KR20180045401A - System for meteorological forcasting reflected solar energy considered topographic effect - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지형효과를 고려한 복사 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지형에 따라 변동하는 복사 태양에너지를 기초로 기상 예측을 실행하여 기상 예측에 대한 정확도를 향상시킬 수 있고 연산 복잡도를 감소할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a meteorological prediction system that reflects radiant solar energy in consideration of a terrain effect, and more particularly, to a meteorological prediction system that can improve the accuracy of meteorological prediction by executing a meteorological prediction based on radiant solar energy that varies according to the terrain, And to a technique for reducing complexity.
태양복사(일사)는 지구대기를 움직이는 1차적 원동력이고 지구상의 모든 생명체를 위하여 필수적인 에너지원이다. 이러한 태양복사 에너지 및 그 변화는 대기과학뿐만 아니라 농업, 에너지, 생물, 의료, 건축분야의 연구 및 산업 활동 등에 다양하게 활용될 수 있다. Solar radiation (solar radiation) is the primary driving force that moves the Earth's atmosphere and is an essential energy source for all life on Earth. This solar radiation energy and its changes can be used for various researches and industrial activities in the fields of agriculture, energy, biology, medicine, architecture as well as atmospheric science.
이와 같은 중요성을 가진 태양복사 에너지를 관측하는 장비를 일사계라고 하며 이를 통해 지표면에 도달하는 일사량을 관측하게 된다. 하지만 일사계는 다른 기상 장비에 비하여 관리 및 보정 등이 매우 까다로우며 관측할 수 있는 영역이 제한적이라는 문제점을 가지고 있어 넓은 영역에 대한 태양복사의 분포를 확인하는 것에 태양복사 모델이 이용된다.The equipment that observes the solar radiation of such importance is called the solar system and observes the amount of solar radiation reaching the earth surface. However, the solar system has a problem that the management and calibration are very strict and the area that can be observed is limited compared to other meteorological equipments, so the solar radiation model is used to confirm the distribution of solar radiation over a wide area.
태양복사 모델은 태양으로부터 방출된 에너지가 대기를 통과하여 지표면에 도달하는 동안 가스(오존 및 수증기 등)와 에어로솔 및 구름 등에 의하여 소산되어지는 과정을 이론적인 모수화(parameterization)로 계산하는 방법이다. 이런 모수화 모델들은 전 지구 및 중규모 모델 등에 중요한 부분으로 사용되고 있으며 특히 신재생에너지의 개발과 함께 기상 선진국에서는 각 나라별 태양-기상자원지도(photovoltaic energy map) 제작에 큰 도움을 주고 있다.The solar radiation model is a method of theoretical parametrization of the process of dissipating gases (such as ozone and water vapor) and aerosols and clouds while the energy emitted from the sun passes through the atmosphere and reaches the surface. These parametrization models are used as an important part of global and medium scale models. Especially, in the advanced countries with the development of new and renewable energy, they are contributing to the production of photovoltaic energy map of each country.
하지만 대부분의 태양복사 모델은 수평면에 대한 계산만이 이루어져 지형이 복잡한 지형의 경우 실제 지표면에 도달하는 양과 큰 오차가 유발되고 둥지격자체계 등에 적용하기 위해 복잡한 계산과정이 요구되고 많은 계산 메모리를 요구하기 때문에 실제 기상 예측 시스템에 적용하는데 한계가 존재하였다.However, most of the solar radiation models are computed only on the horizontal plane. In case of terrain complicated terrain, the amount of reaching the actual surface and large errors cause complex calculation process to be applied to the nesting grid system, Therefore, there is a limit to apply to actual weather prediction system.
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 외부로부터 공급되는 지형고도자료를 이용하여 도출된 지형에 따른 복사 태양 에너지를 이용하여 기상 예측을 실행함에 따라, 기상 예측 오차를 근본적으로 감소하여 기상 예측에 대한 정확성을 향상시킬 수 있는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템을 제공하고자 함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve all the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for predicting a weather phenomenon by performing weather prediction using radiant solar energy according to a terrain derived using terrain altitude data supplied from outside, And to provide a weather prediction system that reflects solar energy in consideration of a terrain effect that can improve the accuracy of the weather prediction by fundamentally reducing the prediction error.
또한 본 발명의 다른 목적은, 고해상도 차폐율 및 천공률을 저해상도의 차폐 비율 및 천공률로 보정하여 WRF 모델로 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환함에 따라 복사 태양에너지 산출에 대한 연산복잡도를 감소할 수 있는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템을 제공하고자 함에 있다.Another object of the present invention is to reduce the computational complexity of the photovoltaic energy calculation by transforming the high-resolution shielding rate and the puncturing rate into a coefficient that can be input into the WRF model by correcting the shielding ratio and the puncturing rate with a low resolution And to provide a weather prediction system that reflects the solar energy in consideration of the possible terrain effect.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, Technical Solution In order to achieve the above object,
외부로부터 공급되는 지형을 토대로 지형자료를 이용하여 DEM(Digital Elevation Model, 수치표고모델) 기반의 지형고도자료의 경사(slope), 경사방향(aspect), 천공률(sky View factor), 및 태양의 방위각 별로 지형의 최대 그림자각인 차폐각을 계산하여 WRF 모델에 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환하는 WRF 모델 생성장치; 상기 경사각, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각, 천공각, 및 고해상도 천공율을 토대로 저해상도 차폐비율 및 천공율을 도출하고 도출된 저해상도 차폐 비율 및 천공율을 WRF 모델에 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환하는 WRF 모델 보정장치; 및 상기 저해상도 저해상도 차폐 비율 및 천공율을 토대로 저해상도 직달 태양에너지, 산란 태양에너지, 및 총 태양에너지를 도출하는 저해상도 태양에너지 도출장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.Based on the terrain supplied from the outside, the terrain data is used to calculate the slope, slope, sky view factor, and sun of the terrain elevation data based on DEM (Digital Elevation Model) A WRF model generating device for calculating the maximum shadow angle of the terrain according to the azimuth angle and converting the angle into a coefficient of a form that can be input to the WRF model; The low-resolution shielding ratio and the puncturing ratio are derived based on the angle of inclination, the sun's perforation angle and the angle formed by the waterline of the slope of the predetermined lattice point, the perforation angle, and the high-resolution perforation ratio, and the derived low- A WRF model correction device that converts the WRF model into a coefficient of a possible form; And a low resolution solar energy deriving device for deriving low resolution direct solar energy, scattering solar energy, and total solar energy based on the low resolution low resolution shielding ratio and the puncture ratio.
