KR102348917B1 - 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법 - Google Patents

제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고해상도 수치모델의 예측자료를 이용하여 공항에서 발생이 예상되는 윈드시어를 예측하여 조기에 경보할 수 있고, 저층 수평윈드시어 경보 예측시스템으로 고해상도 수치모델의 예측자료를 사용해서 항공기 이륙과 착륙에 영향을 주는 지상의 바람 급변 현상을 예측하여 항공기 안전사고를 줄일 수 있으며, 특히 예측된 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하여 육안으로 더욱 신속하게 확인할 수 있는 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법에 관한 발명이다.

Description

제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법{LOW-LEVEL HORIZONTAL WIND SHEAR PREDICTION METHOD AT JEJU INTERNATIONAL AIRPORT}
본 발명은 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저층 수평윈드시어 경보예측시스템으로 고해상도 수치모델의 예측자료를 사용하여 항공기 이륙과 착륙에 영향을 주는 지상의 바람 급변 현상을 예측함으로써 항공기 안전사고를 줄일 수 있으며, 특히 예측된 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하여 육안으로 더욱 신속하게 확인할 수 있는 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법에 관한 것이다.
항공기의 안전 운항에 가장 위험을 주는 기상현상은 이륙과 착륙을 시도할 때에 저층에서 급격히 발생하는 윈드시어(Wind Shear)이다. 윈드시어는 대기 중에서 짧은 수평, 연직거리 내에서 바람의 방향과 속도가 갑자기 변하는 현상을 말하는 것으로 단위거리당 바람의 변화를 말한다.
이러한 윈드시어를 탐지하기 위해 활주로 주변에 센서를 설치하여 활주로 인근 저층에서 발생하는 윈드시어 및 마이크로버스트(Microburst)를 탐지하고 분석하여 이륙과 착륙 항공기에 항공로상의 돌풍현상을 제공해 주는 시스템이 저층윈드시어 경보시스템(Low Level Windshear Alert System, LLWAS)이다.
윈드시어 경보는 활주로 표면으로부터 고도 1600ft 사이의 접근이륙로 또는 선회 접근중인 항공기 그리고 이륙과 착륙을 위해 주행중인 항공기에 영향을 미칠 수 있는 정풍 또는 배풍의 변화가 7.5 ms-1 이상일 때의 윈드시어가 관측되거나 예상되는 경우로 정의된다.
하지만, 현재 저층윈드시어 경보시스템이 설치된 공항은 제주국제공항, 인천국제공항, 양양국제공항으로 3곳 뿐이다. 모든 국내공항에 저층윈드시어 경보가 필요하지만 현실적으로 모든 국내 공항에 저층윈드시어 경보시스템의 설치가 어려운 상황이다. 또한, 저층윈드시어 경보시스템은 윈드시어를 탐지한 후 실시간으로 경보를 주는 방법으로 윈드시어 경보를 조기에 제공하지 못하는 한계점을 안고 있다.
대한민국 등록특허공보 제1823992호 - 항공 안전 지원 방법 및 서버
본 발명의 목적은 고해상도 수치모델의 예측자료를 이용하여 공항에서 발생이 예상되는 윈드시어를 조기에 경보할 수 있는 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 저층 수평윈드시어 경보예측시스템으로 고해상도 수치모델의 예측자료를 사용하여 항공기 이륙과 착륙에 영향을 주는 지상의 바람 급변 현상을 예측함으로써 항공기 안전사고를 줄일 수 있으며, 특히 예측된 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하여 육안으로 더욱 신속하게 확인할 수 있는 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법은,
고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계 예측자료를 생성하는 단계와,
항공기의 이륙과 착륙시 활주로 방향에 평행하는 바람 성분을 계산하여 윈드시어 경고치를 산출하는 단계와,
상기 윈드시어 경보 예측결과를 그래픽으로 표출하는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.
본 발명은 고해상도 수치모델의 예측자료를 이용하여 공항에서 발생이 예상되는 윈드시어를 예측하여 조기에 경보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 저층 수평윈드시어 경보예측시스템으로 고해상도 수치모델의 예측자료를 사용하여 항공기 이륙과 착륙에 영향을 주는 지상의 바람 급변 현상을 예측함으로써 항공기 안전사고를 줄일 수 있으며, 특히 예측된 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하여 육안으로 더욱 신속하게 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 저층윈드시어 경보시스템이 없는 공항에 해당 발명을 적용하여 윈드시어 경보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법을 나타내는 순서도.
도 2는 제주국제공항 활주로와 저층윈드시어 경보시스템(LLWAS)의 관측지점을 나타내는 분포도.
도 3은 제주국제공항 활주로별 변환계수를 나타내는 표.
도 4는 제주국제공항 활주로별 윈드시어 계산에 사용되는 지점 정보를 나타내는 표.
도 5는 본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법에 의한 결과 지형도.
본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 하고, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 제주국제공항 활주로와 저층윈드시어 경보시스템(LLWAS)의 관측지점을 나타내는 분포도이며, 이때 활주로는 총 4개, 관측지점은 총 11개이고, RWY13의 의미는 130도 방향으로 착륙하는 활주로를 뜻한다.
