KR102480422B1 - 블로킹을 탐지하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

블로킹을 탐지하는 방법에 있어서, 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터를 로드하는 단계, 지위 고도 데이터에 기초하여 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리를 계산하는 단계, 지위 고도 아노말리를 아노말리 임계값과 비교하여 폐쇄 컨투어의 형태로 표현되는 블로킹 후보 아노말리를 선별하는 단계, 블로킹 후보 아노말리가 탐지 대상 지역에서의 블로킹을 나타내기에 적합한지 여부를 판정하기 위한 적합성 평가를 수행하는 단계, 및 적합성 평가의 결과에 기초하여 탐지 대상 지역의 2차원 블로킹 인덱스를 생성하는 단계를 포함하는, 블로킹을 탐지하는 방법이 개시된다.

Description

블로킹을 탐지하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING BLOCKING}
본 발명은 블로킹을 탐지하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 지위 고도 아노말리가 블로킹에 해당하는지를 판정하기 위한 과정을 거쳐 2차원 블로킹 인덱스를 산출함으로써 블로킹을 탐지하는 방법 및 장치 에 관한 것이다.
블로킹(blocking) 현상은 폭우, 한파 및 폭염과 같은 극한의 기후 현상의 원인이 되는 것으로서, 블로킹 현상에 의하면 중위도 지역에 형성되는 정체성 고기압에 의해 편서풍의 흐름이 저지된 채 대기 흐름이 장시간 정체되어, 그로 인해 이상 기후가 나타날 수 있다. 블로킹의 형성 과정에 대해서는 도 1이 참조될 수 있다.
도 1에는 2015년 2월 17일 1800 UTC부터 2015년 2월 21일 1800 UTC까지의 태평양 지역에서의 지위 고도장(a-i)이 도시되어 있다. 청색 및 적색의 셰이딩은 지위 고도의 아노말리를, 흑색선은 지위 고도 500 gpm의 컨투어를, 자색선은 음의 해면 기압 아노말리의 컨투어를 의미할 수 있다. 도시된 바와 같이, 지위 고도장(i)에서는 적색 셰이딩 부분에 정체성 고기압에 의해 편서풍 흐름을 저지하는 블로킹이 형성되었음이 확인될 수 있다.
이와 같은 블로킹의 형성에 수반하는 이상 기후 현상을 예보하고 대처하기 위해 블로킹을 탐지하는 기술이 요구되어 왔다. 기존에는, 지위 고도장의 역전 현상을 기준으로 블로킹을 탐지하거나, 지위 고도 아노말리(geopotential height anomaly)를 활용하여 블로킹을 탐지하여 Tibaldi-Molteni 인덱스와 같은 1차원의 블로킹 지수를 산출하는 방식이 활용되었다.
다만, 블로킹의 형성은 대기 흐름의 비선형성이 주된 원인으로 작용하여 그 예측에 근본적인 한계점이 존재하므로, 블로킹 탐지의 정확성을 지속적으로 개선하는 것이 필요할 수 있다. 또한, 기존의 1차원의 블로킹 지수에 의해서는 블로킹에 의한 경도 방향으로의 영향만이 제시될 수 있으므로, 블로킹에 의한 위도 방향의 영향이 고려되기 어려울 수 있다.
따라서, 블로킹의 발생, 성장 및 소멸을 보다 정확하게 탐지하고, 블로킹에 의한 경도 방향의 영향뿐만 아니라 위도 방향의 영향까지 나타낼 수 있도록, 블로킹을 탐지하는 방식을 개선할 것이 요구될 수 있다.