바람직하게 WRF 모델 보정장치는 상기 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 를 고해상도의 소정 거리 단위로 연산된 각 값에 대한 각각의 평균치로 구비될 수 있다.Preferably, the WRF model correcting device is configured to calculate the angle of inclination b, the angle between the sun's perforation angle and the waterline of the slope of the predetermined lattice point , And a perforated angle May be provided as respective average values for each value calculated in units of a predetermined distance of high resolution.
바람직하게 상기 WRF 모델 보정장치는, WRF 모델의 방위각 과 천공각 에 대한 저해상도 차폐비율 을 도출하는 차폐 비율 연산부; 소정 격자점의 저해상도 천공률(c)를 태양의 방위각 및 천공각 별로 산출하는 천공률 연산부; 도출된 저해상도 차폐비율 및 저해상도 천공률(c)를 WRF 모델에 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환하는 전처리부;를 포함할 수 있다.Preferably, the WRF model correcting apparatus further comprises: And perforation angle The low-resolution shielding ratio A shielding ratio calculator for deriving a shielding ratio; A puncture rate computing unit for computing a low-resolution puncturing rate (c) of a predetermined lattice point for each azimuth and perforation angle of the sun; The resulting low-resolution shielding ratio And a preprocessing unit for converting the low-resolution puncturing rate (c) into coefficients of a type that can be input to the WRF model.
바람직하게 저해상도 차폐 비율은 상기 WRF 모델의 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 를 토대로 차폐 비율를 도출하고 다음 식 21를 만족할 수 있다.Preferably, the low- Is the inclination angle b of the WRF model, the angle between the sun's perforation angle and the waterline of the slope of the predetermined lattice point , And a perforated angle The shielding ratio And the following equation (21) can be satisfied.
.. 식 21 .. Equation 21
여기서, 고해상도로 계산한 격자점을 의미한다.here, Means a grid point calculated with high resolution.
바람직하게 천공률 연산부는 경사각 b과 천공율 을 토대로 저해상도의 천공률 를 도출할 수 있고, 저해상도의 천공률 은 다음 식 22를 만족할 수 있다.Preferably, the puncture rate calculating unit calculates the puncture rate Based on the low-resolution perforation rate And a low-resolution puncturing rate Can satisfy the following expression (22).
.. 식 22 ..
바람직하게 상기 저해상도 태양에너지 연산장치는 연산된 저해상도 차폐 비율() 및 천공률 (c)를 이용하여 저해상도 직달 태양에너지 , 산란 태양에너지 및 총 태양에너지 를 도출하도록 구비될 수 있다.Preferably, the low-resolution solar energy computation apparatus comprises a computed low-resolution shielding ratio ) And perforation rate (c) , Scattered solar energy And total solar energy As shown in FIG.
바람직하게 상기 저해상도 직달 태양에너지 는 수평면에서의 직달 태양에너지 와 저해상도의 천공 비율의 곱으로 도출할 수 있고, 산란 태양에너지 는 수평면에서의 산란 태양에너지와 저해상도의 천공률의 곱으로 도출될 수 있으며, 상기 총 태양에너지 는 상기 저해상도 직달 태양에너지 및 저해상도 산란 태양에너지 및 천공각 q 의 곱으로 도출될 수 있으며, 총 태양에너지 는 다음 식 23를 만족할 수 있다.Preferably the low resolution direct solar energy Is the direct solar energy in the horizontal plane And low-resolution drilling ratio , And the scattered solar energy The scattered solar energy in the horizontal plane and the low-resolution perforation rate And the total solar energy < RTI ID = 0.0 > The low-resolution direct solar energy And low-resolution scattered solar energy And the perforation angle q, and the total solar energy < RTI ID = 0.0 > Can satisfy the following expression (23).
.. 식 23 ..
본 발명에 따르면, 지형자료를 이용하여 지형의 경사(slope), 경사방향(aspect), 천공률(sky view factor), 및 태양의 방위각 별로 지형의 최대 그림자각인 차폐각을 고해상도 WRF 모델의 계수로 변환하고, 변환된 고해상도 천공률 및 차폐비율을 저해상도 천공률 및 차폐비율로 보정하여 WRF 모델 형태의 계수로 변환하며, 저해상도 WRF 모델의 천공률 및 차폐비율로 지형에 따른 복사 태양에너지를 도출함에 따라, 지형에 따른 태양 에너지 변동에 따른 기상 예측 오차를 근본적으로 감소하여 기상 예측에 대한 정확성을 향상시킬 수 있고 복사 태양에너지에 대한 연산복잡도를 감소하여 시스템의 부하를 줄일 수 있는 효과를 얻는다.According to the present invention, using the terrain data, the slope of the terrain, the aspect, the sky view factor, and the shield angle, which is the maximum shadow angle of the terrain according to the sun's azimuth angle, The converted high-resolution perforation rate and shielding ratio are converted into coefficients of the WRF model type by correcting them with low-resolution perforation rate and shielding ratio, and the radiated solar energy according to the terrain is derived from the puncturing rate and shielding ratio of the low- , The terrestrial prediction error due to terrain variation is fundamentally reduced to improve the accuracy of the prediction of the weather and reduce the computational complexity of the photovoltaic energy, thereby reducing the load of the system.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템에 적용되는 격자점을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템의 WRF 모델 보정장치(200)의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템 의 서울 및 주변 지역의 DEM 자료를 보인 예시도들이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템에 있어서, WRF 모델을 이용한 강수량 분포를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템에 있어서, 차폐 비율 및 천공률 분포를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템에 있어서, 태양 에너지 분포를 보인 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템에 있어서, 태양 에너지 주파수 분포를 보인 예시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템에 있어서, 태양에너지와 기온의 변동을 보인 예시도들이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further understand the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a weather prediction system in which solar energy is reflected in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a lattice point applied to a weather prediction system reflecting solar energy in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a WRF
FIG. 4 is a diagram illustrating DEM data of Seoul and surrounding areas of a weather prediction system in which solar energy is reflected in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a precipitation distribution using a WRF model in a weather prediction system that reflects solar energy in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an exemplary diagram showing a shielding ratio and a puncture percentage distribution in a weather prediction system reflecting solar energy in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating solar energy distribution in a weather prediction system in which solar energy is reflected in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is an exemplary diagram showing a solar energy frequency distribution in a weather prediction system in which solar energy is reflected in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 9 is a graph showing variations in solar energy and temperature in a weather prediction system in which solar energy is taken into consideration in consideration of a topographic effect according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Brief Description of the Drawings The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described hereinafter with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements as well, without departing from the spirit or scope of the present invention. Also, as used herein, the term "part " refers to a hardware component such as software, FPGA or ASIC, and" part " However, "part" is not meant to be limited to software or hardware. "Part" may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to play back one or more processors.