본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법은 고해상도 수치 모델의 예측자료를 이용하여 제주국제공항의 저층 수평윈드시어를 예측하는 방법에 관한 것이며, 입력자료는 기상청 현업 국지예보모델(Local Data Assimilation and Prediction System, LDAPS) 기반의 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계(Korea Meteorological Administration Post Processing, KMAPP)를 사용할 수 있다.
제주국제공항에서의 저층윈드시어를 정확하게 예측하기 위해서는 고해상도의 수치예측자료가 요구되며, 본 발명에서 사용한 모델은 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계로 1시간, 100m의 시공간 해상도를 가지는 것으로 한다.
도 3은 제주국제공항 활주로별 변환계수를 나타내는 표이고, 이때 각 활주로의 방향에 맞게 동서방향의 바람은 DIR_X를 이용하여 남북방향의 바람은 DIR_Y를 이용하여 바꾸어 주며, 도 4는 제주국제공항 활주로별 윈드시어 계산에 사용되는 지점 정보를 나타내는 표이고, 이때 PAIRS는 계산에 사용되어지는 두 지점의 쌍을 나타내고, DIST는 두 지점 간의 거리를 나타내며, 도 5는 본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법에 의한 결과 지형도이며, 이때 저층 수평윈드시어 예측 결과 자료로 4개의 활주로와 활주로로부터 최대 3해리까지의 구역에 대해 윈드시어의 강도와 발생 위치를 표시하게 되고, 도 5의 상단의 표시는 예측시간_Jeju_llwas_입력자료시간이고, 윈드시어 강도는 절대값이 7.5 ms-1 이상일 경우 표시하게 되며 2.5 ms-1 단위로 표시색을 달리하고, F12_Jeju_llwas_2017093018UTC의 경우 2017년 9월 30일 18UTC의 입력자료를 사용한 12시간 예측자료라는 의미이고 그때의 윈드시어 강도는 10~12.5 ms-1이다.
본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 크게 3단계로 나눌 수 있다.
첫 번째 단계는 입력자료를 생성하는 과정(S10)이다.
기상청 현업 국지예보모델(LDAPS)은 00, 06, 12, 18 UTC(Universal Time Coordinated)를 분석시간으로 하여 일 4회 생산된다.
구체적으로, 00 UTC 분석시간을 기준으로 LDAPS는 약 5시간을 소요하여 05 UTC에 1.5km 격자간격의 48시간 기상예측자료를 생성한다. 생성된 LDAPS 기상예측자료는 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계(KMAPP)에서 상세지형효과를 반영한 기상요소별 특화된 규모상세화 기법을 적용하여 3시간 뒤인 08 UTC에 100m 수평해상도의 상세한 48시간 KMAPP 기상예측자료로 생성한다. 본 발명의 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계 예측자료는 계산이 필요한 지점의 활주로상의 위경도를 기반으로 KMAPP 예측자료에서 최근점 자료를 추출하여 얻어지게 된다.
두 번째 단계는 항공기의 이륙과 착륙시 받는 바람의 영향을 살펴보기 위해 활주로 방향에 평행하는 바람 성분을 계산하여 윈드시어 경고치를 산출하는 과정(S20)이다.
활주로상의 선정된 두 지점의 자료를 이용하여 두 지점 간의 정풍과 배풍의 변화를 계산한다. 정풍과 배풍의 변화가 음수(Loss)이면 항공기가 받는 바람이 감소하는 상태이고, 양수(Gain)이면 항공기가 받는 바람이 증가하는 상태를 뜻하며, 정풍과 배풍의 변화(Loss 또는 Gain)는 아래 식 1을 이용하여 계산한다.
[식 1]
Figure 112020047972038-pat00001
여기서, u1, u2와 v1, v2는 각 지점 풍속의 동서성분과 남북성분이며, DIR_X(RWY)와 DIR_Y(RWY)는 각 활주로의 방향성분으로 DIR과 RWY는 각각 Direction과 Runway의 약어이다(도 3 참조). 계산에 사용되는 활주로상의 지점의 정보는 제주국제공항을 대상으로 하였고 도 4에 나타내었다. 4개의 활주로 방향별로 RWY25는 13개, RWY07은 17개, RWY13은 3개, RWY31은 11개의 쌍이 있다. 각 활주로별로 가장 큰 Gain과 가장 작은 Loss를 구해서 그 값이 윈드시어 경고 기준인 ±7.5ms-1 이상이면 윈드시어 경보로 분류한다.
세 번째 단계는 예측된 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하는 과정(S30)이다. 경보 구역은 활주로와 활주로 끝단으로부터 최대 3해리까지의 8개 구역이다. 윈드시어 발생 위치는 윈드시어 경보가 예측되는 두 지점의 중간 지점에 표시되며 강도는 총 8단계로 나눠진다. 해당 시간으로부터 48시간의 윈드시어 경보 예측자료가 일 4회 생산된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법은 저층 수평윈드시어 경보예측시스템으로 고해상도 수치모델의 예측자료를 사용하여 항공기 이륙과 착륙에 영향을 주는 지상의 바람 급변 현상을 예측함으로써 항공기 안전사고를 줄일 수 있으며, 특히 예측된 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하여 육안으로 더욱 신속하게 확인할 수 있어 더욱 바람직하게 된다.
본 발명은 공항 활주로와 주변지역의 윈드시어를 예측하여 항공기의 안전한 이륙과 착륙을 유도하는 산업분야에 이용 가능하다.
S10 : 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계 예측자료를 생성하는 단계
S20 : 항공기의 이륙과 착륙시 활주로 방향에 평행하는 바람 성분을 계산하여 윈드시어 경고치를 산출하는 단계
S30 : 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하는 단계

