KR20230028864A - System and method for predicting medium-range track of tropical cyclone - Google Patents

System and method for predicting medium-range track of tropical cyclone Download PDF

Info

Publication number
KR20230028864A
KR20230028864A KR1020210110678A KR20210110678A KR20230028864A KR 20230028864 A KR20230028864 A KR 20230028864A KR 1020210110678 A KR1020210110678 A KR 1020210110678A KR 20210110678 A KR20210110678 A KR 20210110678A KR 20230028864 A KR20230028864 A KR 20230028864A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
course
typhoon
pattern
typhoons
past
Prior art date
Application number
KR1020210110678A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102626758B1 (en
Inventor
허창회
쳉훙밍
장민희
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020210110678A priority Critical patent/KR102626758B1/en
Publication of KR20230028864A publication Critical patent/KR20230028864A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102626758B1 publication Critical patent/KR102626758B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01WMETEOROLOGY
    • G01W1/00Meteorology
    • G01W1/10Devices for predicting weather conditions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01WMETEOROLOGY
    • G01W1/00Meteorology
    • G01W1/02Instruments for indicating weather conditions by measuring two or more variables, e.g. humidity, pressure, temperature, cloud cover or wind speed
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/90Details of database functions independent of the retrieved data types
    • G06F16/907Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually
    • G06F16/909Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually using geographical or spatial information, e.g. location
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/18Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10Services
    • G06Q50/26Government or public services
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01WMETEOROLOGY
    • G01W2201/00Weather detection, monitoring or forecasting for establishing the amount of global warming
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

A method for mid-term prediction of the track of a typhoon is disclosed. The method comprises the steps of: extracting data of previous typhoons that satisfy preset criteria including initial characteristics of the target typhoon whose tack is to be predicted from among data of previous typhoons that have historically occurred during a predetermined previous period; clustering tracks of previous typhoons into multiple track patterns using a clustering algorithm from among the extracted data of previous typhoons; calculating a daily average-synthesized observed background fields of predetermined predictors associated with each of the track patterns for 6 to 8 days following an analysis time; calculating daily average model background fields of the predictors from one or more dynamic model background fields for the 6 to 8 days in the future; calculating a pattern correlation between the observed background fields and the model background fields of the predictors to generate weight factors for each of the track patterns; and generating a relative frequency map using the tracks of previous typhoons and the weight factors for each of the track patterns and obtaining a final predicted track based on the relative frequency map.

Description

태풍 진로를 중기 예측하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PREDICTING MEDIUM-RANGE TRACK OF TROPICAL CYCLONE}System and method for mid-term prediction of typhoon course {SYSTEM AND METHOD FOR PREDICTING MEDIUM-RANGE TRACK OF TROPICAL CYCLONE}

본 개시는 태풍의 진로 예측 기술에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는 태풍의 진로를 중기(6일 후 내지 8일 후) 예측하기 위한 기술에 관한 것이다.The present disclosure relates to a technique for predicting a path of a typhoon, and more specifically, to a technique for predicting a path of a typhoon in the mid-term (after 6 days to 8 days).

태풍의 다양한 특징 중에서, 진로 예측은 매우 중요하다. 미래 태풍 위치에 대한 정확한 정보가 없이는 대비 및 완화 조치가 비효율적일 수 있다. 대한민국의 태풍에 대한 위험 분석은 태풍으로 인한 피해가 태풍의 강도 및/또는 크기보다는 태풍의 진로에 더 민감하다는 것을 보여주고 있다. 최근 들어, 태풍으로 인한 피해가 감소해온 것은 진로 예측이 실질적으로 개선됨에 따른 결과일 수 있다. 태풍은 강한 비, 강한 바람, 폭풍, 그리고 홍수로 인해 해안, 연안 지역을 심각하게 위협하기 때문에, 태풍의 진로 예측은 긴 해안선을 따라 많은 인구가 분포된 북서태평양 지역에서 특히 중요하다.Among the various characteristics of typhoons, course prediction is very important. Without accurate information about future storm locations, preparedness and mitigation measures can be ineffective. Risk analysis of typhoons in Korea shows that damage caused by typhoons is more sensitive to the course of the typhoon than to the intensity and/or size of the typhoon. In recent years, the decrease in damage caused by typhoons may be the result of substantial improvement in course prediction. Because typhoons seriously threaten coastal and coastal areas with strong rains, strong winds, storms, and floods, predicting the course of typhoons is particularly important in the Northwest Pacific region, where large populations are distributed along long coastlines.

북서태평양 지역에는 연평균 약 30여 개의 태풍이 발생한다. 도 1은 북서태평양 지역에서 1979년부터 2019년까지의 기간 동안 발생한 태풍의 수명을 나타낸 분포도이다. 도 1을 참조하면, 북서태평양 태풍의 약 37%가 6일 이상 지속되었다. 이들 지속되는 태풍의 60%는 북위 30도에 도달했고, 20%는 남중국해(북위 25도의 남쪽, 동경 120도의 서쪽)를 향해 진행되었다. 이러한 장기간 지속되는 태풍의 대부분은 결국 많은 인구에 영향을 미치며, 따라서 더 긴 선행 예측 기간에 대한 태풍 진로의 정확한 예측은 특히 동아시아 지역에 매우 도움이 된다.An average of about 30 typhoons occur annually in the Northwest Pacific region. Figure 1 is a distribution chart showing the lifespan of typhoons that occurred during the period from 1979 to 2019 in the Northwest Pacific region. Referring to Figure 1, about 37% of typhoons in the western North Pacific lasted more than 6 days. 60% of these sustained typhoons reached 30 degrees north latitude, and 20% headed for the South China Sea (south of 25 degrees north latitude, west of 120 degrees east longitude). Most of these long-lasting TCs eventually affect large populations, so accurate predictions of TC tracks over longer forecast periods are very helpful, especially in East Asia.

현재, 모든 선행 기간에 대한 태풍 진로의 예측은 역학 모델에 크게 의존한다. 과거에는 역학 모델 예측이 태풍 진로의 큰 오차로 이어질 수 있는 체계적 오류를 포함하고 있어서, 추가적인 통계적 조정 기법이나 체계적 접근이 필요하다고 알려져 있었다. 그러나, 컴퓨팅 기술의 발전 및 진로 예측의 실질적인 개선(또는 오차의 감소)으로 인해, 역학 모델의 결과가 개선되어 왔고, 그에 따라 통계 모델의 활용은 감소해왔다.Currently, predictions of hurricane tracks for all preceding periods are highly dependent on epidemiological models. In the past, it was known that dynamic model predictions contained systematic errors that could lead to large errors in typhoon tracks, requiring additional statistical adjustment techniques or systematic approaches. However, due to advances in computing technology and substantial improvements (or reductions in error) in career prediction, the results of epidemiological models have improved, and the utilization of statistical models has decreased accordingly.

또한, 태풍의 진로 예측을 위한 통계적 모델을 개발하고자 하는 여러 선행 연구들이 있지만, 이러한 연구들은 6일 후 내지 8일 후의 선행 기간에 대한 진로 예측에는 초점을 맞추고 있지 않다.In addition, there are several previous studies to develop statistical models for predicting the course of typhoons, but these studies do not focus on predicting the course of the preceding period from 6 days to 8 days.

본 개시의 일 목적은 미리 결정된 과거 기간 동안 역사적으로 발생되었던 과거 태풍들의 데이터 중에서, 진로를 예측하려고 하는 타겟 태풍의 초기의 특징이 포함된 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들의 데이터를 추출하고, 추출된 과거 태풍들의 진로들을 다수의 진로패턴들로 군집화하며, 진로패턴에 연관된 일일 관측 배경장들 및 역학 모델의 배경장들의 패턴 상관관계를 계산하여, 진로패턴마다의 가중 인자를 생성하고, 이를 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하며, 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득함으로써, 태풍의 6일 후 내지 8일 후의 선행 기간에 대한 진로 예측을 가능하게 하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.One object of the present disclosure is to extract and extract data of past typhoons that satisfy preset criteria including the initial characteristics of a target typhoon whose course is to be predicted from among data of past typhoons that have historically occurred during a predetermined past period. The paths of past typhoons that have been detected are clustered into a plurality of path patterns, and the pattern correlation between the daily observation background fields related to the path patterns and the background fields of the dynamics model is calculated, and a weighting factor for each path pattern is generated and used. A system for mid-term prediction of a typhoon course, which generates a relative frequency map and obtains a final predicted course based on the relative frequency map, thereby enabling course prediction for a preceding period 6 days to 8 days after the typhoon, and is to provide a way

본 개시의 일 실시예는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법으로서, (1) 미리 결정된 과거 기간 동안 역사적으로 발생되었던 과거 태풍들의 데이터 중에서, 진로를 예측하려고 하는 타겟 태풍의 초기의 특징이 포함된 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들의 데이터를 추출하는 단계, (2) 군집화 알고리즘을 이용하여, 추출된 과거 태풍들의 데이터로부터 과거 태풍들의 진로들을 다수의 진로패턴들로 군집화하는 단계, (3) 분석 시각으로부터 6일 후 내지 8일 후의 날에 대해 각각의 진로패턴에 연관된 미리 결정된 예측인자들의 일평균 합성된 관측 배경장들을 산출하는 단계, (4) 6일 후 내지 8일 후의 날에 대해 하나 이상의 역학 모델들로부터 예측인자들의 일평균 모델 배경장들을 산출하는 단계, (5) 예측인자들의, 관측 배경장들 및 모델 배경장들 사이의 패턴 상관관계를 계산하여, 진로패턴마다의 가중 인자를 생성하는 단계, 및 (6) 과거 태풍들의 진로들 및 진로패턴마다의 가중 인자를 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하고, 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득하는 단계를 포함한다.An embodiment of the present disclosure is a method for predicting the course of a typhoon in the mid-term, which includes (1) among data of past typhoons that have historically occurred during a predetermined past period, the initial characteristics of a target typhoon whose course is to be predicted are included. Extracting data of past typhoons that satisfy preset criteria; (2) Clustering tracks of past typhoons into a plurality of course patterns from the extracted data of past typhoons using a clustering algorithm; (3) Analysis Calculating daily average synthesized observation background fields of predetermined predictors associated with each course pattern on the day 6 to 8 days after the time, (4) one or more days on the day 6 to 8 days after the time Calculating daily average model backgrounds of predictors from epidemiological models, (5) Calculating pattern correlation between predictors, observed backgrounds and model backgrounds to generate a weighting factor for each course pattern and (6) generating a relative frequency map using the paths of past typhoons and weighting factors for each path pattern, and obtaining a final predicted path based on the relative frequency map.

일 실시예에서, 단계 (1)에서, 미리 결정된 과거 기간은 1979년부터 2019년까지의 기간을 포함하고, 과거 태풍들의 데이터는 지역전문기상센터(RSMC) 도쿄 태풍센터로부터 제공되는 최고 진로 데이터 중 6시간 간격의 태풍 중심 위치 데이터 및 중심 기압 데이터를 포함하며, 타겟 태풍의 초기의 특징은 대한민국 기상청으로부터 제공되는 타겟 태풍의 발생일로부터 후속하는 5일까지의 예측된 위치를 포함할 수 있다.In one embodiment, in step (1), the predetermined past period includes the period from 1979 to 2019, and the data of past typhoons is among the best course data provided by the Regional Specialized Meteorological Center (RSMC) Tokyo Typhoon Center. It includes typhoon central location data and central air pressure data at 6-hour intervals, and the initial characteristics of the target typhoon may include the predicted location from the date of occurrence of the target typhoon provided by the Korea Meteorological Administration to the following 5 days.

일 실시예에서, 단계 (1)에서 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들은, (i) 분석 시각에서의 타겟 태풍의 위치 및 후속하는 5일 동안의 각 예측일에서의 타겟 태풍의 위치들을 중심으로 하는 6개의 추출 원들의 순차적인 어레이 중, 최초 추출 원에 진입하고 최종 추출 원으로부터 이탈되는 동안 6개의 추출 원 각각을 통과하고, (ii) 수명이 6일 이상이며, (iii) 타겟 태풍의 발생일을 중심으로 하여 전후로 총 3개월의 기간 내에 발생된 과거 태풍들일 수 있다.In one embodiment, past typhoons satisfying the criteria set in advance in step (1) are centered on (i) the position of the target typhoon at the analysis time and the positions of the target typhoon on each forecast day for the following 5 days of the sequential array of six extraction sources that pass through each of the six extraction sources while entering the first extraction source and exiting the final extraction source, (ii) have a lifespan of 6 days or more, and (iii) generate a target typhoon It may be past typhoons that occurred within a total period of 3 months before and after, centering on work.

일 실시예에서, 단계 (2)에서, 군집화 알고리즘은 퍼지 c-평균 군집화 알고리즘이고, 추출된 과거 태풍들의 데이터는 최종 추출 원 내에 나타난 시점 이후의 과거 태풍들의 데이터만을 포함할 수 있다.In one embodiment, in step (2), the clustering algorithm is a fuzzy c-means clustering algorithm, and the extracted data of past typhoons may include only data of past typhoons after the time of appearance in the final extraction source.

일 실시예에서, 단계 (3)에서, 미리 결정된 예측인자들은 500 hPa 지위고도, 지향류 동서풍 성분, 및 지향류 남북풍 성분이고, 일평균 합성된 관측 배경장들은 ECMWF의 ERA-Interim으로부터 제공되는 6시간 간격의 0.75°Х0.75° 수평 해상도의 데이터로부터 산출될 수 있다.In one embodiment, in step (3), the predetermined predictors are a 500 hPa station altitude, a directing east-west wind component, and a directing north-south wind component, and the daily average synthesized observation background fields are provided by ECMWF's ERA-Interim. It can be calculated from data with horizontal resolution of 0.75°Х0.75° at 6-hour intervals.

일 실시예에서, 지향류 동서풍 성분 및 지향류 남북풍 성분은 과거 태풍들의 데이터 중 중심 기압에 따라 서로 다른 지향 층 깊이를 갖는 순압성 고도들 상에서 일평균 합성될 수 있다.In one embodiment, the directing east-west wind component and the direct-flow north-south wind component may be synthesized as daily averages on barometric altitudes having different directing layer depths according to the central air pressure among data of past typhoons.

일 실시예에서, 단계 (4)에서, 하나 이상의 역학 모델들은 NCEP으로부터 제공되는 CFSv2, GEFS 및 GFS 역학 모델들을 포함하고, 모델 배경장들은 관측 배경장들과 동일한 수평 격자망을 갖도록 격자 조정될 수 있다.In one embodiment, in step (4), the one or more dynamics models include CFSv2, GEFS and GFS dynamics models provided by NCEP, and the model background fields may be gridded to have the same horizontal grid as the observation backgrounds. .

일 실시예에서, 단계 (5)에서, 패턴 상관관계는, 관측 배경장들 및 배경장들에서 진로패턴들 사이에 유의한 차이들이 존재하는 영역 내의 예측인자들의 값들만을 이용하여 계산되고, 유의한 차이들은 일원배치 분산분석을 통해 식별되는 95% 신뢰도 수준에서 통계적으로 유의한 영역일 수 있다.In one embodiment, in step (5), the pattern correlation is calculated using only the values of the predictors in the region where there are significant differences between the observational backgrounds and the course patterns in the backgrounds, and One difference may be a statistically significant region at the 95% confidence level identified by one-way analysis of variance.