따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Thus, by way of example, and not limitation, "part (s) " refers to components such as software components, object oriented software components, class components and task components, and processes, Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. The functions provided in the components and "parts " may be combined into a smaller number of components and" parts " or further separated into additional components and "parts ".
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description will be omitted.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 WRF 모델을 이용한 태양에너지 산출 장치 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for calculating solar energy using a WRF model according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 WRF 모델을 이용한 태양에너지 산출 장치의 개략적인 구성도를 나타낸 도이고, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 WRF 모델을 이용한 태양에너지 산출 시스템(S)은, 지형고도자료로부터 도출된 경사(slope), 경사방향(aspect), 천공률(sky View factor), 및 태양의 방위각 별로 지형의 최대 그림자각인 차폐각을 WRF 모델로 입력할 수 있는 계수로 변환하고, 고해상도 WRF 모델의 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 를 토대로 도출된 차폐 비율와 경사각 b과 고해상도 차폐율 을 토대로 도출된 저해상도의 천공률 를 저해상도 WRF 모델로 입력할 수 있는 계수로 변환하며, 변환된 저해상도 차폐 비율 및 천공률 를 기반으로 저해상도 복사 태양에너지를 산출하도록 구비될 수 있고, 이러한 시스템(S)는 WRF 모델 생성장치(100), WRF 모델 보정장치(200), 및 저해상도 태양에너지 산출장치(300)를 포함할 수 있다.FIG. 1 is a schematic diagram of a solar energy calculation apparatus using a WRF model according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a solar energy calculation system using a WRF model according to an embodiment of the present invention S) is a coefficient that can be input into the WRF model as a slope, an aspect, a sky view factor, and a maximum shadow angle of the terrain by the sun's azimuth angle derived from the terrain altitude data And the inclination angle b of the high-resolution WRF model, the angle formed by the sun's perforation angle and the waterline of the inclined plane of the predetermined lattice point , And a perforated angle Shielding ratio derived from And the inclination angle b and the high-resolution shielding rate Of low-resolution perforation rate Into a coefficient that can be input into the low-resolution WRF model, and the converted low-resolution shielding ratio And puncture rate And the system S may include a WRF
여기서, WRF(Weather Research and Forecast) 모델이라 함은, UCAR/NCAR(University Corporation for Atmospheric Research/National Center for Atmospheric Research)에서 개발한 차세대 수치모델로서 고해상도 예측에 초점을 맞추어 개발된 모델이다. The Weather Research and Forecast (WRF) model is a next-generation numerical model developed by UCAR / NCAR (National Center for Atmospheric Research). It is a model developed focusing on high-resolution prediction.
여기서, WRF 모델 생성장치(100)는 DEM(Digital Elevation Model, 수치표고모델) 기반의 지형고도자료의 경사(slope), 경사방향(aspect), 천공률(sky View factor), 및 태양의 방위각 별로 지형의 최대 그림자각인 차폐각을 계산하여 WRF 모델에 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환할 수 있다.Here, the WRF
즉, WRF 모델 생성장치(100)는 외부로부터 공급되는 지형고도자료를 이용하여 소정 격자점에서의 경사각 b 및 경사방향 f을 계산하여 경사각 b 및 경사방향 f 및 천공각 q을 산출할 수 있다.That is, the WRF
여기서, 소정 격자점에서의 경사각 b 및 경사방향 f은 도 2에 도시된 소정 격자점(5)에서의 동서 고도 기울기 또는 남북 방향의 고도 기울기 를 이용하여 연산될 수 있다.Here, the inclination angle b and the inclination direction f at the predetermined lattice point are the same as the inclination angle b at the
지형고도(DEM) 자료가 도 2와 같이 배치되었다고 가정하였을 때 소정 격자점 5에서 동서 고도 기울기 또는 남북 방향의 고도 기울기 는 다음 식 1 및 식 2로부터 도출될 수 있다.Assuming that topographic elevation (DEM) data is arranged as shown in FIG. 2, at a
.. 식 1 ..
.. 식 2 ..
여기서 z은 각 격자점의 고도이고 아래첨자들은 격자점의 위치정보이다. dx, dy는 동서 및 남북방향 격자점 사이의 거리이며 dz은 격자사이의 고도차이이다. Where z is the altitude of each grid point and the subscripts are the location information of the grid point. dx, dy is the distance between the east-west and north-south lattice points, and dz is the altitude difference between the lattices.
또한, 동서 고도 기울기 또는 남북 방향의 고도 기울기 를 이용하여 도출된 경사각 b 및 경사방향 f는 소정 격자점 5에 다음 식 3 및 4를 만족할 수 있다.Also, the east-west elevation slope Or an altitude slope in the north-south direction The inclination angle b and the oblique direction f derived using the equation (3) can satisfy the following equations (3) and (4) at the
.. 식 3 ..
.. 식 4 ..