본 발명으로부터 해결하고자 하는 기술적 과제는, 블로킹 인덱스를 2차원으로 확장하고 블로킹 인덱스를 생성하는 방식을 개선함으로써, 블로킹에 의한 위도 방향의 영향까지 나타냄과 동시에 블로킹의 탐지 정확도를 향상시키는 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 블로킹을 탐지하는 방법은, 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터를 로드하는 단계; 상기 지위 고도 데이터에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리를 계산하는 단계; 상기 지위 고도 아노말리를 아노말리 임계값과 비교하여 폐쇄 컨투어의 형태로 표현되는 블로킹 후보 아노말리를 선별하는 단계; 상기 블로킹 후보 아노말리가 상기 탐지 대상 지역에서의 블로킹을 나타내기에 적합한지 여부를 판정하기 위한 적합성 평가를 수행하는 단계; 및 상기 적합성 평가의 결과에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 2차원 블로킹 인덱스를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 블로킹을 탐지하는 장치는, 명령어들을 저장하는 메모리; 및 상기 명령어들을 실행함으로써: 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터를 로드하고, 상기 지위 고도 데이터에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리를 계산하고, 상기 지위 고도 아노말리를 아노말리 임계값과 비교하여 폐쇄 컨투어의 형태로 표현되는 블로킹 후보 아노말리를 선별하고, 상기 블로킹 후보 아노말리가 상기 탐지 대상 지역에서의 블로킹을 나타내기에 적합한지 여부를 판정하기 위한 적합성 평가를 수행하고, 상기 적합성 평가의 결과에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 2차원 블로킹 인덱스를 생성하는 프로세서를 포함한다.
본 발명에 따른 블로킹을 탐지하는 방법 및 장치에 따르면, 블로킹 후보 아노말리가 실제로 탐지 대상 지역에서의 블로킹에 해당하는지 여부를 판정하기 위해 블로킹 후보 아노말리에 대한 적합성 평가가 수행될 수 있으므로, 그로 인해 블로킹을 탐지하는 정확도가 향상될 수 있다. 또한, 적합성 평가를 통해 생성되는 2차원 블로킹 인덱스는 경도 방향의 영향뿐만 아니라 위도 방향의 영향까지 나타낼 수 있으므로, 2차원 블로킹 인덱스에 의해 블로킹에 의한 영향을 보다 다방면으로 분석하는 것이 가능해질 수 있다.
도 1은 블로킹을 탐지하는 장치에 의해 생성되는 2차원 블로킹 인덱스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 시스템이 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 장치를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 장치의 성능이 기존의 초기 버전 대비 개선되었음을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 방법을 구성하는 단계들을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 이하에서의 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 따른 권리범위를 제한하거나 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명에 따른 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에 관한 기술 분야에서 널리 사용되는 일반적인 용어로 기재되었으나, 본 발명에서 사용되는 용어의 의미는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 새로운 기술의 출현, 심사기준 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 일부 용어는 출원인에 의해 임의로 선정될 수 있고, 이 경우 임의로 선정되는 용어의 의미가 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에서 사용되는 용어는 단지 사전적 의미만이 아닌, 명세서의 전반적인 맥락을 반영하는 의미로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 와 같은 용어는 명세서에 기재되는 구성 요소들 또는 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 일부 구성 요소들 또는 단계들은 포함되지 않는 경우, 및 추가적인 구성 요소들 또는 단계들이 더 포함되는 경우 또한 해당 용어로부터 의도되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명될 것이다. 본 발명에 관한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 대해서는 자세한 설명이 생략된다.
도 2는 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 시스템(100)이 동작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 블로킹을 탐지하는 시스템(100)은 지위 고도 데이터(110), 블로킹을 탐지하는 장치(120) 및 2차원 블로킹 인덱스(130)로 이루어질 수 있다. 시스템(100)에서는 지위 고도 데이터(110)가 장치(120)에 의해 2차원 블로킹 인덱스(130)로 가공되어, 그로부터 블로킹에 관한 정보가 제공될 수 있다.
지위 고도 데이터(110)는 블로킹 탐지를 위한 입력에 해당할 수 있다. 지위 고도(geopotential height)는 고도가 상승할수록 중력이 작아진다는 점을 반영한 고도로서, 상층 일기도의 분석에 활용될 수 있다. 시스템(100)에서는 블로킹의 탐지를 위한 기상 변수로서 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터(110)가 입력으로서 고려될 수 있다.