일 실시예에서, 단계 (5)는, (5-1) 각각의 과거 태풍들의 사례에 대해, 6일 후 내지 8일 후의 각각의 날에서의 관측 배경장들 및 모델 배경장들의 예측인자들을 정규화하는 단계, (5-2) 정규화된 관측 배경장들 및 모델 배경장들 간의 패턴 상관계수를 산출하는 단계, (5-3) 각각의 과거 태풍들의 멤버십 계수를 가중치로 사용하여 6일 후 내지 8일 후의 각각의 날에서의 진로패턴별 멤버평균 상관계수를 산출하는 단계, 및 (5-4) 6일 후 내지 8일 후의 각각의 날에서의 진로패턴별 멤버평균 상관계수를 3일평균하여 진로패턴마다의 가중 인자를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, step (5) normalizes the predictors of the observed background fields and the model background fields at each day from 6 days to 8 days later (5-1) for each case of past typhoons. (5-2) Calculating a pattern correlation coefficient between normalized observation background fields and model background fields, (5-3) Using the membership coefficient of each past typhoon as a weight, 6 days to 8 days later Calculating the member average correlation coefficient for each career pattern on each day after work, and (5-4) 3-day average of the average member correlation coefficient for each career pattern on each day from 6 to 8 days later Calculating a weighting factor for each pattern may be included.

일 실시예에서, 단계 (6)은, (6-1) 각각의 진로패턴에 속한 과거 태풍들의 진로들을 격자화하여 진로 빈도들을 산출하는 단계, (6-2) 각각의 격자에 대해 산출된 진로 빈도들을 진로패턴마다의 가중 인자와 곱하여, 특정 상대 빈도 지도 및 총 상대 빈도 지도를 산출하는 단계, (6-3) 특정 상대 빈도 지도에 기초하여 진로패턴마다의 대표 곡선을 결정하는 단계, 및 (6-4) 진로패턴마다의 대표 곡선 및 총 상대 빈도 지도에 기초하여, 최종 예측 진로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, step (6) includes: (6-1) calculating the course frequencies by gridating the tracks of past typhoons belonging to each course pattern; (6-2) the calculated course for each grid Multiplying the frequencies by the weighting factor for each career pattern to calculate a specific relative frequency map and a total relative frequency map, (6-3) determining a representative curve for each career pattern based on the specific relative frequency map, and ( 6-4) determining a final predicted pathway based on the representative curve for each pathway pattern and the total relative frequency map.

일 실시예에서, 단계 (6-3)에서는, 진로패턴마다의 특정 상대 빈도 지도 상에서 분석 시각에서의 과거 태풍들 각각의 위치로부터 시작하여, 각각의 위도 격자상자 안에서 최대값이 있는 격자의 경도와, 각각의 경도 격자상자 안에서 최대값이 있는 격자의 위도에 해당하는 지점들을, 위도 격자상자 또는 경도 격자상자 안의 최대값이 0.5 미만이 될 때까지 순차적으로 검출한 다음, 진로패턴마다의 특정 상대 빈도 지도 상에서 순차적으로 검출된 지점들의 5개에 대한 이동평균된 점들을 연결함으로써, 진로패턴마다의 대표 곡선을 결정할 수 있다.In one embodiment, in step (6-3), starting from the location of each of the past typhoons at the time of analysis on the specific relative frequency map for each course pattern, the longitude and longitude of the grid with the maximum value in each latitude grid box , Points corresponding to the latitude of the grid with the maximum value in each longitude grid box are sequentially detected until the maximum value in the latitude grid box or longitude grid box is less than 0.5, and then a specific relative frequency for each course pattern A representative curve for each course pattern can be determined by connecting the moving averaged points of five sequentially detected points on the map.

일 실시예에서, 단계 (6-4)에서는, 진로패턴마다의 대표 곡선 상의 격자점 인덱스(i)에 대하여, m은 사용되는 역학 모델을 나타내고, c는 진로패턴을 나타내며, L(m, c)는 역학 모델 m 및 진로패턴 c에 연관되는 대표 곡선의 길이를 나타내고, f[m, x(i), y(i)]는 역학 모델 m에 연관되는, 진로패턴 c의 대표 곡선에 의해 통과되는, 격자점 [x(i), y(i)]에서의 총 상대 빈도 지도에서의 값을 나타내며, s(m,c)는 역학 모델 m 및 진로패턴 c에 연관되는 대표 곡선의 점수를 나타내는 경우,

Figure pat00001
로 정의되는 대표 곡선의 점수(s(m,c))가 가장 높은 대표 곡선을 최종 예측 진로로 결정할 수 있다.In one embodiment, in step 6-4, for the grid point index (i) on the representative curve for each course pattern, m represents the dynamic model used, c represents the course pattern, and L(m, c ) represents the length of the representative curve associated with the epidemiological model m and the career pattern c, and f[m, x(i), y(i)] is passed by the representative curve of the career pattern c associated with the dynamic model m , where s(m,c) represents the score of the representative curve associated with dynamic model m and path pattern c, case,
Figure pat00001
The representative curve with the highest score (s(m,c)) of the representative curve defined as can be determined as the final predicted course.

본 개시의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템은, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법을 구현하도록 구성된다.A computing system according to an embodiment of the present disclosure is configured to implement a method for predicting a typhoon course in the mid-term.

본 개시에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 시스템 및 방법에 따르면, 역학 모델에 비해 감소된 컴퓨팅 자원을 이용하여 짧은 계산 시간 내에, 북서태평양 지역에서 발생한 태풍의 6일 후 내지 8일 후의 진로를 향상된 정확도로 예측할 수 있다.According to the system and method for predicting the course of a typhoon in the mid-term in the western North Pacific region according to the present disclosure, within a short calculation time using reduced computing resources compared to a dynamic model, 6 to 8 days after a typhoon occurred in the Northwest Pacific region Future course can be predicted with improved accuracy.

도 1은 북서태평양 지역에서 1979년부터 2019년까지의 기간 동안 발생한 태풍의 수명을 나타낸 분포도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법의 흐름을 개념적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 대한민국 기상청으로부터 제공되는 태풍 콩레이의 발생일로부터 5일까지의 예측 진로, 및 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 사용된 과거 태풍들 중 일부를 추출하기 위한 추출 원들을 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 추출된 과거 진로들이 군집화될 수 있는 2개의 진로패턴들을 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 사용될 수 있는 관측 배경장들 및 모델 배경장들을 예시적으로 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 관측 배경장과 모델 배경장 사이의 패턴 상관관계를 계산하고 그에 기초하여 진로패턴별 가중 인자를 산출하는 단계의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 관측 배경장과 모델 배경장 사이의 패턴 상관관계를 계산하고 그에 기초하여 진로패턴별 가중 인자를 산출하는 단계의 흐름을 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서, 과거 진로들 및 패턴 상관계수들을 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하고, 생성된 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득하는 단계의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서, 특정 상대 빈도 지도 및 총 상대 빈도 지도를 산출하는 단계의 흐름을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 제1 진로패턴(C1) 및 제2 진로패턴(C2)에 대한 특정 상대 빈도 지도 상에 도시된 최대값 지점들 및 대표 곡선을 도시한다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법을 적용한 경우(TP-GFS), CFSv2 역학 모델의 와류 검출 알고리즘을 이용한 경우(VT-CFSv2), GEFS 역학 모델의 와류 검출 알고리즘을 이용한 경우(VT-GEFS), GFS 역학 모델의 와류 검출 알고리즘을 이용한 경우(VT-GFS)의 6일 후 내지 8일 후 기간에 대한 예측 진로의 오차를 나타낸다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서, 사용되는 예측인자들을 다르게 구성한, 6일 후 내지 8일 후 기간에 대한 예측 진로의 오차를 나타낸다.
도 14는 2012년 발생한 태풍 볼라벤의 실제 진로, 본 개시의 일 실시예에 따라 예측된 태풍 볼라벤의 진로, 및 역학 모델의 와류 추적 알고리즘을 이용하여 산출된 태풍 볼라벤의 예측된 진로를 도시한다.
Figure 1 is a distribution chart showing the lifespan of typhoons that occurred during the period from 1979 to 2019 in the Northwest Pacific region.
2 is a flowchart of a method for predicting a mid-term typhoon path in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure.
3 is a block diagram conceptually illustrating the flow of a method for predicting a mid-term typhoon path in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 4 is a predicted course from the date of occurrence of Typhoon Kongrei provided by the Korea Meteorological Administration to 5 days and past typhoons used in the method for mid-term prediction of the typhoon course in the Northwest Pacific region according to an embodiment of the present disclosure. It shows extraction circles for extracting a part.
5 shows two path patterns in which the extracted past paths can be clustered in the case of mid-term prediction of the path of Typhoon Kongrei in the method for mid-term predicting the path of a typhoon in the Northwest Pacific region according to an embodiment of the present disclosure. show
6 is an example of observation background fields and model background fields that can be used in the case of mid-term prediction of the typhoon course in the method for mid-term prediction of the typhoon course in the Northwest Pacific region according to an embodiment of the present disclosure. shown as
7 is a method for predicting the course of a typhoon in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure, calculating a pattern correlation between an observed background field and a model background field, and calculating a weighting factor for each course pattern based on the pattern correlation It is a flow chart showing the flow of steps.
8 is a method for predicting the course of a typhoon in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure, calculating a pattern correlation between an observed background field and a model background field, and calculating a weighting factor for each course pattern based on the pattern correlation It is a block diagram conceptually showing the flow of steps.
9 is a method for predicting a typhoon path in the mid-term in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure, a relative frequency map is generated using past paths and pattern correlation coefficients, and based on the generated relative frequency map It is a flowchart showing the flow of the step of obtaining the final predicted course.
10 is a diagram conceptually illustrating the flow of calculating a specific relative frequency map and a total relative frequency map in a method for predicting a typhoon path in the mid-term in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure.
11 is a maximum value shown on a specific relative frequency map for a first course pattern (C1) and a second course pattern (C2) when predicting the course of Typhoon Kongrei in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure. Points and representative curves are shown.
12 shows GEFS dynamics when the method for predicting the typhoon path in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure is applied (TP-GFS) and when the vortex detection algorithm of the CFSv2 dynamics model is used (VT-CFSv2) In the case of using the vortex detection algorithm of the model (VT-GEFS) and the case of using the eddy detection algorithm of the GFS dynamics model (VT-GFS), the error of the predicted course for the period after 6 days to 8 days is shown.
13 is a method for predicting a typhoon course in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure, in which the predictors used are configured differently, and the error of the predicted course for the period after 6 to 8 days is shown.
14 shows the actual course of Typhoon Bolaven that occurred in 2012, the course of Typhoon Bolaven predicted according to an embodiment of the present disclosure, and the predicted course of Typhoon Bolaven calculated using the vortex tracking algorithm of the dynamics model do.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 개시 전체에서 사용되는 용어들은 명시적으로 언급된 의미를 넘어서 맥락상 제안되거나 암시된 뉘앙스의 의미를 가질 수 있다.Terms used throughout this disclosure may have nuanced meanings suggested or implied in context beyond those explicitly stated.

본 개시에서 사용되는 "일 실시예에서" 또는 "예시적인 실시예에서" 등과 같은 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하지는 않으며, "다른 실시예에서" 또는 "다른 예시적인 실시예에서" 등과 같은 문구는 반드시 다른 실시예를 지칭할 수도 있고 지칭하지 않을 수도 있다.As used in this disclosure, phrases such as “in one embodiment” or “in an exemplary embodiment” do not necessarily refer to the same embodiment, and phrases such as “in another embodiment” or “in another exemplary embodiment” may or may not necessarily refer to another embodiment.

본 개시에서 사용되는 "및", "또는"이나 "및/또는"과 같은 용어는 그러한 용어가 사용되는 맥락에 적어도 부분적으로 의존할 수 있는 다양한 의미를 포함할 수 있다.As used in this disclosure, terms such as “and”, “or” or “and/or” may include a variety of meanings that may depend at least in part on the context in which such terms are used.

본 개시에서 사용되는 "하나 이상의"라는 용어는 적어도 부분적으로 문맥에 따라, 임의의 특징, 구조 또는 특성을 단수의 의미로 기술하기 위해 사용될 수 있거나, 또는 특징, 구조 또는 이들의 조합을 복수의 의미로 기술하는 데 사용될 수 있다.As used in this disclosure, the term "one or more" may be used to describe any feature, structure, or characteristic in a singular sense, or a feature, structure, or combination thereof in a plural sense, depending at least in part on the context. can be used to describe

또한, "~에 기초하여", "~에 반응하여", "~에 응답하여"라는 용어는 배타적인 요인의 집합을 전달할 의도가 아니라, 적어도 부분적으로 문맥에 따라 반드시 명시적으로 기술되지 않은 추가 요인의 존재를 허용할 수도 있다.Further, the terms "based on," "in response to," and "in response to" are not intended to convey an exclusive set of factors, but, at least in part, depending on the context, additional additions not necessarily explicitly delineated. It is also possible to allow for the presence of factors.

또한, 본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현은 다양한 구성요소들을 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.In addition, expressions such as "first" and "second" used in the present disclosure may modify various elements regardless of order and/or importance, and are only used to distinguish one element from another. The components are not limited.

본 개시에서 "태풍의 위치"라는 용어는, 태풍의 중심 위치를 지칭한다. 이는 대개, 지역적으로 평균해면기압(mean sea level pressure, MSLP)이 가장 낮으면서, 특정 지위고도 또는 지면/해면에서 닫힌 등압선들에 의해 둘러싸인 위치를 지칭한다. 태풍의 위치 데이터는 본 기술분야에서 일반적으로 지칭되는 바와 같이, 태풍의 중심이 위치하는 위도 및 경도를 의미한다.In the present disclosure, the term "position of a typhoon" refers to the center position of a typhoon. It usually refers to a location that has the lowest regional mean sea level pressure (MSLP) and is surrounded by closed isobars at a particular geographic elevation or land/sea level. As generally referred to in the art, the location data of the typhoon refers to the latitude and longitude at which the center of the typhoon is located.

본 개시에서 "중기 예측"이라는 용어는, 분석 시각(t일)으로부터 6일째 날(t+6일) 내지 8일째 날(t+8일)의 기간에 대한 예측을 지칭한다. 즉, 특정한 분석 시각(t일)에 대한 중기 예측은 t+6일, t+7일, 및 t+8일에 대한 예측을 지칭한다.In this disclosure, the term "intermediate-term forecast" refers to a forecast for a period from the time of analysis (day t) to day 6 (day t+6) to day 8 (day t+8). That is, the mid-term prediction for a specific analysis time (day t) refers to predictions for days t+6, t+7, and t+8.

본 개시에서 "초기"라는 용어는, 분석 시각(t일)으로부터 5일째 날(t+5일)까지의 기간을 지칭한다. 즉, 특정한 분석 시각(t일)으로부터 초기의 기간은 t+1일, t+2일, t+3일, t+4일, 및 t+5일을 지칭하며, 이때 해당 분석 시각(t일)이 함께 포함되거나 또는 포함되지 않을 수 있다.The term “initial” in this disclosure refers to the period from the time of analysis (day t) to the fifth day (t+5 days). That is, the initial period from the specific analysis time (t day) refers to t + 1 day, t + 2 day, t + 3 day, t + 4 day, and t + 5 day, wherein the analysis time (t day ) may or may not be included together.