한편, WRF 모델 생성장치(100)는 소정 격자점 별로 0~360방위각에 대하여 최대고도를 찾아 차폐각 과, 전술된 경사각 b 및 경사방향 f 과 태양의 천공각 q을 이용하여 소정 격자점의 천공률 을 산출할 수 있다.On the other hand, the WRF
즉, 설정된 소정 격자점 5에서 거리가 이고 고도가 인 계산 격자점(5)으로부터 f방향으로 거리만큼 떨어져 있는 지형의 고도가 일 경우 직달 태양에너지의 차폐각(shading angle, )은 다음 식 5를 만족한다.That is, the distance from the
.. 식 5 ..
이때 방위각 과 격자점 5의 경사면의 수선과 이루는 각 일 경우 소정 격자점 5가 위치한 지형에 의하여 직달 태양에너지가 차폐되는 것(self-shading)을 의미하고 태양의 방위각 를 만족하는 경우 소정 격자점(5)에서 떨어진 지형에 의하여 직달 태양에너지가 차폐하는 되는 것(shading)이다. At this time, And the angle formed by the waterline of the slope of the
이에 소정 격자점(5)을 중심으로 영향을 미칠 수 있는 주변의 지형들을 조사하여 태양의 방위각 과 태양의 천공각 q에 따라 차폐각 을 재계산하는 과정이 필요하다.Then, the surrounding terrain which can affect the lattice point (5) is investigated, and the azimuth angle of the sun And the sun's perforation angle q, To be recalculated.
한편, 천공률(sky view factor) 은 상기 차폐각 , 태양의 경사각 b과, 방위각 으로부터 산출될 수 있으며, 천공률 은 다음 식 6를 만족할 수 있다. On the other hand, the sky view factor Lt; RTI ID = 0.0 > , The inclination angle b of the sun, and the azimuth angle , And the puncture rate Can satisfy the following expression (6).
.. 식 6 ..
여기서, 는 천공률 (sky-view factor)로써 주변 지형들이 산란 태양에너지 계산에 미치는 영향을 0 에서 1 사이의 값으로 나타나며 관측 격자점의 모든 방향에 대하여 지형 등의 차폐물에 의하여 산란 태양에너지의 차폐가 발생되지 않을 경우 1이고 차폐가 많아질수록 0에 가깝게 연산될 수 있다. here, Is a sky-view factor. The influence of surrounding topography on the calculation of scattering solar energy is shown as a value between 0 and 1, and scattered by topographic shields in all directions of the observation grid point. 1, and as the shielding increases, it can be calculated close to zero.
여기서, 지형의 경사각 기준으로 차폐각이 90 도 이상 반대방향인 경우 는 보다 클 수 없고, 경사각 기준으로 차폐각이 90 도 이상 반대방향인 경우 는 0보다는 작을 수 없다.Here, when the inclination angle of the terrain is 90 degrees or more in the opposite direction The And the shielding angle is 90 degrees or more in the opposite direction on the basis of the inclination angle Can not be less than zero.
이에 과 는 다음 식 7-1과 7-2를 각각 만족하고, 는 다음과 같이 계산 지점의 경사각과 방위각의 함수로 표현되며 다음 식 7-3을 만족할 수 있다.Therefore and Satisfy the following expressions 7-1 and 7-2, respectively, Is expressed as a function of the inclination angle and the azimuth angle of the calculation point as follows and can satisfy the following Equation 7-3.
.. 식 7-1 .. Equation 7-1
.. 식 7-2 .. Equation 7-2
.. 식 7-3 .. Equation 7-3
여기서, 는 태양에너지의 차폐각이며 는 경사면에서 하늘 차폐각을 의미하며 소정 격자점(5)의 지형 경사면의 방위각과 태양 방위각의 함수로 표현된다. here, Is the shielding angle of solar energy Means a sky shielding angle in the slope and is expressed as a function of the azimuth angle of the terrain slope of the
WRF 모델 생성장치(100)는, 전술한 연산을 통해 도출된 지형의 경사(slope), 경사방향(aspect), 천공률(sky view factor), 및 태양의 방위각 별로 지형의 최대 그림자각인 차폐각을 고해상도 WRF 모델의 계수로 변환하여 고해상도의 WRF 모델을 생성할 수 있다.The WRF
이러한 태양에너지는 둥지격자체계 등에 적용하기 위해 복잡한 계산과정이 요구되고 많은 계산 메모리를 요구하기 때문에 실제 기상 예측 시스템에 적용하는데 한계가 존재하고 이러한 한계를 극복하기 위해 본 발명에서는 해상도 보정장치(200)를 더 포함할 수 있다.In order to overcome these limitations, the
이에 WRF 모델 보정장치(200)는 WRF 모델의 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 를 토대로 차폐 비율를 도출하고, 경사각 b과 고해상도의 천공율 을 토대로 저해상도의 천공률 를 도출하며, 저해상도 차폐비율 및 천공률(c)로부터 WRF 모델의 계수를 이용하여 저해상도의 직달 태양에너지 , 산란 태양에너지 및 총 태양에너지 를 도출하도록 구비될 수 있다.Accordingly, the WRF
도 3은 도 1에 도시된 WRF 모델 보정장치(200)의 세부적인 구성을 보인 도면으로서, 도 3을 참조하면, WRF 모델 보정장치(200)는, WRF 모델의 방위각 과 천공각 에 대한 저해상도 차폐비율 을 도출하는 차폐 비율 연산부(210) 및 소정 격자점의 저해상도 천공률(c)를 태양의 방위각 및 천공각 별로 산출하는 천공률 연산부(220)와, 도출된 저해상도 차폐비율 및 저해상도 천공률(c)를 WRF 모델에 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환하는 전처리부(230)를 포함할 수 있다. 3 shows a detailed configuration of the WRF
즉, 차폐 비율 연산부(210)는, WRF 모델의 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 를 토대로 차폐 비율 를 도출할 수 있고, 차폐 비율 은 다음 식 8로 나타낼 수 있다.In other words, the shielding
.. 식 8 .. Equation 8
여기서, 고해상도로 계산한 격자점을 의미한다. 그리고, 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 는 30 m에서 연산된 각 값에 대한 각각의 평균치를 1 km의 저해상도에 적용될 수 있다.here, Means a grid point calculated with high resolution. Then, the inclination angle b, the angle between the sun's perforation angle and the waterline of the slope of the predetermined lattice point , And a perforated angle Can be applied to a low resolution of 1 km for each value of each value calculated at 30 m.
