KR101802164B1 - 인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법 및 시스템 - Google Patents

인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법은 수치 시뮬레이션 수행부가 시딩물질 살포에 의한 인공강우 실험에 대해 수치 시뮬레이션을 실행하는 제 1 단계; 확산장 정보 산출부가 상기 수치 시뮬레이션의 결과로부터 상기 시딩물질의 확산장 정보를 산출하는 제 2 단계; 지점별 확산시간 범위 산출부가 산출된 상기 시딩물질의 확산장 정보에 기초하여 하나 이상의 관측 지점에 대해 상기 시딩물질의 확산시간 범위를 각각 산출하는 제 3 단계; 및 시계열 표출부가 각각의 상기 시딩물질의 확산시간 범위를 대응하는 상기 관측 지점에서의 관측자료 시계열에 표출하는 제 4 단계를 포함하여 구성된다.

Description

인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법 및 시스템{THE AUTOMATIC TIME-SERIES ANALYSIS METHOD AND SYSTEM FOR THE SIMULATED DISPERSAL INFORMATION OF CLOUD SEEDING MATERIAL}
본 발명은 인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법 및 시스템에 관한 것이다.
기후변화에 의한 이상기상으로 인해 태풍, 집중호우, 가뭄 등 다양한 기상이변이 발생하고 있으며 이는 직·간접적으로 물질적, 경제적 손실을 유발한다. 우리나라의 과거 43년(1973-2015) 동안 연평균 강수량은 1,335 ㎜로 전 세계 연평균 강수량보다 높지만, 대부분의 강수량이 여름철에 집중되고 있으며 강수의 지역적·계절적 편차가 심하여 지역적인 가뭄이 발생하고 있어 수자원 확보 및 체계적인 관리가 필요하다(박정수, 2016). 자연으로부터 수자원이 제한되어 있는 상황에서 대체수자원 확보의 방안으로 댐건설, 해양 심층수, 해수담수화, 인공강우 등이 있으며, 이 중 인공강우는 비교적 적은 비용으로 수자원을 확보하고 가뭄 피해를 줄이는 방안이 될 수 있다(Korea Water Resources Corporation, 1998).
인공강우는 구름층은 형성되어 있으나 대기 중에 구름씨 역할을 하는 빙정핵(ice nuclei) 또는 구름응결핵(cloud condensation nuclei)이 적어 구름방울이 빗방울로 성장하지 못할 때 인위적으로 구름씨를 살포하여(이하 시딩) 구름발달과 강수응결을 활성화시켜 더 많은 강수를 내리게 하거나 다른 지역에 강수를 미리 내리게 하는 기술이다. 인공강우는 구름온도에 따른 강수 형성과정에 따라 차가운 구름(0℃ 이하)에는 요오드화은(silver iodide, AgI)이나 드라이아이스 같은 빙정핵을 살포하여 구름 속 과냉각 물 입자를 얼음으로 바꿔 빙정을 생산하거나 강화시켜 강수를 유발한다. 따뜻한 구름(0℃ 이상)에는 응결핵 역할을 하는 염화나트륨(NaCl)이나 염화칼슘(CaCl2) 등의 흡습성물질을 살포하여 병합과정을 촉진시켜 강수를 내리게 한다. 시딩 위치에 따라 항공실험과 지상실험으로 나뉘며 항공실험은 항공기에 구름씨 살포장비를 탑재하여 구름에 직접 뿌리며 지상실험은 지상에 설치된 연소기(generator)를 이용한다. 위와 같은 항공 및 지상 실험에 의한 인공강우를 검증하기 위해서는 시딩물질의 확산시간과 효과시간에 대한 정보가 필요하다.