예를 들면, 지위 고도 데이터(110)는 탐지 대상 지역의 Interim 재분석 자료(Interim reanalysis data)를 기반으로 준비될 수 있다. Interim 재분석 자료는 위도 및 경도가 2.5˚로 격자화된 데이터일 수 있고, 탐지 대상 지역에서의 다양한 풍속, 와도(vorticity) 및 온도와 같은 기상 변수들을 포함할 수 있다. 한편, 재분석 자료로는 500 hPa에서의 자료가 활용될 수 있으며, 특정 분석 기간에 대한 재분석 자료가 이용될 수 있다.
지위 고도 데이터(110)가 준비되면, 장치(120)는 이에 대한 처리 과정을 거쳐 2차원 블로킹 인덱스(130)를 생성할 수 있다. 2차원 블로킹 인덱스(130)에 의하면 탐지 대상 지역의 블로킹에 관한 정보가 위도 및 경도의 2차원으로 제공될 수 있으므로, 기존 방식에서의 경도 방향의 블로킹뿐만 아니라 위도 방향의 블로킹에 대해서도 블로킹으로 인한 영향이 분석될 수 있다.
시스템(100)에서 블로킹 탐지의 대상이 되는 탐지 대상 지역은 해당 지역의 지위 고도 데이터(110)를 준비하는 것이 가능한 곳이라면 어떤 곳이라도 제한 없이 탐지 대상 지역에 해당할 수 있다. 예를 들면, 북반구 상에서 편서풍이 형성되는 중위도 구간의 특정 지점으로서, 태평양 또는 대서양의 상공 등이 탐지 대상 지역으로 설정될 수 있다.
시스템(100)에서 장치(120)에 의한 블로킹 탐지 과정은 인텔 포트란(Intel Fortran) v13 또는 v14 코드의 실행에 의해 수행될 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 시스템(100)에서의 블로킹 탐지 알고리즘은 다양한 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다.
시스템(100)에 의하면 탐지 대상 지역에서의 블로킹이 위도 및 경도의 2차원으로 탐지될 수 있음과 동시에, 블로킹의 규모, 이동 속도, 지위 고도 역전 여부 및 블로킹 형성 기간과 같은 다양한 요소들이 블로킹 판정에 고려될 수 있으므로, 기존의 블로킹 탐지 방식 대비 블로킹 탐지의 정확도가 향상될 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 장치(120)를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 블로킹을 탐지하는 장치(120)는 메모리(121) 및 프로세서(122)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 3에 도시된 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 장치(120)에 더 포함될 수 있다.
장치(120)는 블로킹을 탐지하기 위한 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 장치(120)는 각종 데이터, 명령어들, 적어도 하나의 프로그램 또는 소프트웨어를 저장하기 위한 수단으로서 메모리(121)를 포함할 수 있고, 명령어들 또는 적어도 하나의 프로그램을 실행함으로써 각종 데이터에 대한 처리를 수행하기 위한 수단으로서 프로세서(122)를 포함할 수 있다.
메모리(121)는 블로킹 탐지에 관련되는 각종 명령어들을 적어도 하나의 프로그램의 형태로 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(121)는 컴퓨터 프로그램 또는 모바일 애플리케이션과 같은 소프트웨어를 구성하는 명령어들을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(121)는 애플리케이션 또는 프로그램의 실행에 필요한 각종 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(121)는 ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, PRAM, MRAM, RRAM, FRAM 등과 같은 비휘발성 메모리로 구현될 수 있고, 또는 DRAM, SRAM, SDRAM, PRAM, RRAM, FeRAM 등의 휘발성 메모리로 구현될 수 있다. 또한, 메모리(121)는 HDD, SSD, SD, Micro-SD 등으로 구현될 수도 있다.
프로세서(122)는 메모리(121)에 저장되는 명령어들을 실행함으로써 블로킹을 탐지할 수 있다. 프로세서(122)는 블로킹 탐지를 구현하기 위한 일련의 처리 과정들을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(122)는 장치(120)를 제어하기 위한 전반적인 기능을 수행할 수 있고, 장치(120) 내부의 각종 연산들을 처리할 수 있다.