본 개시에서 "예측인자"라는 용어는, 다양한 기상변수들 중 임의의 것을 지칭한다. 예를 들어, 예측인자들은 500 hPa 지위고도, 지향류(동서풍 및 남북풍 성분을 포함) 등을 포함하지만, 그에 제한되지 않는다.The term "predictor" in this disclosure refers to any of a variety of meteorological variables. For example, predictors include, but are not limited to, 500 hPa station elevation, direct current (including east-west and north-south wind components), and the like.

다르게 정의되지 않는 한, 본 개시에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used in this disclosure have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.

이하, 본 개시의 실시예들에 따른 설명에서, 본 발명자들은 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 일 예로서 2018년에 발생한 태풍 콩레이의 사례를 적용하였다. 또한, 태풍 콩레이의 발생시각(t일)에 맞추어 중기 예측이 수행되는 것으로 가정하였다. 다만, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 동일한 기술이 북서태평양에서 발생하는 임의의 태풍에 대해서도 얼마든지 적용될 수 있음을 이해할 것이다.Hereinafter, in the description according to the embodiments of the present disclosure, the present inventors applied the case of Typhoon Kongrei, which occurred in 2018, as an example for predicting the course of a typhoon in the mid-term. In addition, it is assumed that mid-term prediction is performed according to the occurrence time (day t) of Typhoon Kongrei. However, those skilled in the art will understand that the same technique can be applied to any typhoon occurring in the Northwest Pacific.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법의 흐름을 개념적으로 도시하는 블록도이다.2 is a flowchart of a method for predicting a mid-term typhoon path in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure. 3 is a block diagram conceptually illustrating the flow of a method for predicting a mid-term typhoon path in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법은, 미리 결정된 과거 기간 동안 역사적으로 발생되었던 태풍들(이하, '과거 태풍들'이라 지칭함)의 데이터 중에서, 중기 진로를 예측하려고 하는 태풍(이하, '타겟 태풍'이라 지칭함)의 초기의 특징이 포함된 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들의 데이터를 추출하는 단계(S10), 군집화 알고리즘을 이용하여, 단계 S10에서 추출된 과거 태풍들의 데이터로부터 과거 태풍들의 진로들을 다수의 진로패턴들로 군집화하는 단계(S20), 분석 시각(t일)으로부터 6일 후(t+6일) 내지 8일 후(t+8일)의 날에 대해 각각의 진로패턴에 연관된 미리 결정된 예측인자들의 일평균 합성된 관측 배경장들을 산출하는 단계(S30), 분석 시각(t일)으로부터 6일 후(t+6일) 내지 8일 후(t+8일)의 날에 대해 하나 이상의 역학 모델들로부터 상기 예측인자들의 일평균 모델 배경장들을 산출하는 단계(S40), 상기 예측인자들의, 단계 S30에서 산출된 관측 배경장들 및 단계 S40에서 산출된 모델 배경장들 사이의 패턴 상관관계를 계산하여, 진로패턴별 가중 인자를 생성하는 단계(S50), 및 과거 진로들과 진로패턴별 가중 인자를 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하고, 생성된 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득하는 단계(S60)를 포함한다.Referring to FIGS. 2 and 3 , a method for predicting a typhoon path in the western North Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure includes typhoons that have historically occurred during a predetermined past period (hereinafter referred to as 'past typhoons'). Among the data of the typhoon (hereinafter referred to as 'target typhoon'), extracting data of past typhoons satisfying preset criteria including the initial characteristics of the typhoon (hereinafter referred to as 'target typhoon') to predict the mid-term course (S10), clustering Using an algorithm, clustering the paths of past typhoons into a plurality of path patterns from the data of past typhoons extracted in step S10 (S20), 6 days after the analysis time (day t) (day t+6) to Calculating daily average synthesized observation background fields of predetermined predictors associated with each course pattern for the day after 8 days (t+8 days) (S30), 6 days after the analysis time (day t) ( Calculating daily average model background fields of the predictors from one or more epidemiological models for days from t + 6 days) to 8 days later (t + 8 days) (S40), of the predictors, in step S30 Calculating the pattern correlation between the calculated observation background fields and the model background fields calculated in step S40, generating a weighting factor for each career pattern (S50), and using past career paths and weighting factors for each career pattern and generating a relative frequency map, and obtaining a final predicted course based on the generated relative frequency map (S60).

1. 과거 진로들의 추출1. Extraction of Past Careers

도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 단계 S10에서는, 미리 결정된 과거 기간 동안 과거 태풍들의 데이터 중에서, 타겟 태풍의 초기의 특징이 포함된 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들의 데이터가 추출될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , in one embodiment, in step S10, data of past typhoons satisfying preset criteria including initial characteristics of the target typhoon are extracted from data of past typhoons during a predetermined past period. It can be.

미리 결정된 과거 기간 동안의 전체 과거 태풍들의 데이터는 예를 들어, 지역전문기상센터(Regional Specialized Meteorological Center, RSMC) 도쿄 태풍센터로부터 제공되는 1979년부터 2019년까지의 기간 동안의 최고 진로(best track) 데이터 또는 그 일부일 수 있다. 다만, 통상의 기술자는 1979년부터 2019년까지의 과거 기간이 얼마든지 다르게 변경될 수 있음을 이해할 것이다. RSMC 도쿄 태풍센터로부터 제공되는 최고 진로 데이터는 특정한 과거 기간 동안에 발생된 과거 태풍들에 대한 예를 들어, 6시간 간격의 파라미터들(중심 위치, 세기 등급 등)을 포함한다.The data of all past typhoons for a predetermined historical period is the best track for the period from 1979 to 2019 provided, for example, by the Regional Specialized Meteorological Center (RSMC) Tokyo Typhoon Center. It can be data or a part thereof. However, those skilled in the art will understand that the historical period from 1979 to 2019 can be changed in any number of ways. The best course data provided by the RSMC Tokyo Typhoon Center includes, for example, parameters (central location, intensity level, etc.) of 6-hour intervals for past typhoons that occurred during a specific past period.

타겟 태풍의 초기의 특징은 예를 들어, 타겟 태풍의 현재(또는 분석 시각)(t일)의 위치 및 후속하는 5일(t+5일)까지의 예측된 위치를 포함할 수 있다. 타겟 태풍의 초기의 특징에 대한 데이터는 예보 기관(및/또는 기업)으로부터 제공될 수 있다. 예를 들어, 타겟 태풍이 2018년 9월 29일에 발생했던 태풍 콩레이인 경우, 태풍 콩레이의 초기 진로로서, 대한민국 기상청으로부터 제공되는 발생일(t일 = 2018년 9월 29일)로부터 처음 5일(t+5일)까지의 예측 데이터가 사용될 수 있다.The initial characteristics of the target typhoon may include, for example, the location of the current (or analysis time) (day t) of the target typhoon and the predicted location until the following 5 days (day t+5). Data on the initial characteristics of the target typhoon may be provided by forecasting organizations (and/or companies). For example, if the target typhoon is Typhoon Kongrei, which occurred on September 29, 2018, as the initial course of Typhoon Kongrei, the first from the date of occurrence provided by the Korea Meteorological Administration (day t = September 29, 2018) Predictive data up to 5 days (t+5 days) may be used.

도 4는 대한민국 기상청으로부터 제공되는 태풍 콩레이의 발생일로부터의 5일까지의 예측 진로(도 4a), 및 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 사용된 과거 태풍들의 일부를 추출하기 위한 추출 원들(도 4b)을 도시한다.4 is a predicted course from the date of occurrence of Typhoon Kongrei provided by the Korea Meteorological Administration (FIG. 4a) up to 5 days, and is used in a method for predicting a mid-term typhoon course in the Northwest Pacific region according to an embodiment of the present disclosure. It shows extraction circles (FIG. 4b) for extracting some of the past typhoons.

도 2 및 도 4를 참조하면, 단계 S10에서 미리 설정된 기준은, 다음과 같다.Referring to FIGS. 2 and 4 , the criteria set in advance in step S10 are as follows.

먼저, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 분석 시각(t일)에서의 태풍의 위치 및 후속하는 5일(t+1일 내지 t+5일) 동안의 각 예측일에서의 태풍의 위치를 중심으로 하는, 6개의 추출 원들의 어레이가 고려될 수 있다. 이들 6개의 추출 원들의 반경은 예를 들어, 500 km(t일의 경우), 600 km(t+1일의 경우), 700 km(t+2일의 경우), 800 km(t+3일의 경우), 900 km(t+4일의 경우), 및 1000 km(t+5일의 경우)로 설정될 수 있다. 다만, 통상의 기술자는 태풍의 예측된 초기 위치를 중심으로 하는 추출 원들의 크기가 임의로 결정될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명자들은 태풍의 위치에 대한 5일 후(t+5일)까지의 예측 진로의 불확실성을 고려하기 위해, t+1일로부터 t+5일로 갈수록 추출 원의 반경이 커지도록 설정하였다. 다만, 6개 추출 원들의 반경의 변화가 최종적인 태풍 진로의 중기 예측에 유의하게 영향을 미치지는 않음을 확인하였다.First, as shown in FIGS. 4A and 4B, the position of the typhoon at the analysis time (day t) and the position of the typhoon on each predicted day for the following 5 days (day t + 1 to day t + 5) An array of six extraction circles, centered on , can be considered. The radii of these six extraction circles are, for example, 500 km (for day t), 600 km (for day t+1), 700 km (for day t+2), and 800 km (for day t+3). ), 900 km (in the case of t + 4 days), and 1000 km (in the case of t + 5 days). However, those skilled in the art will understand that the size of the extraction circles centered on the predicted initial position of the typhoon can be arbitrarily determined. The present inventors set the radius of the extraction circle to increase from day t + 1 to day t + 5 in order to consider the uncertainty of the predicted course up to 5 days later (t + 5 days) for the position of the typhoon. However, it was confirmed that the change in the radius of the six extraction circles did not significantly affect the mid-term prediction of the final typhoon course.

그 후, i) 최초 추출 원(반경 500 km)에 진입하고 최종 추출 원(반경 1000 km)으로부터 이탈(또는 소멸)되는 동안 6개의 추출 원 각각을 통과하면서, ii) 수명이 6일 이상이고, iii) 타겟 태풍과 유사한 기간에 발생된, 과거 태풍들의 진로가 추출될 수 있다.Then, i) entering the first extraction source (radius of 500 km) and passing through each of the six extraction sources while leaving (or disappearing) from the final extraction source (radius of 1000 km), ii) having a lifetime of 6 days or more, iii) The course of past typhoons that occurred in a period similar to the target typhoon can be extracted.

이때, iii)에서 유사한 기간이란, 분석 시각(t일)을 중심으로 하여 전후로 예를 들어, 총 3개월의 기간을 지칭할 수 있지만, 유사한 기간의 전체 길이가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 태풍 콩레이의 경우, 2018년 9월 29일에 발생했기 때문에 1979년 내지 2019년의 기간 동안 8월 15일부터 11월 13일 사이에 발생된 다른 과거 태풍들도 포함될 수 있다. 이 경우, 일 실시예에서, 총 72개의 과거 태풍들의 진로가 추출될 수 있다.In this case, the similar period in iii) may refer to, for example, a period of 3 months in total before and after the analysis time (t day), but the total length of the similar period is not limited thereto. For example, in the case of typhoon Kongrei, since it occurred on September 29, 2018, other past typhoons that occurred between August 15 and November 13 during the period from 1979 to 2019 may also be included. In this case, in one embodiment, the course of a total of 72 past typhoons can be extracted.

2. 과거 진로들의 군집화2. Clustering of Past Careers

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 단계 S20에서는, 군집화 알고리즘을 이용하여, 단계 S10에서 추출된 과거 태풍들의 데이터로부터 과거 태풍들의 진로들이 다수의 진로패턴들로 군집화될 수 있다. 예를 들어, 추출된 과거 진로들은 퍼지 c-평균(fuzzy c-means) 군집화 알고리즘에 의해 여러 개의 진로패턴들로 분류될 수 있다. 퍼지 c-평균 군집화 알고리즘은 각각의 진로로 하여금, 해당 진로가 특정 군집에 얼마나 강하게 속하는지를 나타내는 다양한 멤버십 계수를 가지면서 모든 군집들에 속하게 한다. 일 실시예에서, 각각의 태풍 진로는 가장 큰 멤버십 계수를 갖는 진로패턴으로 분류되어, 군집들이 생성될 수 있다. 이러한 멤버십 계수들은 이후 단계 S50에서 패턴 상관계수를 계산하는 데에 사용될 수 있다.Referring back to FIGS. 2 and 3 , in one embodiment, in step S20, the paths of past typhoons can be clustered into a plurality of course patterns from the data of past typhoons extracted in step S10 using a clustering algorithm. . For example, extracted past career paths may be classified into several career patterns by a fuzzy c-means clustering algorithm. The fuzzy c-means clustering algorithm causes each course to belong to all clusters, with various membership coefficients indicating how strongly that course belongs to a particular cluster. In one embodiment, each typhoon course may be classified into a course pattern having the largest membership coefficient, and clusters may be generated. These membership coefficients can then be used to calculate pattern correlation coefficients in step S50.

본 개시의 실시예들에 따른 태풍 진로 예측 기술은 태풍 수명 중 분석 시각(및/또는 발생일)으로부터 6일 후 내지 8일 후의 선행 예측을 수행하기 위한 것이므로, 과거 태풍들의 진로의 초기 단계(단계 S10의 최종 추출 원 내에 나타나기 이전 단계)는 분석 대상에 포함되지 않을 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 진로패턴의 군집화는 단계 S10에서 사용된 최종 추출 원 내에 나타난 시점 이후의 과거 태풍들의 진로들만을 고려하여 수행될 수 있다. 이는, 처음 5개의 추츨 원들 안에 포함된 과거 진로들의 분산이, 최종 추출 원 안에 포함되거나 또는 최종 추출 원 너머로 진행하는 과거 진로들의 분산보다 훨씬 작기 때문에 과도하게 민감하지는 않다.Since the typhoon path prediction technology according to embodiments of the present disclosure is to perform forward prediction 6 to 8 days after the analysis time (and/or occurrence date) during the life of the typhoon, the initial stage (step) of the path of past typhoons Steps before appearing in the final extraction source of S10) may not be included in the analysis target. Therefore, in one embodiment, the clustering of course patterns may be performed by considering only the courses of past typhoons after the point in time appearing in the final extraction source used in step S10. This is not overly sensitive since the variance of historical tracks contained within the first five circles of extraction is much smaller than the variance of historical paths contained within or proceeding beyond the final circle of extraction.