박정수, 2016, 태풍 강수 특성 및 K-water 물 관리 태풍 대응체계 소개, 한국수자원학회지 물과 미래, 18-24. Korea Water Resources Corporation, 1998, A Study on the Adaptability of Clark-Hall Model and Cloud Seeding Technology. KOWACO-IPD-98-08, 193 p.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 인공강우 실험 실시 후 수치모델에서 각 관측지점의 확산시간 범위를 산출하여 각 관측지점별 인공강우 살포물질에 의한 모의영향 시간대의 정보를 제공하여 실험효과 검증방법을 향상시키고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법은 수치 시뮬레이션 수행부가 시딩물질 살포에 의한 인공강우 실험에 대해 수치 시뮬레이션을 실행하는 제 1 단계; 확산장 정보 산출부가 상기 수치 시뮬레이션의 결과로부터 상기 시딩물질의 확산장 정보를 산출하는 제 2 단계; 지점별 확산시간 범위 산출부가 산출된 상기 시딩물질의 확산장 정보에 기초하여 하나 이상의 관측 지점에 대해 상기 시딩물질의 확산시간 범위를 각각 산출하는 제 3 단계; 및 시계열 표출부가 각각의 상기 시딩물질의 확산시간 범위를 대응하는 상기 관측 지점에서의 관측자료 시계열에 표출하는 제 4 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 시딩물질의 확산기간 범위는, 비시딩, 시딩 시간 및 시딩 효과 시간을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석 시스템은 시딩물질 살포에 의한 인공강우 실험에 대해 수치 시뮬레이션을 실행하는 수치 시뮬레이션 수행부; 상기 수치 시뮬레이션의 결과로부터 시딩물질의 확산장 정보를 산출하는 확산장 정보 산출부; 산출된 상기 시딩물질의 확산장 정보에 기초하여 하나 이상의 관측 지점에 대해 상기 시딩물질의 확산시간 정보를 각각 산출하는 지점별 확산시간 범위 산출부; 및 각각의 상기 시딩물질의 확산시간 범위를 대응하는 상기 관측 지점에서의 관측자료 시계열에 표출하는 시계열표출부를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 시딩물질의 확산기간 범위는,비시딩, 시딩 시간 및 시딩 효과 시간을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 인공강우 실험에 대한 수치시뮬레이션을 실행하여 시딩물질의 확산장 정보를 산출하고 그로부터 각 관측 지점별 시딩물질의 확산시간 범위를 산출함으로써 인공강우 시딩의 영향을 받는 시간대에 대해 즉각적으로 판단하며 이를 표출시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 수치 시뮬레이션에서 모의된 초기장(a), 지상실험시 시딩물질의 확산장(b) 및 항공실험 시 시딩물질의 확산장(c)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 인공강우 실험실시에 따른 연직강우 레이더의 관측자료에 대한 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 인공강우 실험실시에 따른 적설계의 관측자료에 대한 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석 시스템의 구성도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법의 흐름도이고, 도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 도 1 내지 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 인공강우 살포물질(이하, 시딩물질)의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법을 설명하기로 한다.
먼저, 수치 시뮬레이션 수행부가 시딩물질 살포에 의한 인공강우 실험에 대해 수치 시뮬레이션을 실행한다(S100). 인공강우 실험은 항공실험과 지상실험을 포함할 수 있다. 인공강우 실험에 대한 수치 시뮬레이션은 목표지역의 기상요소(풍향, 풍속, 온도, 습도 등), 시딩정보(시딩물질의 살포 위치, 높이, 살포 거리, 살포 량 등) 등의 여러 조건에 기초하여 수행될 수 있다.
다음으로, 확산장 정보 산출부가 수치 시뮬레이션의 결과로부터 시딩물질의확산장 정보를 산출한다(S200). 도 2는 모의된 인공강우 실험(시딩물질의 살포)에 대한 수치 시뮬레이션으로부터 산출된 시딩물질의 확산장을 도시한다. 인공강우 실험의 시딩의 영향을 받을 수 있는 임의의 관측 지점(A, B, C, D)이 선택될 수 있다. 도 2(a)는 시딩물질의 살포 전의 초기장을 도시하고, 도 2(b) 및 (c)는 각각 지상실험 및 항공실험에 대응하는 수치 시뮬레이션으로부터 산출된 확산장의 예시이다.