또한, 천공률 연산부(220)는 경사각 b과 천공율 을 토대로 저해상도의 천공률 를 도출할 수 있고, 이에 저해상도의 천공률 은 다음 식 9를 만족할 수 있다.In addition, the puncture
.. 식 9 .. Equation 9
이러한 저해상도 차폐 비율 차폐 비율 및 저해상도의 천공률 는 전처리부(230)에 의거 WRF 모델로 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환하여 WRF 모델로 입력될 수 있다.Such low-resolution shielding ratio shielding ratio And low-resolution puncturing rate May be converted into coefficients of a type that can be input to the WRF model by the
또한, 저해상도 태양에너지 산출장치(300)는, 수평면에서의 직달 태양에너지 와 저해상도의 천공 비율의 곱으로 저해상도의 직달 태양에너지 를 도출할 수 있고, 수평면에서의 산란 태양에너지와 저해상도의 천공률의 곱으로 산란 태양에너지 를 도출할 수 있으며, 이러한 저해상도 직달 태양에너지 및 저해상도 산란 태양에너지 및 천공각 q 으로부터 저해상도의 총 태양에너지 를 도출할 수 있다.Further, the low-resolution solar
여기서, 직달 태양에너지 , 산란 태양에너지 , 저해상도의 총 태양에너지 는 다음 식 10, 11, 및 12로 나타낼 수 있다.Here, direct solar energy , Scattered solar energy , Low-resolution total solar energy Can be expressed by the following equations (10), (11), and (12).
.. 식 10 .. Equation 10
.. 식 11 .. Equation 11
.. 식 12 .. Equation 12
이에 본 발명의 실시 예의 총 태양 에너지 를 WRF 모델에 적용함에 따라 도시지역 및 복잡한 지형에 따라 지표면에 도달하는 태양 에너지의 변동을 반영하여 보다 정확한 기상 예측이 가능하다.Accordingly, the total solar energy of the embodiment of the present invention Is applied to the WRF model, it is possible to predict the weather more precisely by reflecting the variation of the solar energy reaching the surface depending on the urban area and the complicated terrain.
본 발명의 실시 예에서, 태양에너지를 지형 효과가 반영된 태양에너지를 기반으로 기상 예측을 수행함에 있어 저해상도 차폐 비율, 저해상도 천공률 를 추가하고 있으며, 직달, 산란 및 전천 태양복사와 적외복사를 계산하기 위하여 많은 상태의 변수들과 기존의 복사를 계산하는 변수들을 추가 및 수정할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in performing weather prediction based on solar energy with the terrain effect reflected solar energy, a low resolution shielding ratio , Low resolution perforation rate And can add and modify many state variables and variables to compute existing radiation to calculate direct sun, scatter and all-sky solar radiation and infrared radiation.
<실시예><Examples>
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복사 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템의 서울 및 주변 지역의 DEM 자료를 보인 예시도로서, 도 4를 참조하면, 사례는 2015년 7월 22일부터 7월 24일의 사례이며 2015년 7월 22일 대체로 맑았으나 7월 23일 남동풍에 의한 습윤한 공기의 계속적인 유입하여 강수대가 서해부터 북동진하여 경기 및 강원 북부지역에 많은 강수를 국지적으로 내렸다. FIG. 4 is a diagram illustrating DEM data of Seoul and surrounding areas of a weather prediction system reflecting radiant solar energy according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a case will be described from July 22, 2015 to July 24, It was clear on July 22, 2015, but on July 23, due to the continuous influx of humid air from the south-east wind, the precipitation basin was dyed north from the west sea and brought many rainfall locally to the north of Gyeonggi and Gyeonggi.
2015년 22일 00UTC와 2015년 7월 23일 00UTC의 위성영상을 보면 22일 약한 하층운이 있었으나 맑았고 23일은 수도권 전체적으로 높은 구름이 위치하여 흐렸고 곳에 따라 강수가 있을 것으로 분석된다. At 00 UTC on July 22, 2015 and 00 UTC on July 23, 2015, it was clear that there was a weak underwinter on the 22nd, but it was cloudy on the 23rd.
기상청 AWS의 일누적 강수량을 보았을 때 22일은 강수가 없었으나 23일은 15mm 이상의 강수가 수도권 전체적으로 나타났고 북부지방에서는 최대 163 mm의 강수가 기록되었다. 사례에 대한 수치모의는 지형효과를 고려한 경우와 지형효과를 고려하지 않은 규준실험을 수행하였다. The daily cumulative precipitation of the AWS of the Korea Meteorological Administration shows no precipitation on the 22nd day, but on the 23rd, precipitation over 15mm was observed throughout the Seoul metropolitan area and precipitation was recorded up to 163mm in the northern part. Numerical simulations of the case were carried out in the case of considering the topographical effect and the normative experiment not considering the topographic effect.
도 5는 도 4의 사례인 2015년 7월 23일과 24일의 누적강수량을 WRF 모델을 이용하여 예측된 강수량의 분포를 보인 예시도들로서, 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 2015년 7월 23일과 24일의 일 누적 강수량을 보인 예시도로서, 기상청 AWS의 강수량 관측과 WRF 모델의 예측결과이다. 수도권지역에 7월 23일에 1mm/day 이하의 강수량이 기록되었으나 모델예측에서는 2~3mm/day의 강수량이 예측되었다. 7월 24일에 20mm/day 이상의 강수량이 관측되었고 모델에서는 일부 지역에서 100mm/day이상의 강수가 예측되었으나 서울은 유사한 강수량이 예측되었다. 강수량은 정확하지 않으나 7월 23일과 7월 24일의 강수량 분포는 유사하게 모의되었음을 알 수 있다.5 is a graph showing the distribution of the predicted precipitation amount using the WRF model, which is the cumulative precipitation amount on July 23, 2015 and the 24th, 2015, which is the example of FIG. 4. Referring to FIG. 5, This is an example of cumulative precipitation on the 23rd and 24th of the month, which is the forecasting result of the precipitation and WRF model of the AWS. In the metropolitan area, rainfall of less than 1 mm / day was recorded on July 23, but predicted rainfall of 2-3 mm / day in model predictions. On July 24, more than 20 mm / day of rainfall was observed. In some models, rainfall over 100 mm / day was predicted in some areas, but similar rainfall was predicted in Seoul. Precipitation is not accurate, but the distribution of precipitation on July 23 and July 24 is simulated similarly.