일 실시예에서, 군집화되는 진로패턴들의 개수는 본 기술분야에서 공지된 Xie-Beni 인덱스에 의해 결정될 수 있다. 퍼지 군집화에 사용될 수 있는 이 인덱스는 (하나의 군집 내에서의) 압축도 대 (군집들 사이에서의) 분리도의 비율이다. 이 인덱스 값이 작다는 것은 진로패턴들이 서로 잘 분리되어 있고 각각의 진로패턴 내에서의 진로의 분산이 작음을 의미한다. 이 인덱스 값은 "진로패턴의 개수(n)"에 따라 계산될 수 있다. 여기서, n은 2 이상이고, 추출된 과거 진로들의 총 개수 이하의 값이다. 예를 들어, 추출 가능한 과거 진로들의 개수를 고려하여, 진로패턴들의 최대 개수는 5로 설정될 수 있다. 예를 들어, 타겟 태풍이 태풍 콩레이인 경우, n은 2로 설정될 수 있다.In one embodiment, the number of career patterns to be clustered may be determined by an Xie-Beni index known in the art. This index, which can be used for fuzzy clustering, is the ratio of compressibility (within a cluster) to separation (between clusters). A small value of this index means that the career patterns are well separated from each other and the dispersion of career paths within each career pattern is small. This index value may be calculated according to "the number (n) of career patterns". Here, n is greater than or equal to 2 and is less than or equal to the total number of extracted past routes. For example, considering the number of extractable past career paths, the maximum number of career patterns may be set to 5. For example, when the target typhoon is Typhoon Kongrei, n may be set to 2.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 추출된 과거 진로들이 군집화될 수 있는 2개의 진로패턴들을 도시한다. 결정된 2개의 진로패턴들은 제1 진로패턴(C1) 및 제2 진로패턴(C2)으로 도시될 수 있다. 예를 들어, 제1 진로패턴(C1) 및 제2 진로패턴(C2)은 각각 36개의 과거 태풍들의 진로를 포함할 수 있다. 도 5에서, 개별 과거 태풍들의 진로는 회색으로 도시되어 있고, 각 진로패턴 내에서의 평균 진로는 굵은 검정색으로 도시되어 있다. 도 5에서 점선은 태풍 콩레이의 발생 위치에 가장 가까운 지점부터 시작하여, 단계 S10에서 사용된 최종 추출 원(예를 들어, 반경 1000 km인 원) 안에 가장 먼저 포함되는 지점까지의 진로를 나타낸다.5 shows two path patterns in which the extracted past paths can be clustered in the case of mid-term prediction of the path of Typhoon Kongrei in the method for mid-term predicting the path of a typhoon in the Northwest Pacific region according to an embodiment of the present disclosure. show The determined two path patterns may be shown as a first path pattern C1 and a second path pattern C2. For example, each of the first course pattern C1 and the second course pattern C2 may include the course of 36 past typhoons. In FIG. 5, the paths of individual past typhoons are shown in gray, and the average path within each path pattern is shown in bold black. In FIG. 5, the dotted line indicates a course from the point closest to the occurrence location of Typhoon Kong-Rei to the point first included in the final extraction circle (eg, a circle with a radius of 1000 km) used in step S10.

각 진로패턴(예를 들어, C1, C2 등)에 포함되는 진로들은 주요 지리적 위치가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 진로패턴(C2)은 남중국해를 향해 진행되는 진로들을 포함하는 반면에, 제1 진로패턴(C1)은 극지방을 향해 진행하면서 변곡되는 진로들을 포함할 수 있다.Paths included in each path pattern (eg, C1, C2, etc.) may have different main geographical locations. For example, the second route pattern C2 may include routes heading toward the South China Sea, while the first route pattern C1 may include routes that bend while heading toward the poles.

3. 각각의 진로패턴에 대한 관측 배경장들의 합성3. Synthesis of observational background fields for each career pattern

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 단계 S30에서는, 분석 시각(t일)으로부터 6일 후(t+6일) 내지 8일 후(t+8일)의 날에 대해 각각의 진로패턴에 연관된 미리 결정된 예측인자들의 일평균 합성된 관측 배경장들이 산출될 수 있다. 관측 배경장들로서, 예를 들어, ECMWF(European Center for Medium-range Weather Forecasts)의 ERA-Interim으로부터의 재분석 데이터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 관측 배경장들로서, 6시간 간격으로 0.75°×0.75°의 수평 해상도로 제공되는 데이터가 사용될 수 있다.Referring back to FIGS. 2 and 3 , in one embodiment, in step S30, each day is 6 days (t+6 days) to 8 days (t+8 days) from the analysis time (t day). Observation backgrounds synthesized by daily averages of predetermined predictors associated with the course pattern of can be calculated. As observational backgrounds, for example, reanalysis data from ERA-Interim of the European Center for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF) can be used. For example, as observation background fields, data provided at a horizontal resolution of 0.75°×0.75° at intervals of 6 hours can be used.

단계 S30에서, 미리 결정된 예측인자들로서, 500 hPa 지위고도(GPH500) 및 지향류(STEER)가 사용될 수 있다. GPH500은 본 기술분야에서, 팽창 또는 후퇴로 인해 직접적으로 태풍의 이동에 영향을 미치는 아열대 고기압을 식별하는 데에 종종 사용된다. 또한, 대류권 내의 깊은 층(deep layer)에서의 지향류(STEER)는 대류권의 특정 층에서 기압 가중된 바람 및 연직 가중된 바람으로서 제공될 수 있다.In step S30, as predetermined predictors, a 500 hPa station altitude (GPH500) and a direct flow (STEER) may be used. The GPH500 is often used in the art to identify subtropical highs that directly affect the movement of typhoons due to expansion or retreat. Also, STEER in a deep layer in the troposphere can be presented as pressure-weighted wind and vertical-weighted wind in a specific layer of the troposphere.

지향류의 경우, 태풍의 이동을 예측하는 데에 일정한(불변하는) 지향 층들을 사용하는 것은 부적절할 수 있다. 따라서, 표 1에 기재된 바와 같이, 지향 층 깊이 및 태풍 강도의 변화를 근사화하기 위해, 순압성(barotropic) 고도들이 이용될 수 있다. 표 1은 각각의 태풍 강도 분류에 대해 지향류를 계산하는 데에 사용되는 대류권 기압 고도들을 나타낸다.In the case of direct currents, it may be inappropriate to use constant (unchanging) directed layers to predict the movement of a typhoon. Thus, as shown in Table 1, barotropic altitudes can be used to approximate changes in directed layer depth and storm intensity. Table 1 shows tropospheric pressure altitudes used to calculate direct currents for each typhoon intensity category.

태풍 강도 분류(hPa)Typhoon intensity classification (hPa) 대류권 기압 고도(hPa)Tropospheric pressure altitude (hPa) > 1000> 1000 700-850700-850 990-999990-999 500-850500-850 980-989980-989 400-850400-850 970-979970-979 400-850400-850 960-969960-969 300-850300-850 950-959950-959 300-850300-850 940-949940-949 250-850250-850 < 940< 940 200-700200-700

이러한 순압성 고도들을 이용함으로써, 태풍의 강도에 따른 예측 진로의 오차가 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 관측 배경장들을 산출하는 계산을 효율적으로 수행하기 위해, 각각의 50 hPa 기압 고도 간격의 데이터만 사용될 수 있다.By using these barometric altitudes, the error of the predicted course according to the strength of the typhoon can be reduced. In one embodiment, only data from each 50 hPa barometric altitude interval may be used to efficiently perform the calculations that yield the observed background fields.

단계 S10에서 추출된 모든 과거 태풍들의 진로에 대해 각각, 분석 시각으로부터 6일 후 내지 8일 후 동안(다만, 해당 과거 태풍의 수명 내에서)의 일일 관측 배경장들이 계산될 수 있다. 예를 들어, 태풍 콩레이의 중기 예측을 위한 일 실시예에서, 추출되고 군집화된 72개(C1 및 C2에 대해 각각 36개씩)의 과거 태풍들의 사례에 대해, 예측인자들(GPH500, STEER)의 재분석 배경장들이 일평균으로 합성될 수 있다.For each of the tracks of all past typhoons extracted in step S10, daily observation background fields for 6 to 8 days after the analysis time (but within the lifetime of the past typhoon) may be calculated. For example, in one embodiment for the mid-term prediction of Typhoon Kongrei, for the cases of past typhoons of 72 extracted and clustered (36 each for C1 and C2), the predictors (GPH500, STEER) The reanalysis background fields can be synthesized as daily averages.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 사용될 수 있는 관측 배경장들 및 모델 배경장들을 예시적으로 도시한다.6 is an example of observation background fields and model background fields that can be used in the case of mid-term prediction of the typhoon course in the method for mid-term prediction of the typhoon course in the Northwest Pacific region according to an embodiment of the present disclosure. shown as

도 6a, 도 6b, 도 6d 및 도 6e는 일 실시예에 따라 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 2개의 진로패턴들(C1, C2)에 속하는 가장 높은 멤버십 계수를 갖는 과거 태풍 사례에 대해, 분석 시각으로부터 6일 후(t+6일)의 예측인자들의 배경장들을 도시한다. 도 6a 및 도 6d를 참조하면, 제1 진로패턴(C1)에 속한 과거 태풍 사례의 경우, 북위 25도에서 아열대 고기압(두꺼운 실선)의 서쪽 가장자리가 동경 130도 자오선에 근접하되, 더 높은 위도에서는 동쪽으로 후퇴한 것을 알 수 있다. 이때, 깊은 저기압 지역 부근에서의 가장 강한 흐름은 남서풍이었다. 반면, 도 6b 및 도 6e를 참조하면, 제2 진로패턴(C2)에 속한 과거 태풍 사례의 경우, 북위 25도에서의 아열대 고기압의 서쪽 가장자리는 동경 120도 자오선 근처에 있음을 알 수 있다. 지향류 바람 벡터의 크기는 전체 도메인에 걸쳐 매우 균일하였다.6A, 6B, 6D, and 6E are examples of past typhoons having the highest membership coefficients belonging to two course patterns (C1, C2) for mid-term prediction of the course of Typhoon Kongrei according to an embodiment. For , the background fields of the predictors 6 days after the analysis time (t + 6 days) are shown. 6A and 6D, in the case of past typhoon cases belonging to the first course pattern (C1), the western edge of the subtropical high pressure (thick solid line) at 25 degrees north latitude is close to the meridian of 130 degrees east longitude, but at higher latitudes It can be seen that it retreated to the east. At this time, the strongest current near the deep low pressure area was the southwesterly wind. On the other hand, referring to FIGS. 6B and 6E , in the case of past typhoon cases belonging to the second course pattern C2, it can be seen that the western edge of the subtropical high pressure at 25 degrees north latitude is near the meridian of 120 degrees east longitude. The magnitude of the direct current wind vector was very uniform over the entire domain.

4. 모델 예측된 배경장들4. Model Predicted Backgrounds

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 단계 S40에서는, 분석 시각(t일)으로부터 6일 후(t+6일) 내지 8일 후(t+8일)의 날에 대해 하나 이상의 역학 모델들로부터 상기 예측인자들의 일평균 모델 배경장들이 산출될 수 있다. 구체적으로, 단계 S10에서 추출된 모든 과거 태풍들의 분석 시각으로부터 6일 후 내지 8일 후의 각각의 날에 대해, 역학 모델로부터 500 hPa 지위고도(GPH500) 배경장 및 지향류(STEER) 배경장이 계산될 수 있다.Referring back to FIGS. 2 and 3 , in one embodiment, in step S40, one for the day of 6 days (t+6 days) to 8 days (t+8 days) from the analysis time (t day). Daily average model background fields of the predictors can be calculated from the above epidemiological models. Specifically, for each day from 6 to 8 days after the analysis time of all past typhoons extracted in step S10, a 500 hPa position altitude (GPH500) background field and a direct current (STEER) background field are calculated from the dynamic model. can

예를 들어, 하나 이상의 역학 모델들은 미국의 NCEP(National Centers for Environmental Prediction)으로부터 제공되는 기후 예측 시스템 버전 2(Climate Forecast System version 2, CFSv2), 전구 앙상블 예측 시스템(Global Ensemble Forecast System, GEFS) 및 전구 예측 시스템(Global Forecast System, GFS) 등을 포함할 수 있다. 이들 모델의 세부사항은 표 2와 같다.For example, one or more epidemiological models include the Climate Forecast System version 2 (CFSv2), Global Ensemble Forecast System (GEFS) and Global Forecast System (GFS), etc. Details of these models are shown in Table 2.

구분division CFSv2CFSv2 GEFSGEFS GFSGFS 20112011 2012-20142012-2014 2015-20192015-2019 2011-20142011-2014 2015-20192015-2019 모델 해상도
(km)
model resolution
(km)
0-192 h0-192h 100100 7070 5555 3434 2828 1313
192-384 h192-384h 100100 7070 7070 5555 7070 1313 일일 모델 사이클(회)Model cycles per day (times) 44 44 44 44 44 44 출력 시간 간격(h)Output time interval (h) 0-192 h0-192h 66 66 66 66 33 33 192-384 h192-384h 66 66 66 66 1212 33

표 2에 기재된 역학 모델들 중 CFSv2 및 GFS는 단일 시뮬레이션을 제공하는 반면, GEFS는 21개의 앙상블 멤버를 제공한다. 따라서, 역학 모델로서 GEFS를 이용하는 경우, 사용 가능한 모든 멤버들의 평균값이 사용될 수 있다. 역학 모델들의 데이터는 단계 S30에서 사용된 관측(재분석) 데이터와 동일한 수평 격자망으로 격자 조정될 수 있다.Among the dynamic models listed in Table 2, CFSv2 and GFS provide a single simulation, while GEFS provides 21 ensemble members. Therefore, when using GEFS as the epidemiological model, the average value of all available members can be used. The data of the dynamic models may be grid-adjusted with the same horizontal grid as the observation (reanalysis) data used in step S30.

도 6c 및 도 6f는 일 실시예에 따라 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 역학 모델 CFSv2로부터 산출된 6일 후(t+6일)의 GPH500 및 STEER의 일평균 모델 배경장을 도시한다. 도 6c를 참조하면, 아열대 고기압의 서쪽 가장자리는 동경 130도 자오선 근처에 있었고, 능선은 일본 남부 해안에 가까운 것을 알 수 있다. 도 6f를 참조하면, 동경 130도 자오선 주위의 동해 상의 지배적인 지향류는 남풍인 것을 알 수 있다. 도 6a 내지 도 6f를 참조하면, 역학 모델로부터 산출된 배경장들은 제2 진로패턴(C2)의 경우에 비해 제1 진로패턴(C1)의 경우와 더 유사한 것을 알 수 있다(도 6a 및 도 6b에서 제목에 표시된 C1과 C2에 이은 괄호 안의 숫자들은, 멤버십 계수(앞) 및 모델 배경장과의 패턴 유사도(뒤)를 나타냄).6c and 6f show the daily average model background of GPH500 and STEER after 6 days (t + 6 days) calculated from the dynamics model CFSv2 in the case of mid-term prediction of the course of Typhoon Kongrei according to an embodiment. do. Referring to FIG. 6c, it can be seen that the western edge of the subtropical high was near the meridian of 130 degrees east longitude, and the ridge was close to the southern coast of Japan. Referring to FIG. 6F, it can be seen that the dominant direct current on the East Sea around the meridian of 130 degrees east longitude is the southerly wind. Referring to FIGS. 6A to 6F, it can be seen that the background fields calculated from the dynamic model are more similar to the case of the first path pattern C1 than to the case of the second path pattern C2 (FIGS. 6A and 6B). The numbers in parentheses following C1 and C2 shown in the title in , indicate the membership coefficient (front) and pattern similarity with the model background (back).

5. 관측 배경장과 모델 배경장 사이의 패턴 상관관계5. Pattern correlation between observational background and model background

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 단계 S50에서는, 상기 예측인자들의, 단계 S30에서 산출된 관측(재분석) 배경장들 및 단계 S40에서 산출된 모델 배경장들 사이의 패턴 상관관계가 계산되고, 그에 기초하여 진로패턴별 가중 인자가 생성될 수 있다.Referring back to FIGS. 2 and 3 , in one embodiment, in step S50, pattern correlation between the observed (reanalyzed) background fields calculated in step S30 and the model background fields calculated in step S40 of the predictors. The relationship is calculated, and based on it, a weighting factor for each career pattern may be created.