다음으로, 지점별 확산시간 범위 산출부가 산출된 시딩물질의 확산장 정보에 기초하여 하나 이상의 관측 지점에 대해 시딩물질의 확산시간 범위를 각각 산출한다(S300). 확산시간 범위와 관련하여, 시딩 시작 전으로부터 1시간까지를 비시딩 시간, 시딩 시작 시간부터 종료 시간까지를 시딩시간, 각 관측지점(A, B, C, D)에 시딩물질이 도달하는 시간부터 시딩물질이 머무르는 시간 또는 시딩 종료로부터 15분~3시간까지 시딩효과 시간이라고 할 수 있다. 일 실시예에서, 지점별 확산시간 범위 산출부(130)는 각각의 관측지점(A, B, C, D)에 대해, 수치 시뮬레이션 결과로부터, 비시딩 시간, 시딩 시간, 시딩 효과 시간(시딩물질이 도달하는 시간 및 시딩물질이 머무르는 시간)을 산출할 수 있다.
마지막으로, 시계열 표출부가 각각의 시딩물질의 확산시간 범위를 대응하는 관측 지점(A, B, C, D)에서의 관측자료 시계열에 표출한다(S400).도 3과 도 4는 일실시예에 따른 수치시뮬레이션을 통해 산출된 각 관측 지점별 확산시간을 산출하여 적용한 예이다. 각각의 관측지점의 연직강우 레이더(도 3) 또는 적설계(도 4)에 의해 관측된 자료는 모두 시계열적 그래프로 표현되고, 동시에 계산된 비시딩 시간(흑색 파선), 시딩 시간(적색 실선) 및 시딩 효과 시간(녹색 실선)이 각각의 관측자료 그래프의 대응 시간에 표출된다. 특히, 시딩 효과 시간은 대응하는 관측지점에 따라 다르게 표출된다. 이를 통해 시딩물질의 목표지역에 도달 유무와 시딩효과의 유무를 판단할 수 있다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석 시스템의 구성도이다.
이후부터는 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석 시스템의 구성을 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 인공강우 살포물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석 시스템(100)은 수치 시뮬레이션 수행부(110), 확산장 정보 산출부(120), 지점별 확산시간 범위 산출부(130) 및 지점별 확산시간 범위 산출부(130)를 포함하여 구성된다.
먼저, 수치 시뮬레이션 수행부(110)는 시딩물질 살포에 의한 인공강우 실험에 대해 수치 시뮬레이션을 실행한다. 인공강우 실험은 항공실험과 지상실험을 포함할 수 있다. 인공강우 실험에 대한 수치 시뮬레이션은 목표지역의 기상요소(풍향, 풍속, 온도, 습도 등), 시딩정보(시딩물질의 살포 위치, 높이, 살포 거리, 살포 량 등) 등의 여러 조건에 기초하여 수행될 수 있다.
확산장 정보 산출부(120)는 수치 시뮬레이션의 결과로부터 시딩물질의 확산장 정보를 산출한다.
지점별 확산시간 범위 산출부는 산출된 시딩물질의 확산장 정보에 기초하여 하나 이상의 관측 지점에 대해 시딩물질의 확산시간 범위를 각각 산출한다(S300). 일 실시예에서, 지점별 확산시간 범위 산출부(130)는 각각의 관측지점(A, B, C, D)에 대해, 수치 시뮬레이션 결과로부터, 비시딩 시간, 시딩 시간, 시딩 효과 시간(시딩물질이 도달하는 시간 및 시딩물질이 머무르는 시간)을 산출할 수 있다.