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계 예측자료를 생성하는 단계(S10)와, 항공기의 이륙과 착륙시 활주로 방향에 평행하는 바람 성분을 계산하여 윈드시어 경고치를 산출하는 단계(S20)와, 상기 윈드시어 경보 결과를 그래픽으로 표출하는 단계(S30)를 포함하고,
    상기 S10 단계는,
    기상청 현업 국지예보모델(LDAPS)의 00, 06, 12, 18 UTC(Universal Time Coordinated)를 분석시간으로 하여 일 4회 생산되는 것을 전제로 하며, 00 UTC 분석시간을 기준으로 LDAPS는 5시간을 소요하여 05 UTC에 1.5km 격자간격의 48시간 기상예측자료를 생성하고, 이 생성된 LDAPS 기상예측자료는 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계(KMAPP)에서 상세지형효과를 반영한 기상요소별 특화된 규모상세화 기법을 적용하여 3시간 뒤인 08 UTC에 100m 수평해상도의 상세한 48시간 KMAPP 기상예측자료로 생성하며, 상기 고해상도 규모상세화 수치자료 산출체계 예측자료는 계산이 필요한 활주로상의 지점의 위경도를 기반으로 KMAPP 예측자료에서 최근점 자료를 추출하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 S20 단계는,
    활주로 상의 선정된 두 지점의 자료를 이용하여 두 지점 간의 정풍과 배풍의 변화를 계산하고, 정풍과 배풍의 변화가 음수(Loss)이면 항공기가 받는 바람이 감소하는 상태라 하고, 양수(Gain)이면 항공기가 받는 바람이 증가하는 상태라 하며, 정풍과 배풍의 변화(Loss 또는 Gain)는 아래 식 1을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법.
    [식 1]
    Figure 112021133825368-pat00002

    여기서, u1, u2와 v1, v2는 각 지점 풍속의 동서성분과 남북성분이고, DIR_X(RWY)와 DIR_Y(RWY)는 각 활주로의 방향성분으로 DIR과 RWY는 각각 Direction과 Runway의 약어이며, 계산에 사용되는 활주로상의 지점의 정보는 제주국제공항을 대상으로 한 것을 전제로 하며, 4개의 활주로 방향별로 RWY25는 13개, RWY07은 17개, RWY13은 3개, RWY31은 11개의 쌍이 있고, 각 활주로별로 가장 큰 Gain과 가장 작은 Loss를 구해서 그 값이 윈드시어 경고 기준인 ±7.5ms-1 이상이면 윈드시어 경보로 분류하는 것으로 한다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 S30 단계는,
    상기 S20 단계의 경보 구역은 활주로와 활주로 끝단으로부터 최대 3해리까지의 8개 구역으로 하고, 윈드시어 발생 위치는 윈드시어 경보가 예측되는 활주로상의 두 지점의 중간 지점에 표시되고, 강도는 총 8단계로 나눠지며, 해당 시간으로부터 48시간의 윈드시어 경보 예측자료가 일 4회 생산되는 것을 특징으로 하는 제주국제공항 저층 수평윈드시어 예측방법.
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