프로세서(122)는 다수의 논리 게이트들의 어레이 또는 범용적인 마이크로 프로세서로 구현될 수 있다. 프로세서(122)는 단일의 프로세서 또는 복수의 프로세서들로 구성될 수 있다. 프로세서(122)는 명령어들을 저장하는 메모리(121) 와 별개의 구성이 아닌, 메모리(121)와 함께 일체로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 프로세서(122)는 장치(120) 내에 구비되는 CPU, GPU 및 AP 중 적어도 하나의 형태로 구현될 수 있다.
프로세서(122)는 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터를 로드할 수 있다.
탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터는 탐지 대상 지역의 재분석 자료에 대한 전처리 과정에 의해 생성될 수 있다. 프로세서(122)는 탐지 대상 지역에 대한 블로킹 탐지를 수행하기 위해 전처리 과정 등을 통해 미리 준비된 지위 고도 데이터를 로드할 수 있다.
프로세서(122)는 지위 고도 데이터에 기초하여 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리를 계산할 수 있다.
지위 고도 아노말리(geopotential anomaly)는 탐지 대상 지역의 각 부분에서 지위 고도가 통상적인 값에서 얼마나 벗어나 있는지를 나타내는 지표일 수 있다. 일반적으로 블로킹이 형성된 지역의 지위 고도는 통상적인 수치와는 차이가 있는 값을 가지므로, 지위 고도 아노말리에 대한 분석에 의하면 블로킹이 형성된 것으로 추정되는 위치가 식별될 수 있다.
지위 고도 아노말리를 계산할 때, 기존의 초기 버전에서는, 아래의 수학식 1에서와 같이, 프로세서(122)는 탐지 대상 지역의 500 hPa 에서의 정규화된 지위 고도 및 정규화된 지위 고도의 평균에 기초하여 지위 고도 아노말리를 계산할 수 있었다.
수학식 1
Figure 112020086874302-pat00001
기존의 초기 버전의 수학식 1에서, 지위 고도 아노말리 Z' 는 500 hPA 에서의 정규화된 지위 고도 Z의 값, 정규화된 지위 고도 Z의 러닝 연간 평균(running annual mean)에 해당하는
Figure 112020086874302-pat00002
의 값, 및
Figure 112020086874302-pat00003
의 러닝 월간 평균(running monthly mean)의 평균 계절 사이클(mean seasonal cycle)의 값에 해당하는
Figure 112020086874302-pat00004
의 값에 기초하여 결정될 수 있었다.
다만, 수학식 1을 이용한 초기 버전의 블로킹 탐지 시스템에 의해서는 계절이나 지역에 따라, 예를 들면 여름철의 대서양 지역에서, 블로킹이 탐지되지 못하는 경우가 존재할 수 있다. 이와 같은 초기 버전에서의 문제점을 개선하여, 수학식 1에서 보다 간소화된 아래의 수학식 2에 따라 지위 고도 아노말리 Z' 가 계산될 수 있다.
수학식 2
Figure 112020086874302-pat00005
초기 버전을 개선한 수학식 2에서, 지위 고도 아노말리 Z' 는 정규화되지 않은 지위 고도 Z 로부터 지위 고도의 일별 기후값 Zclim 을 제한 값으로 정의될 수 있다. 수학식 2의 지위 고도 아노말리 Z' 에 의하면, 계절별 및 지역별 블로킹 탐지 성능이 개선되어, 예를 들면 여름철의 대서양-유럽 지역에서의 블로킹 또한 원활하게 탐지될 수 있다. 초기 버전의 수학식 1 대비 수학식 2에 의한 성능 개선에 대해서는 후술할 도 4가 참조될 수 있다.
수학식 2에 의해 계산되는 지위 고도 아노말리 Z의 값은 대략 -500 gpm 내지 500 gpm의 범위에 속할 수 있다. 지위 고도 아노말리 Z에는 지위 고도값의 통상적인 값과의 차이가 반영될 수 있으므로, 지위 고도 아노말리 Z가 이후의 블로킹 탐지 과정에서 활용될 수 있다.
프로세서(122)는 지위 고도 아노말리를 아노말리 임계값과 비교하여 폐쇄 컨투어의 형태로 표현되는 블로킹 후보 아노말리를 선별할 수 있다.