한편, 도 1의 WRF 모델 보정장치(200)에 의거 지형의 경사각과 경사방향 그리고 태양 방위각에 따른 최대 그림자각을 이용하여 저해상도 차폐 비율 k 및 저해상도 천공률 c를 계산하고, 이러한 저해상도 차폐 비율 k 및 저해상도 천공률 c를 토대로 저해상도 태양에너지 산출 장치(300)에 의거 직달 태양에너지, 산란 태양에너지, 및 총 태양에너지가 산출될 수 있다.On the other hand, the low-resolution screening ratio k and the low-resolution puncturing rate c are calculated using the WRF
이때 산란 태양에너지 계산을 위한 c는 단면의 산란 태양에너지의 보정계수 자료로 연산될 수 있다.At this time, c for the scattering solar energy calculation can be calculated as the correction coefficient data of the scattering solar energy of the cross section.
그리고, 직달 태양에너지는 태양의 천공각과 태양의 방위각의 범위를 5°로 분류하여 연산하되, 천공각은 0°~90°에 대하여 5° 간격으로 17개 그리고 태양 방위각은 0°~360° 에 대하여 5° 간격으로 72개의 각에 대하여 연산하여 최종 1296개의 면으로 구성된 격자점에 대해 차폐 비율 k 및 저해상도 천공률 c 연산이 가능하다. 계산된 차폐 비율 k 및 저해상도 천공률 c에 태양의 방위각과 천공각이 정해지면 직달 태양에너지의 보정계수로서 WRF 모델로 변환되고 이러한 WRF 모델을 통해 태양에너지는 도출될 수 있다.Direct solar energy is calculated by dividing the sun's perforation angle and the sun's azimuth angle into 5 °, with perforation angles ranging from 0 ° to 90 ° in 5 ° increments of 17 ° and a solar azimuth in the range of 0 ° to 360 ° The computation of the shielding ratio k and the low-resolution puncturing rate c is possible for the grid points formed by the final 1296 surfaces. Once the azimuth angle and the perforation angle of the sun are determined at the calculated shielding ratio k and the low-resolution perforation rate c, the correction factor of the direct solar energy is converted into the WRF model, and the solar energy can be derived through this WRF model.
도 6은 도 4에 도시된 사례에서 지형효과에 따른 지표면 태양에너지의 분포를 알아보기 위하여 수도권지역의 저해상도 차폐비율 k와 저해상도 천공률 c의 분포를 보인 예시도로서, 도 6을 참조하면, 저해상도 천공률 c는 시간에 따라 일정하며 저해상도 천공비율k은 시간에 따라 태양의 방위각과 천공각이 변화하므로 시간에 따라 변화한다. FIG. 6 is a graph showing the distribution of the low-resolution shielding ratio k and the low-resolution puncturing rate c in the metropolitan area in order to examine the distribution of the surface solar energy according to the topography effect in the case shown in FIG. 4. Referring to FIG. 6, The puncture rate c is constant with time, and the low resolution puncture rate k changes with time because the azimuth and perforation angle of the sun changes with time.
즉, 정오를 기준으로 오전과 오후에 지형에 의한 차폐가 크게 나타난다. 특히, 오전시간에는 남동쪽에 많은 태양에너지가 도달되고 오후시간에는 남서쪽에 많은 태양에너지가 도달되며 오전에는 북서쪽 그리고 오후에는 북동쪽에서 차폐가 발생됨을 확인할 수 있다.In other words, the moon and the afternoon are largely shielded by the terrain based on noon. In particular, it can be seen that in the morning time, a lot of solar energy arrives in the southeast, and in the afternoon a lot of solar energy arrives in the southwest, shielding in the northwest in the morning and northeast in the afternoon.
도 7은 도 4에 도시된 사례에서 연산된 직달 태양에너지 및 산란 태양에너지의 분포를 보인 예시도이고 도 8은 직달 태양에너지 및 산란 태양에너지 주파수 분포를 보인 예시도이며, 도 7 및 도 8에 의거하면, 지표면에 도달하는 맑은 상태의 태양에너지, 기상상태가 고려된 태양에너지, 그에 따른 지표면 온도, 2m 기온, 풍속, PBLH에 대하여 2015년 7월 23일 0800, 1200, 1600LST의 수평분포를 나타내었고 위도 37.7와 경도 126.7에 대하여 지형효과를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우 차이의 단면을 나타내었다.FIG. 7 is a view showing the distribution of direct sun energy and scattered solar energy calculated in the example shown in FIG. 4, FIG. 8 is an example showing direct sun energy and scattered solar energy frequency distribution, and FIGS. 7 and 8 The horizontal distribution of 0800, 1200, and 1600 LST on July 23, 2015 is shown for clear solar energy reaching the surface of the earth, solar energy considering weather conditions, surface temperature, 2 m temperature, wind speed and PBLH And for the latitude of 37.7 and the hardness of 126.7.
오전에는 산악의 남동쪽에서 수평면과 비교하여 태양에너지가 많이 도달하기 때문에 지표면 온도, 기온 등에 영향을 미치는 것을 볼 수 있고 오후에는 남서쪽에 도달하는 태양에너지가 많아져 기온이 비교적 높게 나타날 수 있다.In the morning, since the solar energy reaches a lot in the southeast of the mountain compared with the horizon, it can affect the surface temperature and the temperature. In the afternoon, the solar energy reaching to the southwest can be increased and the temperature can be relatively high.