시계열 표출부(140)는 각각의 시딩물질의 확산시간 범위를 대응하는 관측 지점(A, B, C, D)에서의 관측자료 시계열에 표출한다. 각각의 관측지점의 관측자료는 모두 시계열적 그래프로 표현되고, 동시에 계산된 비시딩 시간(흑색 파선), 시딩 시간(적색 실선) 및 시딩 효과 시간(녹색 실선)이 각각의 관측자료 그래프의 대응 시간에 표출된다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 수치 시뮬레이션 수행부
120: 확산장 정보 산출부
130: 지점별 확산시간 범위 산출부
140: 시계열표출부

Claims (4)

  1. 수치 시뮬레이션 수행부가 시딩물질 살포에 의한 인공강우 실험의 목표 지역의 기상요소와 지상실험 및 항공실험에서 각각 모의된 상기 시딩물질의 시딩정보에 기초하여 상기 인공강우 실험에 대한 수치 시뮬레이션을 실행하는 제 1단계-여기서, 상기 기상요소는 풍향, 풍속, 온도, 습도 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 시딩정보는 상기 시딩물질의 살포위치, 살포높이, 살포거리, 살포 수량 또는 이들의 조합을 포함함-;
    확산장 정보 산출부가 상기 수치 시뮬레이션의 결과로부터 상기 시딩물질의 확산장 정보를 산출하는 제 2단계;
    지점별 확산시간 범위 산출부가 상기 시딩물질의 확산장 정보에 기초하여 상기 목표 지역 내 관측 지점에 대한 상기 시딩물질의 확산시간 범위를 산출하는 제 3단계-여기서, 상기 확산시간 범위는 상기 시딩물질의 시딩 시작 전으로부터 소정 시간까지를 비시딩 시간, 시딩 시작 시간부터 종료 시간까지를 시딩 시간, 및 상기 관측 지점에 상기 시딩물질이 도달하는 시간부터 상기 시딩물질이 머무는 시간까지나 상기 종료 시간에서 일정 경과 시간까지를 시딩효과 시간으로 포함함-; 및
    시계열 표출부가 상기 시딩물질의 확산시간 범위에 대응하는 상기 관측 지점에서의 연직강우 데이터 또는 적설계의 관측자료를 시계열적 그래프로 표출하는 제 4 단계를 포함하고,
    상기 시딩효과 시간은 상기 관측 지점에 따라 다르게 표출되고,
    상기 제4 단계는 상기 목표 지역에 대한 상기 시딩물질의 도달 유무와 시딩효과 유무를 표시하는,
    시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시딩효과 시간은 15분 내지 3시간을 포함하는, 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석방법.
  3. 시딩물질 살포에 의한 인공강우 실험의 목표 지역의 기상요소와 지상실험 및 항공실험에서 각각 모의된 상기 시딩물질의 시딩정보에 기초하여 상기 인공강우 실험에 대한 수치 시뮬레이션을 실행하는 수치 시뮬레이션 수행부;
    상기 수치 시뮬레이션의 결과로부터 상기 시딩물질의 확산장 정보를 산출하는 확산장 정보 산출부;
    상기 시딩물질의 확산장 정보에 기초하여 상기 목표 지역 내 관측 지점에 대한 상기 시딩물질의 확산시간 범위를 산출하는 지점별 확산시간 범위 산출부; 및
    상기 시딩물질의 확산시간 범위에 대응하는 상기 관측 지점에서의 연직강우 데이터 또는 적설계의 관측자료를 시계열적 그래프로 표출하는 시계열표출부;
    를 포함하며,
    상기 기상요소는 풍향, 풍속, 온도, 습도 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 시딩정보는 상기 시딩물질의 살포위치, 살포높이, 살포거리, 살포 수량 또는 이들의 조합을 포함하며,
    상기 확산시간 범위는 상기 시딩물질의 시딩 시작 전으로부터 소정 시간까지를 비시딩 시간, 시딩 시작 시간부터 종료 시간까지를 시딩 시간, 및 상기 관측 지점에 상기 시딩물질이 도달하는 시간부터 상기 시딩물질이 머무는 시간까지나 상기 종료 시간에서 일정 경과 시간까지를 시딩효과 시간으로 포함하고,
    상기 시딩효과 시간은 상기 관측 지점에 따라 다르게 표출되고,
    상기 시계열표출부는 상기 목표 지역에 대한 상기 시딩물질의 도달 유무와 시딩효과 유무를 표시하는,
    시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 시딩효과 시간은 15분 내지 3시간을 포함하는, 시딩물질의 모의영향 시간대 자동시계열 분석 시스템.
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