특정 지점의 지위 고도 아노말리가 과도하게 크거나 작은 경우에는 해당 지점에 기후 이상이 발생했을 개연성이 있으므로 아노말리 임계값과의 비교를 통해 탐지 대상 지역의 각부의 지위 고도 아노말리들 중 블로킹 후보 아노말리를 선별할 수 있다. 한편, 도 1에서와 같이, 블로킹 후보 아노말리는 폐쇄 컨투어(closed contour)의 형태로 표현될 수 있다.
블로킹 후보 아노말리를 선별하기 위한 기준이 되는 아노말리 임계값 또한 가변적으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 탐지 대상 지역이 북반구의 태평양 또는 대서양 지역인 경우, 북반구 중위도 전체 구간에서의 변동이 아노말리 임계값의 설정에 반영될 수 있다.
구체적으로, 아노말리 임계값은 북반구 중위도 전체에서의 지위 고도 아노말리의 평균으로부터 1.5 표준 편차만큼 떨어진 값일 수 있다. 또는, 1.5 표준 편차 외에도 그에 상응하는 다른 적절한 값이 임계값 설정에 활용될 수 있다.
이와 같이, 탐지 대상 지역에 한정되는 것이 아닌, 북반구 중위도 전체에서의 평균 및 표준 편차의 값들이 아노말리 임계값 설정에 반영될 수 있으므로, 탐지 대상 지역이 변경되더라도 동일한 기준으로 임계값이 설정될 수 있다.
블로킹 후보 아노말리를 선별할 때, 프로세서(122)는 CCL(connected-component labeling)을 통해 폐쇄 컨투어를 추적할 수 있다. CCL에 의하면 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리들 중 아노말리 임계값을 초과하는 아노말리들의 컨투어가 추적될 수 있고, 추적된 컨투어들 각각에 특정 수치가 레이블링될 수 있다. CCL을 통해 추적되는 블로킹 후보 아노말리들은 이후 적합성 평가들을 거쳐 2차원 블로킹 인덱스의 산출 대상이 될 수 있다.
한편, 블로킹 후보 아노말리는 단일 개수만이 선별될 수도 있고, 또는 둘 이상의 블로킹 후보 아노말리들이 선별될 수도 있다. 선별되는 개수와는 무관하게, 이후 과정은 각 블로킹 후보 아노말리에 대해 동일하게 적용될 수 있다.
프로세서(122)는 블로킹 후보 아노말리가 탐지 대상 지역에서의 블로킹을 나타내기에 적합한지 여부를 판정하기 위한 적합성 평가를 수행할 수 있다.
장치(120)에 의한 블로킹 탐지의 정확도를 향상시키기 위해서는, 아노말리 임계값을 기준으로 선별된 블로킹 후보 아노말리가 탐지 대상 지역에 실제로 형성된 블로킹을 나타내는 것인지에 대해 추가적인 검증 과정이 요구될 수 있으므로, 이를 위해 블로킹 후보 아노말리에 대한 적합성 평가가 수행될 수 있다.
적합성 평가를 수행할 때, 프로세서(122)는 블로킹 후보 아노말리의 규모 적합성, 이동 속도 적합성, 지위 고도 역전 적합성 및 기간 적합성을 평가할 수 있다. 이와 같이, 블로킹 후보 아노말리의 규모, 이동 속도, 지위 고도 역전 여부 및 체류 기간이 적합한지 여부가 추가적으로 고려될 수 있으므로, 장치(120)에 의한 블로킹 탐지가 보다 적절하게 수행될 수 있다.
프로세서(122)는 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어의 규모를 규모 임계값과 비교하여 블로킹 후보 아노말리의 규모 적합성을 평가할 수 있다. 블로킹 후보 아노말리의 컨투어가 임계값보다 작은 경우에는 이를 실제의 블로킹으로 보기 어렵다는 점을 고려하여, 규모 적합성이 평가될 수 있다.
프로세서(122)는 특정 시구간의 전후로 변동되는 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어들이 오버랩되는 정도를 오버랩 임계값과 비교하여 블로킹 후보 아노말리의 이동 속도 적합성을 평가할 수 있다. 탐지 대상 지역의 대기는 계속해서 순환하기 때문에 재분석 자료에서 설정된 기간 동안 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어의 위치는 지속적으로 변경될 수 있다.
