여 내삽하고, 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계, 및
    상기 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계로 전환하고 경위도 좌표계에서 비축대칭 바람 성분을 경위도 좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈로 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균 모듈로 축대칭 평균하는 단계는,
    Figure 112012044145915-pat00147

    Figure 112012044145915-pat00148

    을 이용하여 극좌표계의 바람 성분을 방위각을 따라 축대칭 평균하며,
    상기 오버바(
    Figure 112012044145915-pat00149
    )는 축대칭 평균된 값이고,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00150
    은 태풍중심으로 부터의 반지름이고,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00151
    은 방위각의 격자 번호이며,
    상기
    Figure 112012044145915-pat00152
    은 방위각 격자의 전체 개수인 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 축대칭 평균된 바람 성분을 극좌표계 비축대칭 바람 성분 연산 모듈을 이용하여 경위도 좌표로 전환하여 내삽하고, 극좌표계의 바람 성분과 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하는 단계는,
    상기 극좌표계의 바람 성분과 상기 축대칭 평균 모듈에서,
    Figure 112012044145915-pat00153

    Figure 112012044145915-pat00154

    을 이용하여 축대칭 평균된 바람 성분의 차를 구하여 극좌표계의 비축대칭 바람 성분을 구하며,
    상기 프라임 (
    Figure 112012044145915-pat00155
    ) 기호는 비축대칭 성분인 것을 특징으로 하는 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 방법.
KR1020120059274A 2012-06-01 2012-06-01 태풍의 비축대칭 성분 추출을 통한 태풍초기화 시스템과 그 방법 KR101285803B1 (ko)

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