특정한 진로패턴에 연관된 배경장들이 타겟 태풍을 포함하는 예측 배경장들과 유사한 경우, 타겟 태풍은 유사한 진로패턴을 따를 가능성이 높기 때문에, 이러한 유사도를 정량화하기 위해, 분석 시각(t일)으로부터 6일 후(t+6일) 내지 8일 후(t+8일)의 각각의 날에 대해, 합성된 관측 배경장들 및 역학 모델로부터 예측된 배경장들 사이의 패턴 상관관계가 계산될 수 있다.When the background fields related to a specific course pattern are similar to the predicted background fields including the target typhoon, since the target typhoon is highly likely to follow a similar course pattern, in order to quantify this similarity, 6 days from the analysis time (day t) For each day from after (t+6 days) to 8 days after (t+8 days), pattern correlations between the synthesized observed background fields and the predicted background fields from the dynamic model can be calculated.

일 실시예에서, 패턴 상관관계는, 일평균 배경장들에서 임의의 2개의 진로패턴들(예를 들어, 태풍 콩레이의 경우) 사이에 유의한 차이들이 존재하는 영역(이하, '타겟 영역'이라 함) 내의 값들만 고려될 수 있다. 예를 들어, 타겟 영역은 북위 10도 내지 북위 40도, 및 동경 105도 내지 동경 150도으로 둘러싸인 영역일 수 있다. 상기 유의한 차이들은 예를 들어, 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 통해 식별될 수 있다. 예를 들어, 타겟 영역은 일원배치 분산분석을 통해 식별되는 95% 신뢰도 수준으로 통계적으로 유의한 영역일 수 있다. 도 6a 내지 도 6f에서, 상기 유의한 차이들이 존재하는 영역은 점묘로 도시되어 있다.In one embodiment, the pattern correlation is a region in which there are significant differences between any two course patterns (eg, in the case of Typhoon Kongrei) in daily average background fields (hereinafter referred to as 'target region'). ) may be considered. For example, the target area may be an area surrounded by 10 degrees north latitude to 40 degrees north latitude and 105 degrees east longitude to 150 degrees east longitude. Such significant differences can be identified through, for example, one-way ANOVA. For example, a target region can be a statistically significant region with a 95% confidence level identified through a one-way analysis of variance. 6A to 6F, the regions where the significant differences exist are stippled.

일 실시예에서, 단계 S50에서 패턴 상관관계를 계산하고 그에 기초하여 진로패턴별 가중 인자를 산출하는 단계는, 각각의 과거 태풍들의 사례에 대해, 중기 예측일별로 관측 배경장들 및 모델 배경장들의 예측인자들을 정규화하는 단계(S51), 각각의 과거 태풍들의 사례에 대해, 중기 예측일별로 정규화된 배경장들 간의 패턴 상관계수를 산출하는 단계(S52), 각각의 과거 태풍들의 멤버십 계수를 가중치로 사용하여 중기 예측일별로 진로패턴별 멤버평균 상관계수를 산출하는 단계(S53), 및 중기 예측일마다의 진로패턴별 멤버평균 상관계수를 3일평균하여 진로패턴별 가중 인자를 산출하는 단계(S54)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of calculating the pattern correlation in step S50 and calculating the weighting factor for each course pattern based on the pattern correlation is, for each case of past typhoons, the observation backgrounds and model backgrounds for each medium-term forecast date. Normalizing predictors (S51), calculating pattern correlation coefficients between background fields normalized by mid-term prediction date for each case of past typhoons (S52), using the membership coefficient of each past typhoon as a weight Calculating the average correlation coefficient for each member by career pattern for each mid-term prediction date (S53), and calculating the weighting factor for each career pattern by averaging the average member correlation coefficient for each career pattern for each mid-term forecast date over 3 days (S54) ) may be included.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 관측 배경장과 모델 배경장 사이의 패턴 상관관계를 계산하고 그에 기초하여 진로패턴별 가중 인자를 산출하는 단계의 흐름을 도시한 흐름도이다. 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서 관측 배경장과 모델 배경장 사이의 패턴 상관관계를 계산하고 그에 기초하여 진로패턴별 가중 인자를 산출하는 단계의 흐름을 개념적으로 도시한 블록도이다.7 is a method for predicting the course of a typhoon in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure, calculating a pattern correlation between an observed background field and a model background field, and calculating a weighting factor for each course pattern based on the pattern correlation It is a flow chart showing the flow of steps. 8 is a method for predicting the course of a typhoon in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure, calculating a pattern correlation between an observed background field and a model background field, and calculating a weighting factor for each course pattern based on the pattern correlation It is a block diagram conceptually showing the flow of steps.

도 7 및 도 8을 참조하면, 단계 S51에서는, 각각의 과거 태풍들의 사례에 대해, 중기 예측일별로 관측 배경장들 및 모델 배경장들의 예측인자들이 정규화될 수 있다. 500 hPa 지위고도(GPH500) 및 지향류(STEER) 동서/남북 성분들의 크기 및 물리적 단위는 상이하기 때문에, 이들의 크기 및 물리적 단위로 인한 영향을 제거하기 위해, 예측인자들이 정규화될 수 있다. 예를 들어, 동서풍 및 남북풍의 풍속은 각각, -1 내지 1의 범위의 값들로 정규화될 수 있다. 예를 들어, 500 hPa 지위고도(GPH500)는 0 내지 1의 범위의 값들로 정규화될 수 있다. 그 후, 정규화된 동서풍속, 정규화된 남북풍속, 및 정규화된 500 hPa 지위고도(이하, '정규화된 예측인자들'이라 함)가 타겟 영역 내의 각각의 격자들에서, 하나의 어레이를 형성하도록 조합될 수 있다. 이에 따라, 관측 배경장 및 모델 배경장마다, 타겟 영역 내의 각각의 격자들에는 6일 후 내지 8일 후의 각각의 날에, 3개의 정규화된 예측인자들로 구성된 어레이들이 생성될 수 있다.Referring to FIGS. 7 and 8 , in step S51, for each case of past typhoons, predictors of observation background fields and model background fields may be normalized for each medium-term forecast date. Since the size and physical unit of the 500 hPa geographic altitude (GPH500) and direct current (STEER) east-west/north-south components are different, the predictors can be normalized to remove the effect due to their size and physical unit. For example, the wind speeds of the east-west wind and the north-south wind may be normalized to values ranging from -1 to 1, respectively. For example, a 500 hPa geographic altitude (GPH500) may be normalized to values ranging from 0 to 1. Then, the normalized east-west wind speed, the normalized north-south wind speed, and the normalized 500 hPa geographic altitude (hereinafter referred to as 'normalized predictors') are combined to form one array at each of the grids within the target area. It can be. Accordingly, arrays composed of three normalized predictors may be generated on each of the grids in the target area for each observation background field and model background field, on each day after 6 to 8 days.

단계 S52에서는, 각각의 과거 태풍들의 사례에 대해, 중기 예측일별로 정규화된 배경장들 간의 패턴 상관계수가 산출될 수 있다. 실시예들에 따라서는, 본 단계에서 산출되는 상관계수가 음수인 경우, 0으로 설정될 수 있다. 이는, 두 배경장들에 차이가 있음을 나타내는 음의 패턴 상관관계가 후속 단계에서 상대 빈도 지도를 계산하는 과정에서 진로패턴들을 상쇄시키는 것을 방지하기 위해 수행될 수 있다.In step S52, for each case of past typhoons, a pattern correlation coefficient between normalized background fields for each medium-term forecast date may be calculated. Depending on embodiments, when the correlation coefficient calculated in this step is a negative number, it may be set to 0. This may be performed to prevent a negative pattern correlation representing a difference between the two background fields from canceling out the path patterns in the process of calculating the relative frequency map in a subsequent step.

단계 S53에서는, 각각의 과거 태풍들의 멤버십 계수를 가중치로 사용하여 중기 예측일별로 진로패턴별 멤버평균 상관계수가 산출될 수 있다. 즉, 단계 S20에서 과거 태풍들이 군집화될 때 사용되었던 각각의 멤버십 계수를 사용하여, 각 태풍 사례에서의 관측 배경장 및 모델 배경장 사이의 패턴 상관계수가 조절됨으로써, 6일 후 내지 8일 후의 각각의 날에, 각각의 진로패턴에 대한 멤버평균(member-averaged) 상관계수가 계산될 수 있다. 예를 들어, 각각의 태풍들의 사례에 대해, 단계 S52에서 산출된 패턴 상관계수(pcc)에, 자신의 멤버십 계수(mc)를 곱한 패턴 상관계수 및 멤버십 계수의 곱(pcc × mc)을, 해당 진로패턴 내에 속한 멤버 태풍들의 총 개수에 대해 평균함으로써, 중기 예측일별로 멤버평균 패턴 상관계수가 계산될 수 있다.In step S53, the member average correlation coefficient for each course pattern for each medium-term forecast date may be calculated using the membership coefficient of each past typhoon as a weight. That is, by using each membership coefficient used when past typhoons were clustered in step S20, the pattern correlation coefficient between the observed background field and the model background field in each typhoon case is adjusted, so that each of 6 to 8 days later On the day of , a member-averaged correlation coefficient for each career pattern can be calculated. For example, for each case of typhoons, the pattern correlation coefficient (pcc) calculated in step S52 multiplied by its own membership coefficient (mc) and the product of the membership coefficient (pcc × mc), By averaging the total number of member typhoons belonging to the course pattern, the member average pattern correlation coefficient can be calculated for each medium-term forecast date.

예를 들어, 일 실시예에 따라 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 분석 시각으로부터 6일 후(t+6)의 날에, 제1 진로패턴(C1)에 속한 각각의 과거 태풍과 관련하여, 관측 배경장 및 모델 배경장으로부터 산출된 패턴 상관계수들을 각각의 과거 태풍의 멤버십 계수와 곱한 다음, 이를 제1 진로패턴(C1)에 속한 과거 태풍들에 대해 평균함으로써, 멤버평균 패턴 상관계수로서 0.71의 값이 산출될 수 있다(도 8의 둥근 파란 사각형 안의 왼쪽 아래 값 참조). 마찬가지로, 분석 시각으로부터 6일 후(t+6)의 날에, 제2 진로패턴(C2)에 대한 멤버평균 패턴 상관계수는 0.58로 산출될 수 있다(도 8 둥근 파란 사각형 안의 오른쪽 아래 값 참조). 이와 같이, 멤버평균 패턴 상관계수를 계산하는 것은, 자신이 속하는 진로패턴으로부터 너무 먼 과거 태풍의 진로가 진로패턴별 패턴 상관관계에 미치는 영향을 감소시키기 위해 수행될 수 있다.For example, in the case of mid-term prediction of the course of Typhoon Kongrei according to an embodiment, on the day of 6 days after the analysis time (t + 6), each past typhoon belonging to the first course pattern (C1) and In this regard, by multiplying the pattern correlation coefficients calculated from the observation background field and the model background field by the membership coefficient of each past typhoon, and then averaging the past typhoons belonging to the first course pattern (C1), the member average pattern correlation A value of 0.71 can be calculated as a coefficient (see the lower left value in the rounded blue rectangle in FIG. 8). Similarly, on the day of 6 days (t+6) from the time of analysis, the member average pattern correlation coefficient for the second career pattern (C2) can be calculated as 0.58 (see the lower right value in the rounded blue rectangle in FIG. 8). . In this way, calculating the member average pattern correlation coefficient may be performed in order to reduce the effect of the past typhoon's course, which is too far from the course pattern to which it belongs, on the pattern correlation for each course pattern.

단계 S54에서는, 중기 예측일별 진로패턴별 멤버평균 상관계수가 3일평균되어, 진로패턴별 가중 인자가 산출될 수 있다. 3개의 중기 예측일(즉, 6일 후, 7일 후, 및 8일 후)에 대해 산출된 진로패턴별(예를 들어, C1 또는 C2에 대한) 멤버평균 패턴 상관계수들은 6일 후 내지 8일 후의 3일 기간에 대해 평균되어, 중기 예측을 위해 진로패턴마다 단일한 가중 인자로 산출될 수 있다. 한편, 도 8에서는 단순함을 위해 역학 모델로서 CFSv2이 사용된 경우만 도시되어 있지만, 동일한 프로세스가 다른 역학 모델들에도 적용될 수 있음을 이해해야 한다.In step S54, the 3-day average of the member average correlation coefficients for each career pattern for each mid-term prediction day may be used to calculate a weighting factor for each career pattern. The member average pattern correlation coefficients for each career pattern (eg, C1 or C2) calculated for the three mid-term prediction days (ie, after 6 days, 7 days, and 8 days) range from 6 days to 8 days. Averaged over the 3-day period after 3 days, a single weighting factor per career pattern can be calculated for medium-term forecasting. Meanwhile, although FIG. 8 shows only the case where CFSv2 is used as the dynamics model for simplicity, it should be understood that the same process can be applied to other dynamics models as well.

6. 중기 진로 예측6. Mid-term Career Prediction

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 단계 S60에서는, 과거 진로들 및 진로패턴마다의 가중 인자를 이용하여 상대 빈도 지도가 생성되고, 생성된 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로가 획득될 수 있다.Referring back to FIGS. 2 and 3 , in one embodiment, in step S60, a relative frequency map is generated using a weighting factor for each past route and each route pattern, and a final predicted route is determined based on the generated relative frequency map. can be obtained.

앞서 단계 S50에서 산출된 진로패턴별 가중 인자들은 태풍이 특정 진로패턴을 따를 가능성을 나타낼 수 있다. 그러나, 단지 몇개의 스칼라 값들만으로는 2차원 공간 내의 특정 지점에서 태풍이 발생할 가능성이 있다는 예측을 정량화하기에 불충분할 수 있다. 따라서, 이러한 가중 인자들을 각각의 진로패턴에 속한 과거 진로들과 조합하여 태풍 발생의 2차원 분포가 생성될 수 있다.The weighting factors for each course pattern calculated in step S50 may indicate the possibility that the typhoon follows a specific course pattern. However, only a few scalar values may be insufficient to quantify the prediction that a typhoon is likely to occur at a specific point in two-dimensional space. Therefore, a two-dimensional distribution of typhoon occurrences can be generated by combining these weighting factors with past courses belonging to each course pattern.

일 실시예에서, 과거 진로들 및 패턴 상관계수들을 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하고, 생성된 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득하는 단계는, 각각의 진로패턴에 속한 과거 진로들을 격자화하여 진로 빈도들을 산출하는 단계(S61), 각각의 격자에 대해 산출된 진로 빈도들을 진로패턴별 가중 인자와 곱하여, 특정 상대 빈도 지도 및 총 상대 빈도 지도를 산출하는 단계(S62), 특정 상대 빈도 지도에 기초하여 진로패턴별 대표 곡선을 결정하는 단계(S63), 및 진로패턴별 대표 곡선 및 총 상대 빈도 지도에 기초하여, 최종 예측 진로를 결정하는 단계(S64)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the step of generating a relative frequency map using past routes and pattern correlation coefficients and obtaining a final predicted route based on the generated relative frequency map may include gridding past routes belonging to each route pattern. calculating the path frequencies (S61), calculating the specific relative frequency map and the total relative frequency map by multiplying the calculated path frequencies by the weighting factor for each path pattern (S62), the specific relative frequency map Determining a representative curve for each career pattern based on (S63), and determining a final predicted career path based on the representative curve for each career pattern and the total relative frequency map (S64).