따라서, 특정 시구간, 예를 들면 6 시간이 지나기 전의 폐쇄 컨투어와 지나고 난 이후의 폐쇄 컨투어가 서로 오버랩하여 겹치는 정도를 수치로 산출하는 경우, 해당 수치에 따라 블로킹 후보 아노말리가 빠르게 이동하였는지, 또는 정체되어 있었는지가 확인될 수 있다. 즉, 특정 시구간 전후의 오버랩 수치에 의해 블로킹 후보 아노말리가 Quasi-stationary 성질을 갖는지 여부가 확인될 수 있다.
프로세서(122)는 블로킹 후보 아노말리에 지위 고도 역전이 발생하는지 여부를 확인하여 블로킹 후보 아노말리의 지위 고도 역전 적합성을 평가할 수 있다. 지위 고도 역전(geopotential reversal)은 블로킹에 의해 관측되는 현상 중 하나이므로, 정확한 블로킹 탐지를 위해 지위 고도 역전 여부가 별도로 확인될 수 있다. 예를 들면, 500 hPa의 지위 고도에서의 남북 구배 역전(meridional gradient reversal)에 관한 Tibaldi-Molteni 인덱스에 기초하여 지위 고도 역전 적합성의 평가가 이루어질 수 있다.
프로세서(122)는 블로킹 후보 아노말리가 탐지 대상 지역에 존재하는 기간을 기간 임계값과 비교하여 블로킹 후보 아노말리의 기간 적합성을 평가할 수 있다. 다른 요건들이 만족되더라도, 블로킹 후보 아노말리가 탐지 대상 지역에서 지속되는 기간이 너무 짧다면 탐지 대상 지역에서의 실제 영향이 크지 않으므로, 이를 고려하기 위해 기간 적합성이 평가될 수 있다.
적합성 평가를 위한 임계값들은 적절한 수치로 설정될 수 있다. 예를 들면, 규모 임계값은 2.5 * 106 km2일 수 있고, 오버랩 임계값은 0.7일 수 있고, 기간 임계값은 5일일 수 있다. 다만 이와 같은 수치들은 예시적인 것이고, 적절한 블로킹 탐지를 위해 임계값들의 수치들은 필요에 따라 일부 변경될 수도 있다.
프로세서(122)는 적합성 평가의 결과에 기초하여 탐지 대상 지역의 2차원 블로킹 인덱스를 생성할 수 있다.
장치(120)에 의해 생성되는 2차원 블로킹 인덱스는 블로킹에 의한 경도 방향의 영향뿐만 아니라 위도 방향의 영향까지도 나타낼 수 있으며, 다양한 적합성 평가에 의해 규모, 이동 속도, 지위 고도 역전 여부 및 지속 기간을 반영하여 생성된 것이므로, 단순히 지위 고도장의 역전 현상만을 고려하거나, 지위 고도 아노말리만을 고려하는 기존의 인덱스들과 비교할 때, 2차원 블로킹 인덱스에 의하면 블로킹이 보다 적절하게 탐지될 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 장치의 성능이 기존의 초기 버전 대비 개선되었음을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 초기 버전의 블로킹을 탐지하는 장치에 의한 블로킹 탐지 결과(a) 및 개선된 블로킹을 탐지하는 장치에 의한 블로킹 탐지 결과(b)가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 개선된 블로킹을 탐지하는 장치에 의하면, 블로킹 탐지가 보다 적절하게 수행될 수 있다. 특히, 도 2에서 전술한 바와 같이 지위 고도 아노말리 Z' 를 계산하기 위한 수학식 1이 수학식 2로 변경됨에 따라, 계절별 및 지역별 블로킹 탐지 성능이 개선되어, 여름철 대서양-유럽 지역에서의 블로킹이 보다 분명하게 탐지될 수 있음이 확인될 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 블로킹을 탐지하는 방법을 구성하는 단계들을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 블로킹을 탐지하는 방법은 단계 510 내지 단계 550을 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 5에 도시된 단계들 외에 다른 범용적인 단계들이 블로킹을 탐지하는 방법에 더 포함될 수 있다.