도 9는 도 4에 도시된 사례별 관측자료와 차이가 큰 상대습도를 제외한 나머지 변수에 대하여 기준이 되는 30s 지형자료를 이용한 예측을 기준으로 편파의 시계열로 도시한 예시도로서, 도 9를 참조하면, 사례 1에서 서울 중심으로 강수가 나타났던 영역(37.3N~37.8N, 126.7E~127.3E)에 대하여 예측값을 평균하여 계산하였다. FIG. 9 is a time series of polarization based on the prediction using the 30s terrain data, which is a reference for the remaining variables except the relative humidity, which is different from the case-by-case observation data shown in FIG. , The predicted values were averaged for the areas (37.3N ~ 37.8N, 126.7E ~ 127.3E) where the precipitation appeared in the center of Seoul in
예를 들어, 강수의 경우 사례 1의 경우 영역에 대하여 2.5mm/hr 이상 나타났고 사례2의 경우 강수량이 적었기 때문에 2mm/hr 가 나타났다. 기온의 경우 대체적으로 고해상도 지형자료를 사용하였을 때 최대 1oC 이상 과대 모의 되는 것을 볼 수 있었고 주간에 그 편차가 컸고 야간에 줄어들었다. 풍속은 사례 1의 경우 과소모의 되었고 사례2는 0을 중심으로 나타났으며 그 편차는 +- 1m/s 이하였다. For example, in case of precipitation,
고해상도 지표특성자료의 사용에 따른 영향은 각각의 변수별로 차이가 뚜렷이 나타났다. 고해상도 지표면의 특성이 사용됨에 따라 1km 지형 및 지표이용도자료에서는 볼 수 없었던 한강이 모델에 표현되었고 이에 따른 지표면에 도달 되는 태양에너지가 변화하였고 방출률의 변화로 지표면 온도가 변화하였다. 특히 고해상도 자료(S03, S01)에서 한강부분에서 현열속, 잠열속의 변화가 뚜렷이 나타나 2 m 기온과 풍속의 변화를 나타내었다. 특히 복잡한 지형과 도시지역이 최신 그리고 현실적이 됨으로 복잡한 특성을 기온과 풍속에 뚜렷이 반영되었다. 기온과 풍속의 변화로 경계층고도의 변화를 보여 강수에 영향을 주었으나 그 영향 정도는 차이가 적은 것으로 보인다.The effect of use of high - resolution landmark data was evident for each variable. As the characteristics of the high resolution surface were used, the Han River which was not seen in the 1km topography and land use data was expressed in the model and the solar energy reaching the surface changed and the surface temperature changed due to the variation of the release rate. Especially, in the high resolution data (S03, S01), the changes in the sensible heat and latent heat in the Han river part were apparent, and the temperature and wind speed of 2m were changed. Especially complex terrain and urban areas are up-to-date and realistic, so complex features are clearly reflected in temperature and wind speed. Changes in the altitude of the boundary layer due to changes in temperature and wind speed influenced precipitation, but the difference in the degree of influence seems to be small.
이에 따라, 지형자료를 이용하여 지형의 경사(slope), 경사방향(aspect), 천공률(sky view factor), 및 태양의 방위각 별로 지형의 최대 그림자각인 차폐각을 고해상도 WRF 모델의 계수로 변환하고, 변환된 고해상도 천공률 및 차폐비율을 저해상도 천공률 및 차폐비율로 보정하여 WRF 모델 형태의 계수로 변환하며, 저해상도 WRF 모델의 천공률 및 차폐비율로 지형에 따른 복사 태양에너지를 도출함에 따라, 지형에 따른 태양 에너지 변동에 따른 기상 예측 오차를 근본적으로 감소하여 기상 예측에 대한 정확성을 향상시킬 수 있고 복사 태양에너지에 대한 연산복잡도를 감소하여 시스템의 부하를 줄일 수 있게 된다.Thus, using the terrain data, we convert the maximum angle shadow angle of the terrain into the coefficients of the high resolution WRF model by the slope, the aspect, the sky view factor, and the azimuth angle of the sun. , Transformed high resolution perforation rate and shielding ratio with low resolution perforation rate and shielding ratio to convert to WRF model form factor and derive radiant solar energy according to terrain with perforation rate and shielding ratio of low resolution WRF model, It is possible to improve the accuracy of the weather prediction and reduce the computational complexity of the photovoltaic energy, thereby reducing the load of the system.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by all changes or modifications derived from the scope of the appended claims and equivalents of the following claims.
지형자료를 이용하여 지형의 경사(slope), 경사방향(aspect), 천공률(sky view factor), 및 태양의 방위각 별로 지형의 최대 그림자각인 차폐각을 고해상도 WRF 모델의 계수로 변환하고, 변환된 고해상도 천공률 및 차폐비율을 저해상도 천공률 및 차폐비율로 보정하여 WRF 모델 형태의 계수로 변환하며, 저해상도 WRF 모델의 천공률 및 차폐비율로 지형에 따른 복사 태양에너지를 도출함에 따라, 지형에 따른 태양 에너지 변동에 따른 기상 예측 오차를 근본적으로 감소하여 기상 예측에 대한 정확성을 향상시킬 수 있고 복사 태양에너지에 대한 연산복잡도를 감소하여 시스템의 부하를 줄일 수 있는 복사 태양에너지가 반영된 기후 예측 시스템에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 기상 예측 시스템의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.Using the topographic data, we convert the maximum angle shadow angle of the terrain into the coefficients of the high resolution WRF model by the slope, the aspect, the sky view factor, and the azimuth angle of the sun, The high resolution perforation rate and the shielding ratio are corrected by the low resolution perforation rate and the shielding ratio into the coefficients of the WRF model type and the radiated solar energy according to the terrain is obtained by the perforation rate and the shielding ratio of the low resolution WRF model, Operation of climate prediction system reflecting radiant solar energy which can reduce accuracy of meteorological prediction by radically reducing meteorological prediction error due to energy fluctuation and reduce computational complexity of radiant solar energy to reduce system load The accuracy and reliability of the weather forecasting system, and furthermore, Since the plate or the degree that there is sufficient likelihood of sales, as well as obviously the invention carried out in reality there is industrial applicability.