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서, 과거 진로들 및 패턴 상관계수들을 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하고, 생성된 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득하는 단계의 흐름을 도시한 흐름도이다. 도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서, 특정 상대 빈도 지도 및 총 상대 빈도 지도를 산출하는 단계의 흐름을 개념적으로 도시한 도면이다.9 is a method for predicting a typhoon path in the mid-term in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure, a relative frequency map is generated using past paths and pattern correlation coefficients, and based on the generated relative frequency map It is a flowchart showing the flow of the step of obtaining the final predicted course. 10 is a diagram conceptually illustrating the flow of calculating a specific relative frequency map and a total relative frequency map in a method for predicting a typhoon path in the mid-term in the western North Pacific region according to an embodiment of the present disclosure.

도 9 및 도 10을 참조하면, 단계 S61에서는, 각각의 진로패턴에 속한 과거 진로들이 격자화되어 진로 빈도들이 산출될 수 있다. 예를 들어, 각각의 진로패턴에 속한 과거 진로들(예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 과거 진로들을 참조)은 진로 빈도를 획득하기 위해 1°×1°로 격자화될 수 있다. 이때, 각각의 격자 값은 해당 격자가 속한 1°×1° 격자상자를 중심으로 하는 예를 들어, 반경 250 km인 영역을 통과하는 과거 진로들의 수로 설정될 수 있다. 이렇게 산출된 진로 빈도들은 예를 들어, 도 10의 중앙 위쪽에 있는 컬러 지도에서의 격자 값들에 대응할 수 있다.Referring to FIGS. 9 and 10 , in step S61, past routes belonging to each route pattern may be gridded to calculate route frequencies. For example, the past routes belonging to each course pattern (eg, referring to the past routes shown in FIGS. 4A and 4B ) may be gridded 1°×1° to obtain a course frequency. In this case, each lattice value may be set to the number of past routes passing through an area with a radius of 250 km centered on a 1°×1° lattice box to which the corresponding lattice belongs. Travel frequencies thus calculated may correspond to grid values in a color map located above the center of FIG. 10 , for example.

단계 S62에서는, 각각의 격자에 대해 산출된 진로 빈도들이 진로패턴별 가중 인자와 곱해져, 특정 상대 빈도 지도 및 총 상대 빈도 지도가 산출될 수 있다. 이때 먼저, 단계 S61에서 산출된 진로 빈도들에 단계 S50에서 산출된 진로패턴별 가중 인자를 곱함으로써 각각의 격자에 대해 "가중 진로 빈도(weighted track frequency)"가 산출될 수 있다. 이러한 가중 진로 빈도들을 진로패턴에 관계없이 모두 더한 후, 진로패턴들에 속한 과거 진로들의 총 개수로 나눔으로써, 2차원으로 분포된 "총 상대 빈도 지도(overall relative frequency map)"가 산출될 수 있다(도 10의 맨 오른쪽 지도). 한편, "특정 상대 빈도 지도(specific relative frequency map)"는 각 진로패턴별로(예를 들어, C1 또는 C2 등) 각각의 격자에서의 가중 진로 빈도들을, 해당 진로패턴에 속한 과거 진로들의 총 개수로 나눔으로써 산출될 수 있다(후술하는 도 11의 컬러 음영 참조).In step S62, the calculated path frequencies for each grid are multiplied by the weighting factor for each path pattern, so that a specific relative frequency map and a total relative frequency map can be calculated. At this time, first, by multiplying the track frequencies calculated in step S61 by the weight factor for each track pattern calculated in step S50, a "weighted track frequency" can be calculated for each grid. By adding all of these weighted career frequencies regardless of career patterns and then dividing by the total number of past career paths belonging to the career patterns, a two-dimensionally distributed "overall relative frequency map" can be calculated. (far right map in Figure 10). On the other hand, "specific relative frequency map" is the weighted career frequencies in each grid for each career pattern (eg, C1 or C2, etc.), as the total number of past careers belonging to the career pattern It can be calculated by dividing (refer to the color shading of FIG. 11 described later).

단계 S63에서는, 특정 상대 빈도 지도에 기초하여 진로패턴별 대표 곡선이 결정될 수 있다. 본 단계에서는, 진로패턴별 특정 상대 빈도 지도 상에서 분석 시각(t일)의 태풍의 위치로부터 시작하여, 각각의 위도 격자상자(즉, 행 방향으로 길게 연장된 격자상자) 안에서 최대값이 있는 격자의 경도와, 각각의 경도 격자상자(즉, 열 방향에서 길게 연장된 격자상자) 안에서 최대값이 있는 격자의 위도에 해당하는 지점(이하, 최대값 지점)들을, 위도 격자상자 또는 경도 격자상자 안의 최대값이 예를 들어, 0.5 미만이 될 때까지 순차적으로 검출할 수 있다.In step S63, a representative curve for each career pattern may be determined based on the specific relative frequency map. In this step, starting from the location of the typhoon at the analysis time (day t) on the specific relative frequency map for each course pattern, the grid with the maximum value in each latitude grid box (ie, the grid box extended in the row direction) The points corresponding to the longitude and the latitude of the grid having the maximum value in each longitude grid box (ie, the grid box extended in the column direction) (hereinafter, the maximum value point), It can be detected sequentially until the value is, for example, less than 0.5.

그 후, 진로패턴별 특정 상대 빈도 지도 상에서 (예를 들어, 북쪽 및 서쪽 방향으로) 예를 들어, 순차적인 최대값 지점들 5개에 대한 이동평균된 점들을 연결함으로써, 진로패턴별 대표 곡선이 결정될 수 있다. 도 11은 일 실시예에 따라 태풍 콩레이의 진로를 중기 예측하기 위한 경우, 각각의 진로패턴, 즉, 제1 진로패턴(C1) 및 제2 진로패턴(C2)에 대한 특정 상대 빈도 지도 상에 도시된 최대값 지점들 및 대표 곡선을 나타낸다(도 11a는 제1 진로패턴(C1)에 대한 대표 곡선을, 도 11b는 제2 진로패턴(C2)에 대한 대표 곡선을 나타냄).Then, on a specific relative frequency map for each career pattern (e.g., in the north and west directions), for example, by connecting the moving averaged points for five sequential maximum value points, a representative curve for each career pattern is obtained. can be determined 11 is a diagram on a specific relative frequency map for each path pattern, that is, the first path pattern C1 and the second path pattern C2, in the case of mid-term prediction of the path of Typhoon Kongrei according to an embodiment. The maximum value points and representative curves shown are shown (FIG. 11A shows a representative curve for the first course pattern C1, and FIG. 11B shows a representative curve for the second course pattern C2).

단계 S64에서는, 진로패턴별 대표 곡선 및 총 상대 빈도 지도에 기초하여, 최종 예측 진로가 결정될 수 있다. 이때, 최종 예측 진로는 단계 S63에서 산출된 대표 곡선들 상의 격자점 인덱스(i)에 대하여 이하의 수학식 1에 따른 점수(s)가 가장 높은 대표 곡선으로 결정될 수 있다.In step S64, a final predicted path may be determined based on the representative curve for each path pattern and the total relative frequency map. At this time, the final prediction path may be determined as the representative curve having the highest score (s) according to Equation 1 below with respect to the lattice point index (i) on the representative curves calculated in step S63.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, m은 사용되는 역학 모델을 나타내고, c는 진로패턴을 나타내며, i는 진로패턴 c에 대한 대표 곡선 상의 격자점 인덱스들을 나타낸다. 또한, L(m, c)는 역학 모델 m 및 진로패턴 c에 연관되는 대표 곡선의 길이를 나타낸다. f[m, x(i), y(i)]는 역학 모델 m에 연관되고 진로패턴 c의 대표 곡선에 의해 통과되는, 격자점 [x(i), y(i)]에서의 총 상대 빈도 지도에서의 값이다. 또한, s(m,c)는 역학 모델 m 및 진로패턴 c에 연관되는 대표 곡선의 점수를 나타낸다. 위의 식 1에서는, 대표 곡선의 나중 부분(분자의 두 번째 항)이 강조된다.Here, m represents the dynamic model used, c represents the path pattern, and i represents grid point indices on the representative curve for the path pattern c. In addition, L(m, c) represents the length of a representative curve associated with the epidemiological model m and the career pattern c. f[m, x(i), y(i)] is the total relative frequency at grid point [x(i), y(i)] associated with epidemiological model m and passed by the representative curve of path pattern c value on the map. In addition, s(m,c) represents the score of the representative curve associated with the epidemiological model m and the career pattern c. In Equation 1 above, the latter part of the representative curve (the second term in the numerator) is highlighted.

이상에서 설명된 바와 같은, 본 개시의 실시예들에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법은 역학 모델로부터 예측되는 태풍 진로의 중기 예측 결과에 비해 북서태평양 지역에서 둘 이상의 태풍이 공존하는 경우에 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 분석 시각(t일)에 동경 140도의 서쪽에 중심을 둔 공존하는 태풍들이 고려될 수 있다. 여기서, 공존하는(co-existing) 태풍이란 둘 이상의 태풍들이 동시에 존재하는 것으로서, 그들이 처음 공존하게 되었을 때의 태풍 중심들 간의 거리가 (위도/경도에서) 20도 미만인 경우로 정의된다. 2개의 태풍들이 서로 근접해 있는 경우, 하나의 태풍의 이동은 다른 태풍의 순환에 의해 영향을 받을 수 있고, 따라서, 대규모 지향류는 이들 태풍의 이동을 완전히 설명할 수 없다. 이에 반해, 본 개시의 실시예들에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법은 공존하는 태풍의 진로 예측의 오차를 감소시킬 수 있다.As described above, in the method for predicting the mid-term typhoon path in the western North Pacific region according to the embodiments of the present disclosure, two or more typhoons coexist in the western North Pacific region compared to the mid-term prediction result of the typhoon track predicted from the dynamics model. This can be particularly useful when For example, coexisting typhoons centered west of 140 degrees east longitude at the analysis time (day t) can be considered. Here, a co-existing typhoon is defined as a case in which two or more typhoons exist at the same time, and the distance between the centers of the typhoons when they first coexist is less than 20 degrees (in latitude/longitude). When two typhoons are close together, the movement of one typhoon can be influenced by the circulation of the other, and therefore, large-scale direct currents cannot fully explain the movement of these typhoons. In contrast, the method for predicting the path of a typhoon in the mid-term in the western North Pacific region according to the embodiments of the present disclosure can reduce errors in predicting the path of coexisting typhoons.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법을 적용한 경우(TP-GFS), CFSv2 역학 모델의 와류 검출 알고리즘을 이용한 경우(VT-CFSv2), GEFS 역학 모델의 와류 검출 알고리즘을 이용한 경우(VT-GEFS), GFS 역학 모델의 와류 검출 알고리즘을 이용한 경우(VT-GFS)의 6일 후 내지 8일 후 기간에 대한 예측 진로의 오차를 나타낸다.12 shows GEFS dynamics when the method for predicting the typhoon path in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure is applied (TP-GFS) and when the vortex detection algorithm of the CFSv2 dynamics model is used (VT-CFSv2) In the case of using the vortex detection algorithm of the model (VT-GEFS) and the case of using the eddy detection algorithm of the GFS dynamics model (VT-GFS), the error of the predicted course for the period after 6 days to 8 days is shown.

도 12를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에서 패턴 상관관계 산출에 GFS 역학 모델의 배경장을 이용한 경우(TP-GFS) 6일 후 내지 8일 후 기간에 대해 예측된 태풍 진로의 오차는, 3일의 기간 동안 역학 모델들의 와류 검출 알고리즘만을 이용하여 예측된 태풍 진로의 오차들에 비해 대체로 감소된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, when the background field of the GFS dynamics model is used for pattern correlation calculation in an embodiment of the present disclosure (TP-GFS), the error of the typhoon course predicted for the period from 6 days to 8 days later is, It can be seen that during the 3-day period, it is generally reduced compared to the errors of the typhoon path predicted using only the eddy current detection algorithm of the dynamic models.

한편, 본 개시의 실시예들에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서는 예측인자로서, 500 hPa 지위고도(GPH500)와 함께, 순압성 고도가 적용된 지향류(STEER)가 사용될 수 있다. 이와 달리, 본 기술분야에서는, 태풍 진로를 예측하는 데에 사용하기 위한 예측인자로서, 태풍 강도의 변화와 더 관련이 있는 것으로 알려져 있는 열역학적 기상변수들을 더 고려하는 것이 일반적이다. 즉, 일반적으로 태풍의 진로 예측을 위해서는, 태풍 강도와 지향 층 사이의 관계로 인해 태풍의 이동에 특정한 역할을 하는 것으로 간주되는 추가적인 기상변수들로서, 300 hPa, 500 hPa 및 850 hPa 지위고도들에서의 상대습도가 고려될 필요가 있다.On the other hand, in the method for predicting the course of a typhoon in the mid-term in the Northwest Pacific region according to embodiments of the present disclosure, a direct current (STEER) to which a barometric altitude is applied along with a 500 hPa position altitude (GPH500) can be used as a predictor. there is. In contrast, in the art, it is common to consider more thermodynamic meteorological variables known to be more related to changes in typhoon intensity as predictors for use in predicting the typhoon path. That is, in general, for forecasting the course of a typhoon, as additional meteorological variables considered to play a specific role in the movement of a typhoon due to the relationship between the typhoon intensity and the direction layer, Relative humidity needs to be considered.

그러나, 본 개시의 실시예들에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서는 이러한 상대습도들을 예측인자에 포함시키지 않고도, 이들 상대습도가 포함되는 경우의 중기 진로 예측 결과와 동등한 수준 이상으로 향상된 예측 진로를 획득할 수 있다.However, in the method for predicting the mid-term course of a typhoon in the Northwest Pacific region according to embodiments of the present disclosure, these relative humidities are not included in the predictor, but are equal to or higher than the mid-term course prediction results when these relative humidities are included. It is possible to obtain an improved prediction course.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법에서, 사용되는 예측인자들을 다르게 구성한, 6일 후 내지 8일 후 기간에 대한 예측 진로의 오차를 나타낸다. 도 13에는 패턴 상관관계 산출을 위해 CFSv2 역학 모델의 배경장을 이용한 경우(TP-CFSv2), GEFS 역학 모델의 배경장을 이용한 경우(TP-GEFS), 및 GFS 역학 모델의 배경장을 이용한 경우(TP-GFS)에 예측된 진로 오차들이 도시되어 있다. 이때, 도 13a는 예측인자로서 500 hPa 지위고도(GPH500) 배경장 및 지향류(STEER) 배경장만을 사용한 결과를 나타내고, 도 13b는 이에 부가하여 300 hPa, 500 hPa 및 850 hPa 지위고도들에서의 상대습도 배경장들(RH300, RH500, RH850)을 함께 사용한 결과를 나타낸다. 도 13a 및 도 13b를 비교하면, 본 기술분야에서 태풍의 진로 예측을 위해 일반적으로 고려되는 기상변수들인 상대습도 배경장들에 대한 계산이 포함되지 않더라도, 최종 결과로 예측된 진로의 오차에는 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 실시예들에서는 태풍의 진로 예측을 위한 계산에 사용되는 변수들을 현저히 감소시킴으로써, 전체적인 계산 효율성 및 속도를 향상시킬 수 있다.13 is a method for predicting a typhoon course in the Northwest Pacific region in the mid-term according to an embodiment of the present disclosure, in which the predictors used are configured differently, and the error of the predicted course for the period after 6 to 8 days. 13 shows the case of using the background field of the CFSv2 dynamics model for pattern correlation calculation (TP-CFSv2), the case of using the background field of the GEFS dynamics model (TP-GEFS), and the case of using the background field of the GFS dynamics model ( TP-GFS) the predicted path errors are shown. At this time, FIG. 13a shows the results using only the 500 hPa position altitude (GPH500) background field and the direct current (STEER) background field as predictors, and FIG. The results of using the relative humidity background fields (RH300, RH500, RH850) together are shown. Comparing FIGS. 13A and 13B , even if calculation of relative humidity background fields, which are meteorological variables generally considered for predicting the course of a typhoon in the present art, is not included, there is a large difference in the error of the predicted course as the final result. It can be seen that there is no Accordingly, in the embodiments of the present disclosure, the overall calculation efficiency and speed can be improved by significantly reducing the variables used in the calculation for predicting the path of the typhoon.