도 5의 블로킹을 탐지하는 방법은, 도 2 내지 도 4를 통해 전술한 블로킹을 탐지하는 장치(120)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서 생략되는 내용이라 할지라도, 도 2 내지 도 4의 장치(120)에 대해 이상에서 기술되는 내용은 도 5의 블로킹을 탐지하는 방법에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
단계 510에서, 장치(120)는 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터를 로드할 수 있다.
단계 520에서, 장치(120)는 지위 고도 데이터에 기초하여 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리를 계산할 수 있다.
지위 고도 아노말리를 계산할 때, 장치(120)는 탐지 대상 지역의 500 hPa 에서의 지위 고도의 일별 기후값에 기초하여 지위 고도 아노말리를 계산할 수 있다.
단계 530에서, 장치(120)는 지위 고도 아노말리를 아노말리 임계값과 비교하여 폐쇄 컨투어의 형태로 표현되는 블로킹 후보 아노말리를 선별할 수 있다.
블로킹 후보 아노말리를 선별할 때, 장치(120)는 CCL(connected-component labeling)을 통해 폐쇄 컨투어를 추적할 수 있다.
아노말리 임계값은 북반구 중위도 전체에서의 지위 고도 아노말리의 평균으로부터 1.5 표준 편차만큼 떨어진 값일 수 있다.
단계 540에서, 장치(120)는 블로킹 후보 아노말리가 탐지 대상 지역에서의 블로킹을 나타내기에 적합한지 여부를 판정하기 위한 적합성 평가를 수행할 수 있다.
적합성 평가를 수행할 때, 장치(120)는 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어의 규모를 규모 임계값과 비교하여 블로킹 후보 아노말리의 규모 적합성을 평가할 수 있고, 특정 시구간의 전후로 변동되는 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어들이 오버랩되는 정도를 오버랩 임계값과 비교하여 블로킹 후보 아노말리의 이동 속도 적합성을 평가할 수 있고, 블로킹 후보 아노말리에 지위 고도 역전이 발생하는지 여부를 확인하여 블로킹 후보 아노말리의 지위 고도 역전 적합성을 평가할 수 있고, 블로킹 후보 아노말리가 탐지 대상 지역에 존재하는 기간을 기간 임계값과 비교하여 블로킹 후보 아노말리의 기간 적합성을 평가할 수 있다.
규모 임계값은 2.5 * 106 km2일 수 있고, 오버랩 임계값은 0.7일 수 있고, 기간 임계값은 5일일 수 있다.
단계 550에서, 장치(120)는 적합성 평가의 결과에 기초하여 탐지 대상 지역의 2차원 블로킹 인덱스를 생성할 수 있다.
한편, 도 5의 블로킹을 탐지하는 방법은, 그 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 적어도 하나의 프로그램 또는 소프트웨어가 기록되는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령어의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드가 포함될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명되었으나 본 발명에 따른 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에 기재되어 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명에 따른 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 블로킹을 탐지하는 방법에 있어서,
    위도 및 경도가 2.5도로 격자화된 인터림 재분석 데이터(Interim reanalysis data)를 기반으로 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터를 로드하는 단계;
    상기 지위 고도 데이터에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리를 계산하는 단계;
    상기 지위 고도 아노말리를 아노말리 임계값과 비교하여 폐쇄 컨투어의 형태로 표현되는 블로킹 후보 아노말리를 선별하는 단계;
    상기 블로킹 후보 아노말리가 상기 탐지 대상 지역에서의 블로킹을 나타내기에 적합한지 여부를 판정하기 위한 적합성 평가를 수행하는 단계; 및
    상기 적합성 평가의 결과에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 2차원 블로킹 인덱스를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 적합성 평가를 수행하는 단계는,
    상기 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어의 규모를 규모 임계값과 비교하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 규모 적합성을 평가하는 단계;
    특정 시구간의 전후로 변동되는 상기 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어들이 오버랩되는 정도를 오버랩 임계값과 비교하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 이동 속도 적합성을 평가하는 단계;
    상기 블로킹 후보 아노말리에 지위 고도 역전이 발생하는지 여부를 확인하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 지위 고도 역전 적합성을 평가하는 단계; 및
    상기 블로킹 후보 아노말리가 상기 탐지 대상 지역에 존재하는 기간을 기간 임계값과 비교하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 기간 적합성을 평가하는 단계;를 포함하고,
    상기 지위 고도 아노말리를 계산하는 단계는,
    상기 탐지 대상 지역의 500 hPa 에서의 지위 고도의 일별 기후값에 기초하여 상기 지위 고도 아노말리를 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 블로킹 후보 아노말리를 선별하는 단계는,
    CCL(connected-component labeling)을 통해 상기 폐쇄 컨투어를 추적하는 단계를 포함하며,
    상기 아노말리 임계값은 북반구 중위도 전체에서의 지위 고도 아노말리의 평균으로부터 1.5 표준 편차만큼 떨어진 값이며,
    상기 규모 임계값은 2.5 * 106 km2이고, 상기 오버랩 임계값은 0.7이고, 상기 기간 임계값은 5일인, 블로킹을 탐지하는 방법.