Claims (7)
상기 경사각, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각, 천공각, 및 고해상도 천공율을 토대로 저해상도 차폐비율 및 천공율을 도출하고 도출된 저해상도 차폐 비율 및 천공율을 WRF 모델에 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환하는 WRF 모델 보정장치; 및
상기 저해상도 저해상도 차폐 비율 및 천공율을 토대로 저해상도 직달 태양에너지, 산란 태양에너지, 및 총 태양에너지를 도출하는 저해상도 태양에너지 도출장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템.Based on the terrain supplied from the outside, the terrain data is used to calculate the slope, slope, sky view factor, and sun of the terrain elevation data based on DEM (Digital Elevation Model) A WRF model generating device for calculating the maximum shadow angle of the terrain according to the azimuth angle and converting the angle into a coefficient of a form that can be input to the WRF model;
The low-resolution shielding ratio and the puncturing ratio are derived based on the angle of inclination, the sun's perforation angle and the angle formed by the waterline of the slope of the predetermined lattice point, the perforation angle, and the high-resolution perforation ratio, and the derived low- A WRF model correction device that converts the WRF model into a coefficient of a possible form; And
And a low-resolution solar energy derivation device for deriving low-resolution direct solar energy, scattering solar energy, and total solar energy based on the low-resolution low-resolution shielding ratio and the puncture ratio.
상기 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 를 고해상도의 소정 거리 단위로 연산된 각 값에 대한 각각의 평균치로 구비되는 것을 특징으로 하는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템.The apparatus of claim 1, wherein the WRF model correction device
The inclination angle b, the angle formed by the sun's perforation angle and the waterline of the slope of the predetermined lattice point , And a perforated angle And the average value of each of the values calculated by the high-resolution unit of the predetermined distance.
WRF 모델의 방위각 과 천공각 에 대한 저해상도 차폐비율 을 도출하는 차폐 비율 연산부;
소정 격자점의 저해상도 천공률(c)를 태양의 방위각 및 천공각 별로 산출하는 천공률 연산부;
도출된 저해상도 차폐비율 및 저해상도 천공률(c)를 WRF 모델에 입력할 수 있는 형태의 계수로 변환하는 전처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템.
The WRF model correcting apparatus according to claim 2,
The azimuthal angle of the WRF model And perforation angle The low-resolution shielding ratio A shielding ratio calculator for deriving a shielding ratio;
A puncture rate computing unit for computing a low-resolution puncturing rate (c) of a predetermined lattice point for each azimuth and perforation angle of the sun;
The resulting low-resolution shielding ratio And a preprocessing unit for converting the low-resolution puncture rate (c) into a coefficient that can be input to the WRF model.
상기 WRF 모델의 경사각 b, 태양의 천공각과 소정 격자점의 경사면의 수선과 이루는 각 , 및 천공각 를 토대로 차폐 비율를 도출하고 다음 식 21를 만족하는 것을 특징으로 하는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템.
.. 식 21
여기서, 고해상도로 계산한 격자점을 의미한다.4. The apparatus according to claim 3, wherein the shielding-
An inclination angle b of the WRF model, an angle formed by the sun's perforation angle and the waterline of the slope of the predetermined lattice point , And a perforated angle The shielding ratio And the following equation (21) is satisfied: < EMI ID = 21.0 >
.. Equation 21
here, Means a grid point calculated with high resolution.
상기 경사각 b과 천공율 을 토대로 저해상도의 천공률 를 도출할 수 있고, 저해상도의 천공률 은 다음 식 22를 만족하는 것을 특징으로 하는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템.
.. 식 22
5. The apparatus of claim 4, wherein the puncture rate computing unit
The inclination angle b and the puncture rate Based on the low-resolution perforation rate And a low-resolution puncturing rate Wherein the solar energy is reflected in consideration of the terrain effect.
.. Equation 22
연산된 저해상도 차폐 비율 및 천공률 c 를 이용하여 저해상도 직달 태양에너지 , 산란 태양에너지 및 총 태양에너지 를 도출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템.
6. The apparatus of claim 5, wherein the low resolution solar energy calculation device
The calculated low-resolution shielding ratio And perforation rate c, , Scattered solar energy And total solar energy Wherein the solar energy is reflected on the basis of the terrain effect.
수평면에서의 직달 태양에너지 와 저해상도의 천공 비율의 곱으로 도출할 수 있고,
산란 태양에너지 는 수평면에서의 산란 태양에너지와 저해상도의 천공률의 곱으로 도출될 수 있으며,
상기 총 태양에너지 는 상기 저해상도 직달 태양에너지 및 저해상도 산란 태양에너지 및 천공각 q 의 곱으로 도출될 수 있으며, 총 태양에너지 는 다음 식 23를 만족하는 것을 특징으로 하는 지형효과를 고려한 태양에너지가 반영된 기상 예측 시스템.
.. 식 237. The method of claim 6, wherein the low resolution direct solar energy The
Direct solar energy in a horizontal plane And low-resolution drilling ratio , ≪ / RTI >
Scattered solar energy The scattered solar energy in the horizontal plane and the low-resolution perforation rate , ≪ / RTI >
The total solar energy The low-resolution direct solar energy And low-resolution scattered solar energy And the perforation angle q, and the total solar energy < RTI ID = 0.0 > Is satisfied by the following equation (23).
.. Equation 23
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020160139449A KR20180045401A (en) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | System for meteorological forcasting reflected solar energy considered topographic effect |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101926544B1 (en) * | 2018-08-27 | 2019-03-07 | (주)지비엠 아이엔씨 | Method, apparatus and computer program for meteorological observation using weather research forecasting model |
KR20210023150A (en) * | 2019-08-22 | 2021-03-04 | 대한민국(기상청 국립기상과학원장) | Method and apparatus for numerical information production of high-resolusion photovoltaic resources concerning detailed topographical effects |
-
2016
- 2016-10-25 KR KR1020160139449A patent/KR20180045401A/en not_active Application Discontinuation
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