나아가, 본 개시의 실시예들에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법은 넓은 위도 및 경도 범위에 걸쳐 지속적으로 예측을 수행할 수 있는 이점을 가진다. 종종, 역학 모델의 출력들에서 검출되는 태풍 진로는 실제 태풍이 소멸하는 위치와 유사한 위치에서 소멸되지는 않는다. 이 경우, 역학 모델의 출력으로부터 검출된 태풍의 진로는 실제 태풍의 진로보다 상당히 더 짧을 수 있다. 이는 역학 모델의 와류 추적 알고리즘이 태풍을 추적하지 못하기 때문에, 또는, 태풍이 중위도로 이동할 때 태풍을 시뮬레이션하는 역학 모델의 오차때문에, 발생할 수 있다. 그러나, 본 개시의 실시예들에 따라 예측된 진로에서는 추출된 과거 진로들의 위도 및 경도의 범위가 실제 태풍의 진로의 길이를 커버하기에 충분히 넓을 수 있기 때문에, 이러한 문제점이 발생하지 않는다.Furthermore, the method for predicting the mid-term typhoon course in the Northwest Pacific region according to embodiments of the present disclosure has the advantage of being able to continuously predict over a wide latitude and longitude range. Often, the path of a typhoon detected from the outputs of the dynamic model does not dissipate at a position similar to that of an actual typhoon. In this case, the path of the typhoon detected from the output of the dynamics model may be considerably shorter than the actual path of the typhoon. This may occur because the vortex tracking algorithm of the dynamics model fails to track the typhoon, or because of an error in the dynamics model simulating the typhoon when the typhoon moves to mid-latitudes. However, in the predicted course according to the embodiments of the present disclosure, this problem does not occur because the latitude and longitude ranges of the extracted past courses can be wide enough to cover the length of the actual typhoon course.

도 14는 2012년에 발생한 태풍 볼라벤의 실제 진로, 본 개시의 일 실시예에 따라 예측된 태풍 볼라벤의 진로, 및 역학 모델의 와류 추적 알고리즘을 이용하여 산출된 태풍 볼라벤의 예측된 진로를 도시한다.14 shows the actual course of Typhoon Bolaven that occurred in 2012, the course of Typhoon Bolaven predicted according to an embodiment of the present disclosure, and the predicted course of Typhoon Bolaven calculated using the vortex tracking algorithm of the dynamics model. show

도 14에서, 별표 마커, 삼각형 마커 및 사각형 마커는 각각, 6일 후, 7일 후 및 8일 후의 태풍의 (예측) 위치를 표시한다. 도 13을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따라 예측된 태풍 볼라벤의 진로(적색)는, CFSv2 역학 모델로부터 예측된 진로(청색)에 비해, 실제 진로(검정색)에 보다 가깝게 예측됨을 알 수 있다.In FIG. 14 , the star marker, triangle marker, and square marker indicate the (predicted) position of the typhoon 6 days later, 7 days later, and 8 days later, respectively. Referring to FIG. 13, it can be seen that the predicted course (red) of Typhoon Bolaven according to an embodiment of the present disclosure is more closely predicted to the actual course (black) than the predicted course (blue) from the CFSv2 dynamics model. can

한편, 본 개시의 실시예들에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법은 역학 모델의 와류 추적 알고리즘을 이용하여 태풍의 중기 진로를 예측하는 경우에 비해 계산 시간이 빠르고, 효율적이다. 예를 들어, CPU로서 Intel 사의 Xeon(R) Gold 5118을, RAM으로서 하이닉스 사의 DDR4 16GB 2666MHz Х 8개를 포함하는 컴퓨터를 이용하여 본 개시의 실시예들에 따른 태풍 진로의 중기 예측을 수행하는 경우, 계산에 소요되는 시간은 예를 들어, 84초(약 1.4분) 내지 762초(약 12.7분)의 범위에 있을 수 있다.On the other hand, the method for predicting the mid-term course of a typhoon in the Northwest Pacific region according to the embodiments of the present disclosure is faster in calculation time and more efficient than the case of predicting the mid-term course of a typhoon using a vortex tracking algorithm of a dynamics model. For example, when performing mid-term prediction of a typhoon course according to embodiments of the present disclosure using a computer including Intel's Xeon(R) Gold 5118 as a CPU and 8 Hynix's DDR4 16GB 2666MHz Х as RAM , the time taken to calculate may be in the range of, for example, 84 seconds (about 1.4 minutes) to 762 seconds (about 12.7 minutes).

이상에서 설명된 바와 같은, 본 개시의 실시예들에 따른 북서태평양 지역의 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법은 컴퓨팅 시스템에 의해 구현되도록 구성될 수 있다. 컴퓨팅 시스템은 예를 들어, 서버, 데스크톱, 노트북, 워크스테이션, PDA(personal digital assistants), 메인프레임, 하나 이상의 다양한 형태의 디지털 컴퓨팅 장치들 등을 포함할 수 있지만, 그에 제한되지 않는다.As described above, the method for predicting the mid-term typhoon path in the western North Pacific region according to embodiments of the present disclosure may be configured to be implemented by a computing system. Computing systems may include, but are not limited to, servers, desktops, notebooks, workstations, personal digital assistants (PDAs), mainframes, one or more types of digital computing devices, and the like, for example.

컴퓨팅 시스템은 하나 이상의 프로세서(들), 하나 이상의 메모리(들) 등을 포함할 수 있다. 프로세서, 메모리 등 각각은 다양한 유무선 통신 수단 및/또는 버스들을 이용하여 상호연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 다수의 프로세서들 및/또는 다수의 메모리들이 사용되거나, 다수의 컴퓨팅 장치들이 연결될 수 있다. 각각의 컴퓨팅 장치들은 예를 들어, 서버, 서버들의 그룹, 또는 다중 프로세서 시스템으로서, 필요한 동작들의 일부를 제공할 수 있다. 복수의 기능 및/또는 동작이 프로세서(들)에 의해 수행되는 경우, 복수의 기능 및/또는 동작은 임의의 수의 컴퓨팅 장치(들)에 포함된 임의의 수의 프로세서(들)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 어느 기능 및/또는 동작이 프로세서(들)에 의해 수행되는 경우, 해당 기능 및/또는 동작은 예를 들어, 분산 컴퓨팅 시스템에서 임의의 수의 컴퓨팅 장치(들)에 포함된 임의의 수의 프로세서(들)에 의해 수행될 수 있다.A computing system may include one or more processor(s), one or more memory(s), and the like. Each of the processor, memory, etc. may be interconnected using various wired/wireless communication means and/or buses. Depending on embodiments, multiple processors and/or multiple memories may be used, or multiple computing devices may be connected. Each computing device may provide some of the necessary operations, for example as a server, group of servers, or multiprocessor system. Where the plurality of functions and/or operations are performed by processor(s), the plurality of functions and/or operations may be performed by any number of processor(s) included in any number of computing device(s). can Further, when a function and/or operation is performed by the processor(s), the function and/or operation may be performed on any number of computing devices included in any number of computing device(s), for example in a distributed computing system. may be performed by the processor(s).

메모리(들)는 컴퓨팅 시스템 내에 정보를 저장하는 비휘발성 메모리 유닛(들)일 수 있다. 메모리(들)는 예를 들어, 플로피 디스크, 하드디스크, 자기 디스크, 광 디스크, 자기 테이프, 플래시 메모리, 솔리드 스테이트 메모리, 컴퓨터 판독 가능 명령들을 저장하는 다양한 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체 등이거나 이를 포함할 수 있다.The memory(s) may be non-volatile memory unit(s) that store information within the computing system. The memory(s) may be or include, for example, a floppy disk, hard disk, magnetic disk, optical disk, magnetic tape, flash memory, solid state memory, various forms of computer readable media storing computer readable instructions, and the like. can

이상에 설명된 바와 같은 하나 이상의 방법들은 메모리(들) 내에 저장된 명령들이 하나 이상의 프로세서(들)에 의해 실행될 때 구현되도록 구성될 수 있다. 이러한 방법들은 디지털 전자 회로, 집적 회로, ASIC(application specific integrated circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 및/또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 다양한 구현들은 명령들을 실행하도록 구성되는, 적어도 하나의 프로그램 가능한 프로세서를 포함하는 프로그램 가능 시스템 상에서 실행 가능한 및/또는 해석 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 상의 구현을 포함할 수 있다.One or more methods as described above may be configured to be implemented when instructions stored in memory(s) are executed by one or more processor(s). These methods may be implemented in digital electronic circuits, integrated circuits, application specific integrated circuits (ASICs), computer hardware, firmware, software, and/or combinations thereof. These various implementations may include implementation on one or more computer programs executable and/or interpretable on a programmable system comprising at least one programmable processor configured to execute instructions.

이러한 컴퓨터 프로그램들(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션 또는 코드라고도 함)은 고수준의 절차 지향 및/또는 객체 지향 프로그래밍 언어로, 그리고/또는 어셈블리어, 기계 언어 등으로 구현될 수 있다.These computer programs (also referred to as programs, software, software applications, or code) may be implemented in high-level procedural and/or object-oriented programming languages and/or in assembly language, machine language, and/or the like.

본 개시에 설명된 상이한 실시예들의 구성요소는 이상에서 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예들을 형성하기 위해 조합될 수 있다. 구성요소들은 그 기능 및/또는 동작에 영향을 미치지 않으면서 본 개시의 실시예들에 설명된 프로세스, 컴퓨터 프로그램, 데이터베이스 등에서 제외될 수 있다.Components of different embodiments described in this disclosure may be combined to form other embodiments not specifically described above. Components may be excluded from processes, computer programs, databases, etc. described in embodiments of the present disclosure without affecting their function and/or operation.

또한, 도면들에 도시된 논리적 흐름은 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적 순서를 요구하지 않는다. 본 개시에 설명된 실시예들이 동작 가능하게 유지되는 한, 특정 동작을 수행하기 위한 순서 또는 단계들의 순서는 중요하지 않음을 이해해야 한다. 또한, 둘 이상의 단계들 또는 동작들이 동시에 수행될 수 있다.Further, the logical flows depicted in the figures do not require any particular order shown or sequential order to achieve desirable results. It should be understood that the order of steps or order for performing a particular action is immaterial so long as the embodiments described in this disclosure remain operable. Also, two or more steps or actions may be performed concurrently.

본 개시에 설명된 실시예들은 특정한 실시예들과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 통상의 기술자는 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 특허청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항의 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.Although the embodiments described in this disclosure have been shown and described in connection with specific embodiments, those skilled in the art can take many forms and details without departing from the spirit and scope of the claims as defined by the appended claims. You need to understand that change can happen.

Claims (13)