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  7. 블로킹을 탐지하는 장치에 있어서,
    명령어들을 저장하는 메모리; 및
    상기 명령어들을 실행함으로써:
    위도 및 경도가 2.5도로 격자화된 인터림 재분석 데이터(Interim reanalysis data)를 기반으로 탐지 대상 지역의 지위 고도 데이터를 로드하고,
    상기 지위 고도 데이터에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 지위 고도 아노말리를 계산하고,
    상기 지위 고도 아노말리를 아노말리 임계값과 비교하여 폐쇄 컨투어의 형태로 표현되는 블로킹 후보 아노말리를 선별하고,
    상기 블로킹 후보 아노말리가 상기 탐지 대상 지역에서의 블로킹을 나타내기에 적합한지 여부를 판정하기 위한 적합성 평가를 수행하며,
    상기 적합성 평가의 결과에 기초하여 상기 탐지 대상 지역의 2차원 블로킹 인덱스를 생성하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 프로세서는, 상기 적합성 평가를 수행할 때, 상기 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어의 규모를 규모 임계값과 비교하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 규모 적합성을 평가하고,
    특정 시구간의 전후로 변동되는 상기 블로킹 후보 아노말리의 폐쇄 컨투어들이 오버랩되는 정도를 오버랩 임계값과 비교하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 이동 속도 적합성을 평가하고,
    상기 블로킹 후보 아노말리에 지위 고도 역전이 발생하는지 여부를 확인하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 지위 고도 역전 적합성을 평가하며,
    상기 블로킹 후보 아노말리가 상기 탐지 대상 지역에 존재하는 기간을 기간 임계값과 비교하여 상기 블로킹 후보 아노말리의 기간 적합성을 평가하며,
    상기 프로세서는, 상기 지위 고도 아노말리를 계산할 때,
    상기 탐지 대상 지역의 500 hPa 에서의 지위 고도의 일별 기후값에 기초하여 상기 지위 고도 아노말리를 계산하며,
    상기 프로세서는, 상기 블로킹 후보 아노말리를 선별할 때,
    CCL(connected-component labeling)을 통해 상기 폐쇄 컨투어를 추적하며,
    상기 아노말리 임계값은 북반구 중위도 전체에서의 지위 고도 아노말리의 평균으로부터 1.5 표준 편차만큼 떨어진 값이며,
    상기 규모 임계값은 2.5 * 106 km2이고, 상기 오버랩 임계값은 0.7이고, 상기 기간 임계값은 5일인, 블로킹을 탐지하는 장치.
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ETIENNE DUNN-SIGOUIN, SEOK-WOO SON. "Evaluation of Northern Hemisphere Blocking Climatology in the Global Environment Multiscale Model". Monthly Weather Review. American Meteorological Society. Volume 141, Issue 2. pp.707-727. (2013.2.1.) 1부.*
인용발명 1 : 윤숙경. "봄, 겨울 블로킹이 한국 PM10 농도에 끼치는 영향". 기후·에너지시스템공학과 석사학위 논문. 이화여자대학교 대학원. (2019.6.) 1부.*

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