태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법으로서,
(1) 미리 결정된 과거 기간 동안 역사적으로 발생되었던 과거 태풍들의 데이터 중에서, 진로를 예측하려고 하는 타겟 태풍의 초기의 특징이 포함된 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들의 데이터를 추출하는 단계;
(2) 군집화 알고리즘을 이용하여, 상기 추출된 과거 태풍들의 데이터로부터 상기 과거 태풍들의 진로들을 다수의 진로패턴들로 군집화하는 단계;
(3) 분석 시각으로부터 6일 후 내지 8일 후의 날에 대해 각각의 상기 진로패턴에 연관된 미리 결정된 예측인자들의 일평균 합성된 관측 배경장들을 산출하는 단계;
(4) 상기 6일 후 내지 상기 8일 후의 날에 대해 하나 이상의 역학 모델들로부터 상기 예측인자들의 일평균 모델 배경장들을 산출하는 단계;
(5) 상기 예측인자들의, 상기 관측 배경장들 및 상기 모델 배경장들 사이의 패턴 상관관계를 계산하여, 상기 진로패턴마다의 가중 인자를 생성하는 단계; 및
(6) 상기 과거 태풍들의 진로들 및 상기 진로패턴마다의 가중 인자를 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하고, 상기 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득하는 단계를 포함하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
As a method for predicting the course of a typhoon in the mid-term,
(1) extracting data of past typhoons that satisfy a preset criterion including initial characteristics of a target typhoon whose course is to be predicted from among data of past typhoons that have historically occurred during a predetermined past period;
(2) clustering the paths of past typhoons into a plurality of path patterns from the extracted data of past typhoons by using a clustering algorithm;
(3) calculating daily average synthesized observation background fields of predetermined predictors associated with each of the course patterns for days 6 to 8 days after the analysis time;
(4) calculating daily average model background fields of the predictors from one or more epidemiological models for days after the 6th to 8th days;
(5) generating a weighting factor for each course pattern by calculating a pattern correlation between the observation background fields and the model background fields of the predictors; and
(6) Generating a relative frequency map using the paths of past typhoons and a weighting factor for each path pattern, and obtaining a final predicted path based on the relative frequency map, mid-term prediction of the path of typhoons way to do it.
제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서,
상기 과거 태풍들의 데이터는 상기 과거 태풍들의 진로 데이터 중 6시간 간격의 태풍 중심 위치 데이터 및 중심 기압 데이터를 포함하며,
상기 타겟 태풍의 초기의 특징은 대한민국 기상청으로부터 제공되는 상기 타겟 태풍의 발생일로부터 후속하는 5일까지의 예측된 위치를 포함하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein in step (1),
The data of the past typhoons includes data of the central position of typhoons and central air pressure data of 6-hour intervals among the course data of the past typhoons,
The initial feature of the target typhoon includes a predicted location from the date of occurrence of the target typhoon to the following 5 days provided by the Korea Meteorological Administration.
제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서 상기 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들은,
(i) 상기 분석 시각에서의 상기 타겟 태풍의 위치 및 후속하는 5일 동안의 각 예측일에서의 상기 타겟 태풍의 위치들을 중심으로 하는 6개의 추출 원들의 순차적인 어레이 중, 최초 추출 원에 진입하고 최종 추출 원으로부터 이탈되는 동안 상기 6개의 추출 원 각각을 통과하고,
(ii) 수명이 6일 이상이며,
(iii) 상기 타겟 태풍의 발생일을 중심으로 하여 전후로 총 3개월의 기간 내에 발생된 과거 태풍들인, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein past typhoons that satisfy the preset criteria in step (1),
(i) of the sequential array of six extraction circles centered on the position of the target typhoon at the analysis time and the positions of the target typhoon on each forecast day for the following 5 days, entering the first extraction source; passing through each of the six extraction sources while leaving the final extraction source;
(ii) has a lifespan of 6 days or more;
(iii) A method for predicting the course of typhoons in the mid-term, which are past typhoons that occurred within a period of three months before and after the target typhoon's occurrence date.
제3항에 있어서, 상기 단계 (2)에서,
상기 군집화 알고리즘은 퍼지 c-평균 군집화 알고리즘이고,
상기 추출된 과거 태풍들의 데이터는 상기 최종 추출 원 내에 나타난 시점 이후의 상기 과거 태풍들의 데이터만을 포함하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 3, wherein in step (2),
The clustering algorithm is a fuzzy c-means clustering algorithm,
The method for predicting the course of a typhoon in the middle term, wherein the extracted data of past typhoons includes only data of the past typhoons after the time when they appear in the final extraction source.
제1항에 있어서, 상기 단계 (3)에서,
상기 미리 결정된 예측인자들은 500 hPa 지위고도, 지향류 동서풍 성분, 및 지향류 남북풍 성분이고,
상기 일평균 합성된 관측 배경장들은 ECMWF의 ERA-Interim으로부터 제공되는 6시간 간격의 0.75°Х0.75° 수평 해상도의 데이터로부터 산출되는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein in step (3),
The predetermined predictors are a 500 hPa position altitude, a directing east-west wind component, and a directing north-south wind component,
The daily average synthesized observation background is calculated from data of 0.75 ° Х0.75 ° horizontal resolution at 6-hour intervals provided from ERA-Interim of ECMWF, a method for predicting the typhoon course in the medium term.
제5항에 있어서,
상기 지향류 동서풍 성분 및 상기 지향류 남북풍 성분은 상기 과거 태풍들의 데이터 중 중심 기압에 따라 서로 다른 지향 층 깊이를 갖는 순압성 고도들 상에서 일평균 합성되는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
According to claim 5,
Method for predicting the course of a typhoon in the medium term, wherein the directing east west wind component and the directing north south wind component are synthesized as daily averages on barometric altitudes having different directing layer depths according to the central air pressure among the data of the past typhoons.
제1항에 있어서, 상기 단계 (4)에서,
상기 하나 이상의 역학 모델들은 NCEP으로부터 제공되는 CFSv2, GEFS 및 GFS 역학 모델들을 포함하고,
상기 모델 배경장들은 상기 관측 배경장들과 동일한 수평 격자망을 갖도록 격자 조정되는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein in step (4),
The one or more dynamic models include CFSv2, GEFS and GFS dynamic models provided by NCEP;
The model background fields are grid-adjusted to have the same horizontal grid as the observation background fields.
제1항에 있어서, 상기 단계 (5)에서,
상기 패턴 상관관계는, 상기 관측 배경장들 및 상기 배경장들에서 상기 진로패턴들 사이에 유의한 차이들이 존재하는 영역 내의 상기 예측인자들의 값들만을 이용하여 계산되고,
상기 유의한 차이들은 일원배치 분산분석을 통해 식별되는 95% 신뢰도 수준에서 통계적으로 유의한 영역인, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein in step (5),
The pattern correlation is calculated using only the values of the predictors within a region in which significant differences exist between the observation background fields and the course patterns in the background fields,
The above significant differences are statistically significant areas at the 95% confidence level identified through one-way ANOVA, a method for predicting the typhoon course in the medium term.
제1항에 있어서, 상기 단계 (5)는,
(5-1) 각각의 상기 과거 태풍들의 사례에 대해, 상기 6일 후 내지 상기 8일 후의 각각의 날에서의 상기 관측 배경장들 및 상기 모델 배경장들의 상기 예측인자들을 정규화하는 단계;
(5-2) 상기 정규화된 관측 배경장들 및 모델 배경장들 간의 패턴 상관계수를 산출하는 단계;
(5-3) 각각의 상기 과거 태풍들의 멤버십 계수를 가중치로 사용하여 상기 6일 후 내지 상기 8일 후의 각각의 날에서의 진로패턴별 멤버평균 상관계수를 산출하는 단계; 및
(5-4) 상기 6일 후 내지 상기 8일 후의 각각의 날에서의 진로패턴별 멤버평균 상관계수를 3일평균하여 상기 진로패턴마다의 가중 인자를 산출하는 단계를 포함하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein the step (5),
(5-1) normalizing the predictors of the observation background fields and the model background fields on each day after the 6 days to the 8 days for each case of the past typhoons;
(5-2) calculating a pattern correlation coefficient between the normalized observation background fields and the model background fields;
(5-3) calculating an average correlation coefficient for each member of each course pattern on each day from the 6th to the 8th day by using the membership coefficient of each of the past typhoons as a weight; and
(5-4) Calculating a weighting factor for each course pattern by 3-day averages of member average correlation coefficients for each course pattern on each day after the 6th to 8th days, mid-term typhoon course How to predict.
제1항에 있어서, 상기 단계 (6)은,
(6-1) 각각의 상기 진로패턴에 속한 상기 과거 태풍들의 진로들을 격자화하여 진로 빈도들을 산출하는 단계;
(6-2) 각각의 격자에 대해 산출된 상기 진로 빈도들을 상기 진로패턴마다의 가중 인자와 곱하여, 특정 상대 빈도 지도 및 총 상대 빈도 지도를 산출하는 단계;
(6-3) 상기 특정 상대 빈도 지도에 기초하여 상기 진로패턴마다의 대표 곡선을 결정하는 단계; 및
(6-4) 상기 진로패턴마다의 대표 곡선 및 상기 총 상대 빈도 지도에 기초하여, 최종 예측 진로를 결정하는 단계를 포함하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 1, wherein the step (6),
(6-1) calculating path frequencies by latticeizing the paths of the past typhoons belonging to each of the path patterns;
(6-2) calculating a specific relative frequency map and a total relative frequency map by multiplying the track frequencies calculated for each grid by a weighting factor for each track pattern;
(6-3) determining a representative curve for each course pattern based on the specific relative frequency map; and
(6-4) a method for predicting a typhoon course in the middle term, including a step of determining a final predicted course based on the representative curve for each course pattern and the total relative frequency map.
제10항에 있어서, 상기 단계 (6-3)에서는,
상기 진로패턴마다의 상기 특정 상대 빈도 지도 상에서 상기 분석 시각에서의 상기 과거 태풍들 각각의 위치로부터 시작하여, 각각의 위도 격자상자 안에서 최대값이 있는 격자의 경도와, 각각의 경도 격자상자 안에서 최대값이 있는 격자의 위도에 해당하는 지점들을, 상기 위도 격자상자 또는 상기 경도 격자상자 안의 상기 최대값이 0.5 미만이 될 때까지 순차적으로 검출한 다음,
상기 진로패턴마다의 상기 특정 상대 빈도 지도 상에서 상기 순차적으로 검출된 지점들의 5개에 대한 이동평균된 점들을 연결함으로써, 상기 진로패턴마다의 대표 곡선을 결정하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 10, wherein in the step (6-3),
Starting from the location of each of the past typhoons at the analysis time on the specific relative frequency map for each course pattern, the longitude of the grid with the maximum value in each latitude grid box, and the maximum value in each longitude grid box Points corresponding to the latitude of the grid with are sequentially detected until the maximum value in the latitude grid box or the longitude grid box is less than 0.5,
By connecting the moving averaged points for the five sequentially detected points on the specific relative frequency map for each path pattern, a representative curve for each path pattern is determined.
제10항에 있어서, 상기 단계 (6-4)에서는,
상기 진로패턴마다의 대표 곡선 상의 격자점 인덱스(i)에 대하여, m은 사용되는 역학 모델을 나타내고, c는 진로패턴을 나타내며, L(m, c)는 역학 모델 m 및 진로패턴 c에 연관되는 대표 곡선의 길이를 나타내고, f[m, x(i), y(i)]는 역학 모델 m에 연관되되 진로패턴 c의 대표 곡선에 의해 통과되는 격자점 [x(i), y(i)]에서의 총 상대 빈도 지도에서의 값을 나타내며, s(m,c)는 역학 모델 m 및 진로패턴 c에 연관되는 대표 곡선의 점수를 나타내는 경우,
Figure pat00003

로 정의되는 상기 대표 곡선의 점수(s(m,c))가 가장 높은 대표 곡선을 최종 예측 진로로 결정하는, 태풍 진로를 중기 예측하기 위한 방법.
The method of claim 10, wherein in the step (6-4),
Regarding the lattice point index (i) on the representative curve for each course pattern, m represents the dynamic model used, c represents the pathway pattern, and L (m, c) is related to the dynamic model m and the pathway pattern c Represents the length of the representative curve, f[m, x(i), y(i)] is the lattice point [x(i), y(i) ] represents the value in the total relative frequency map, and s (m, c) represents the score of the representative curve associated with the epidemiological model m and the career pattern c,
Figure pat00003

A method for predicting the typhoon course in the middle term, which determines the representative curve having the highest score (s (m, c)) of the representative curve defined as the final predicted course.
프로세서 및 메모리를 포함하는 컴퓨팅 시스템으로서,
상기 메모리는 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 프로세서로 하여금,
(1) 미리 결정된 과거 기간 동안 역사적으로 발생되었던 과거 태풍들의 데이터 중에서, 진로를 예측하려고 하는 타겟 태풍의 초기의 특징이 포함된 미리 설정된 기준을 만족하는 과거 태풍들의 데이터를 추출하게 하고,
(2) 군집화 알고리즘을 이용하여, 상기 추출된 과거 태풍들의 데이터로부터 상기 과거 태풍들의 진로들을 다수의 진로패턴들로 군집화하게 하며,
(3) 분석 시각으로부터 6일 후 내지 8일 후의 날에 대해 각각의 상기 진로패턴에 연관된 미리 결정된 예측인자들의 일평균 합성된 관측 배경장들을 산출하게 하고,
(4) 상기 6일 후 내지 상기 8일 후의 날에 대해 하나 이상의 역학 모델들로부터 상기 예측인자들의 일평균 모델 배경장들을 산출하게 하며,
(5) 상기 예측인자들의, 상기 관측 배경장들 및 상기 모델 배경장들 사이의 패턴 상관관계를 계산하여, 상기 진로패턴마다의 가중 인자를 생성하게 하고,
(6) 상기 과거 태풍들의 진로들 및 상기 진로패턴마다의 가중 인자를 이용하여 상대 빈도 지도를 생성하고, 상기 상대 빈도 지도에 기초하여 최종 예측 진로를 획득하게 하는, 컴퓨터 판독 가능 명령들을 저장하도록 구성되는, 컴퓨팅 시스템.
A computing system comprising a processor and memory,
When the memory is executed by the processor, it causes the processor to:
(1) Among the data of past typhoons that have historically occurred during a predetermined past period, extract data of past typhoons that satisfy preset criteria including the initial characteristics of the target typhoon to predict the course,
(2) clustering the paths of past typhoons into a plurality of path patterns from the extracted data of past typhoons using a clustering algorithm;
(3) Calculate daily average synthesized observation backgrounds of predetermined predictors associated with each of the course patterns for days 6 to 8 days after the analysis time,
(4) Calculate daily average model background fields of the predictors from one or more epidemiological models for days after the 6th to 8th days,
(5) Calculate a pattern correlation between the observation background fields and the model background fields of the predictors to generate a weighting factor for each course pattern;
(6) To generate a relative frequency map using the paths of past typhoons and a weighting factor for each path pattern, and to obtain a final predicted path based on the relative frequency map, configured to store computer readable instructions. being, a computing system.
KR1020210110678A 2021-08-23 2021-08-23 System and method for predicting medium-range track of tropical cyclone KR102626758B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210110678A KR102626758B1 (en) 2021-08-23 2021-08-23 System and method for predicting medium-range track of tropical cyclone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210110678A KR102626758B1 (en) 2021-08-23 2021-08-23 System and method for predicting medium-range track of tropical cyclone

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230028864A true KR20230028864A (en) 2023-03-03
KR102626758B1 KR102626758B1 (en) 2024-01-18

Family

ID=85510433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210110678A KR102626758B1 (en) 2021-08-23 2021-08-23 System and method for predicting medium-range track of tropical cyclone

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102626758B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101026071B1 (en) * 2010-10-07 2011-04-04 서울대학교산학협력단 Prediction model for summer typhoon track
KR20160094246A (en) * 2015-01-30 2016-08-09 서울대학교산학협력단 Method for estimating a hurricane path in North Atlantic Ocean using Fuzzy clustering method
KR20200103180A (en) * 2019-02-13 2020-09-02 제주대학교 산학협력단 Method for estimating disaster using Big-data based Synthetic Aperture Radar, and Computer readable medium storing a program of the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101026071B1 (en) * 2010-10-07 2011-04-04 서울대학교산학협력단 Prediction model for summer typhoon track
KR20160094246A (en) * 2015-01-30 2016-08-09 서울대학교산학협력단 Method for estimating a hurricane path in North Atlantic Ocean using Fuzzy clustering method
KR20200103180A (en) * 2019-02-13 2020-09-02 제주대학교 산학협력단 Method for estimating disaster using Big-data based Synthetic Aperture Radar, and Computer readable medium storing a program of the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR102626758B1 (en) 2024-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Roy et al. Tropical cyclone track forecasting techniques―A review
Zhang et al. Forecast of solar energy production-A deep learning approach
Choi et al. Development of heavy rain damage prediction model using machine learning based on big data
Sun et al. Estimating the spatial distribution of solar photovoltaic power generation potential on different types of rural rooftops using a deep learning network applied to satellite images
Li et al. Short-range quantitative precipitation forecasting in Hong Kong
KR101026071B1 (en) Prediction model for summer typhoon track
Carneiro et al. Review on photovoltaic power and solar resource forecasting: current status and trends
Rémillard et al. Cloud regime variability over the Azores and its application to climate model evaluation
Burlando et al. Mesoscale wind climate analysis: identification of anemological regions and wind regimes
CN110929543A (en) Meteorological data processing method and device
KR20160022421A (en) Hybrid seasonal prediction of the Western North Pacific Tropical Cyclone Activity
Schön et al. The error is the feature: How to forecast lightning using a model prediction error
Mukherjee et al. Development of new index-based methodology for extraction of built-up area from landsat7 imagery: Comparison of performance with svm, ann, and existing indices
Liu et al. Estimation of precipitation induced by tropical cyclones based on machine‐learning‐enhanced analogue identification of numerical prediction
CN117556197B (en) Typhoon vortex initialization method based on artificial intelligence
CN114548595A (en) Strong convection weather physical characteristic quantity prediction method and system based on attention mechanism
CN114882373A (en) Multi-feature fusion sandstorm prediction method based on deep neural network
KR102626758B1 (en) System and method for predicting medium-range track of tropical cyclone
CN109583095B (en) North Pacific typhoon extension period forecasting method based on hybrid statistical power model
Saghafian et al. Backcasting long-term climate data: evaluation of hypothesis
Zhang et al. A deep-learning real-time bias correction method for significant wave height forecasts in the Western North Pacific
Bellugi et al. Spatially explicit shallow landslide susceptibility mapping over large areas
Sondermann et al. Atmospheric patterns favourable to storm surge events on the coast of São Paulo State, Brazil
KR102360577B1 (en) Apparatus for calculating cloud motion vector and method thereof
Yue et al. Simulation and prediction of land use change in Dongguan of China based on ANN cellular automata-Markov chain model

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant