KR20230058838A - Method for predicting the probability distribution of ground temperature using a hybrid model, and coumputing apparatus for performing the mehthod - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 모델을 이용한 기후 변화 예측 방법 및 컴퓨팅 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기후 변동성에 따른 동적 예측과 통계적 예측을 결합한 하이브리드 모델을 이용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 기술에 관한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a climate change prediction method and computing device using a hybrid model, and more specifically, to a probability distribution of ground temperature that affects climate using a hybrid model combining dynamic prediction and statistical prediction according to climate variability It relates to a method and apparatus for predictive technology.
기후는 자연적 및 인위적 환경에 따라 지표면의 특정 장소에서 나타나는 종합적인 대기 상태이다. 최근 수십 년 동안 지구의 평균 기온이 변함에 따라. 시간이 지나면서 점차 기후도 변화하고 있다. 기후 변화는 장기간에 걸친 기후의 변동으로 지구 대기에 존재하는 온실 가스의 인위적 배출 및 농도 상승이 주원인이 되어 발생하고 있다. 이러한, 기후 변화는 물적 피해 뿐 만 아니라, 인적 피해까지 유발함에 따라, 기후 변화에 대응 또는 적응하기 위해 대책 수립으로써, 예측하는 기술이 제시되었다.Climate is the overall state of the atmosphere at a particular place on the earth's surface, depending on the natural and anthropogenic environment. As the Earth's average temperature has changed in recent decades. The climate is gradually changing over time. Climate change occurs mainly due to anthropogenic emission and concentration increase of greenhouse gases present in the earth's atmosphere due to climate fluctuations over a long period of time. As such, climate change causes not only material damage, but also human damage, as a countermeasure to respond or adapt to climate change, a predictive technology has been proposed.
자세하게, 기후 예측 기술은 최대 10 일의 중간 범위 예측과 최대 3 개월의 계절적 예측함으로써, 지역 및 계절에 따른 기후 변화를 예측하였다. 또한, 최근에는 수십 년 동안 앙상블 예측 기술의 사용과 향상된 초기화, 결합 및 물리적 매개 변수화로 인해 동적 예측 시스템의 예측 기술이 크게 향상되었다. 그러나, 이러한 개선에도 불구하고 몇 주 이상의 리드 타임에 전 세계의 표면 변수에 대한 능숙한 예측을 생성하는 것은 여전히 어려운 상황이다. 이는 초기 오류가 시간이 지남에 따라 복합화됨에 따라 동적 모델의 예측 기술이 빠르게 악화되기 때문일 수 있다.In detail, climate forecasting technology predicted climate change by region and season, with mid-range forecasts of up to 10 days and seasonal forecasts of up to 3 months. In addition, in recent decades, the use of ensemble prediction techniques and improved initialization, coupling, and physical parameterization have greatly improved the prediction techniques of dynamic prediction systems. However, even with these improvements, generating proficient forecasts of global surface variables in lead times of weeks or more remains challenging. This may be because the predictive skills of dynamic models quickly deteriorate as initial errors compound over time.
그럼에도 불구하고, 기후 예측 기술은 비 계절적 시간 척도를 넘어서 북대서양 진동(NAO) 및 Madden-Julian 진동(MJO)과 같은 주요 기후 모드에 대해 신뢰할 수있는 예측을 생성한다. 다만, 이러한 예측 방식은 기후 모드의 원격 연결 패턴에 따른 즉각적인 영향으로 인해 모델의 예측 기술을 높일 수 있었지만, 원격 연결 패턴의 상대적으로 짧은 시간 척도로 인해 빠르게 약화되는 단점이 있다.Nonetheless, climate forecasting techniques produce reliable forecasts for major climate modes such as the North Atlantic Oscillation (NAO) and the Madden-Julian Oscillation (MJO) over non-seasonal timescales. However, although this prediction method could increase the prediction technology of the model due to the immediate effect of the remote connection pattern of the climate mode, it has the disadvantage of rapidly weakening due to the relatively short time scale of the remote connection pattern.
본 발명은 수치 · 물리에 관한 역학 모델과 통계에 관한 위상 모델이 결합된 하이브리드 모델을 이용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온(T2m)의 확률 분포를 예측하는 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for predicting the probability distribution of the ground temperature (T2m) that affects the climate using a hybrid model in which a numerical/physical dynamics model and a statistical phase model are combined.
본 발명은 해면 기압의 양적 변화를 나타내는 역학 모델을 이용하여 북극 진동(또는, 남극 진동) 및 대기 원격 상관 패턴을 예측함으로써, 통계적 관계를 분석하기 위한 예측 인자를 보다 안정적으로 예측하는 방법 및 장치를 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for more reliably predicting predictors for analyzing statistical relationships by predicting Arctic oscillations (or Antarctic oscillations) and atmospheric telecorrelation patterns using a dynamic model representing quantitative changes in sea level air pressure. to provide.
본 발명은 역학 모델을 통해 예측된 북극 진동(또는, 남극 진동) 및 대기 원격 상관 패턴을 위상 모델의 입력 데이터로 활용함으로써, 예보 선행 기간 동안의 시간에 따른 예측 수준과 불확실성에 의한 분석 신뢰도의 수준을 향상시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다.The present invention utilizes the Arctic oscillation (or Antarctic oscillation) and the atmospheric remote correlation pattern predicted through the dynamics model as input data of the phase model, thereby increasing the level of prediction over time during the preceding period of forecasting and the level of analysis reliability due to uncertainty. It provides a method and apparatus for improving.
본 발명의 일실시예에 따른 기후 변화 예측 방법은 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 북반구에서 나타나는 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계; 역학 모델이 예측한 대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 사용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계; 및 상기 북극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계; 를 포함할 수 있다.A climate change prediction method according to an embodiment of the present invention includes the steps of predicting an index of Arctic Oscillation appearing in the Northern Hemisphere by applying sea level pressure data observed through artificial satellites to a dynamics model; Predicting an index of an atmospheric telecorrelation pattern using the height data of the mid-atmospheric layer (500-hPa) predicted by the dynamics model; and predicting a probability distribution of surface air temperature that affects the climate by applying the index of the Arctic oscillation and the index of the atmospheric telecorrelation pattern to a phase model. can include
본 발명의 실시예에 따른 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계는 상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하는 단계; 및 사전에 관측된 월별 해면 기압으로부터 추출된 북극 진동 패턴에 일별 해면 기압을 내삽하여 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계; 를 포함할 수 있다.The step of predicting the index of Arctic vibration according to an embodiment of the present invention includes extracting sea level air pressure in a sea level region from sea level pressure data through the dynamic model; and predicting an index of Arctic oscillation by interpolating the daily sea level air pressure into the Arctic oscillation pattern extracted from the previously observed monthly sea level air pressure; can include
본 발명의 실시예에 따른 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하는 단계는 상기 역학 모델을 기반으로 앙상블 평균을 이용하여 해면 기압 자료에 포함된 노이즈를 제거하는 단계; 및 상기 노이즈가 제거된 해면 기압 자료에 편향 보정을 수행하여 편향 보정이 수행된 일별 해면 기압을 추출하는 단계; 를 포함할 수 있다.The step of extracting sea level air pressure for each day of the sea level area according to an embodiment of the present invention includes removing noise included in sea level air pressure data by using an ensemble average based on the dynamic model; and performing bias correction on the sea level air pressure data from which the noise has been removed to extract daily sea level air pressure for which the bias correction has been performed. can include
본 발명의 실시예에 따른 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계는 경험적 직교 함수를 통해 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴을 결정하는 단계; 상기 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴에 일별 해면 기압을 내삽하는 단계; 및 상기 내삽에 의한 기상 패턴과 일별 해면 기압 간의 변화값으로부터 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계; 를 포함할 수 있다.The step of predicting the index of Arctic Oscillation according to an embodiment of the present invention includes determining a weather pattern related to monthly sea level air pressure through an empirical orthogonal function; interpolating daily sea level pressure to the weather pattern for the monthly sea level pressure; and estimating an index of Arctic Oscillation from a change value between the interpolated meteorological pattern and daily sea level air pressure; can include
본 발명의 실시예에 따른 북극 진동의 인덱스는 경험적 직교 함수 패턴에 따른 일별 또는, 월별로 정의된 기후 값이 제거된 아노말리가 적용된 값일 수 있다.The index of the Arctic Oscillation according to an embodiment of the present invention may be a value to which an anomaly is applied from which a daily or monthly climate value defined according to an empirical orthogonal function pattern is removed.
본 발명의 실시예에 따른 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계는 경험적 직교 함수를 통해 지위 고도를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.Predicting the index of the atmospheric telecorrelation pattern according to an embodiment of the present invention includes filtering the position elevation through an empirical orthogonal function; and determining an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying a varimax rotation to the weather pattern with respect to the filtered station altitude; can include
본 발명의 실시예에 따른 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계는 상기 위상 모델을 통해 북극 진동의 인덱스로부터 북극 진동의 위상을 결정하는 단계; 상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 북반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계; 를 포함할 수 있다.Predicting the probability distribution of ground air temperature according to an embodiment of the present invention includes determining a phase of the Arctic oscillation from an index of the Arctic oscillation through the phase model; determining a phase of the standby remote correlation pattern from an index of the standby remote correlation pattern through the phase model; and estimating a probability distribution of ground air temperature likely to occur in the northern hemisphere during a specific season according to an advance forecast period from the phase of the determined polar oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern; can include
본 발명의 다른 실시예에 따른 기후 변화 예측 방법은 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 남반구에서 나타나는 남극 진동의 인덱스를 예측하는 단계; 대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계; 및 상기 남극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계; 를 포함할 수 있다.A climate change prediction method according to another embodiment of the present invention includes predicting an index of Antarctic Oscillation appearing in the Southern Hemisphere by applying sea level pressure data observed through artificial satellites to a dynamics model; Predicting the index of the atmospheric telecorrelation pattern by applying the height data of the mid-atmospheric layer (500-hPa) to the epidemiological model; and predicting a probability distribution of surface air temperature that affects climate by applying the index of the Antarctic Oscillation and the index of the atmospheric telecorrelation pattern to a phase model; can include
본 발명의 실시예에 따른 남극 진동의 인덱스를 예측하는 단계는 상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하는 단계; 및 사전에 관측된 월별 해면 기압에 일별 해면 기압을 내삽하여 아노말리가 적용된 남극 진동의 인덱스를 예측하는 단계; 를 포함할 수 있다.The step of predicting the index of the Antarctic Oscillation according to an embodiment of the present invention includes extracting daily sea level pressure in a sea level area from sea level pressure data through the dynamic model; and predicting an anomaly-applied index of the Antarctic Oscillation by interpolating daily sea level pressure with previously observed monthly sea level pressure; can include
본 발명의 실시예에 따른 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계는 경험적 직교 함수를 통해 지위 고도를 필터링하는 단계; 및 상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정하는 단계; 를 포함할 수 있다.Predicting the index of the atmospheric telecorrelation pattern according to an embodiment of the present invention includes filtering the position elevation through an empirical orthogonal function; and determining an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying a varimax rotation to the weather pattern with respect to the filtered station altitude; can include
본 발명의 실시예에 따른 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계는 상기 위상 모델을 통해 남극 진동의 인덱스로부터 남극 진동의 위상을 결정하는 단계; 상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 남극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 남반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계; 를 포함할 수 있다.The step of predicting the probability distribution of ground air temperature according to an embodiment of the present invention includes determining a phase of the Antarctic Oscillation from an index of the Antarctic Oscillation through the phase model; determining a phase of the standby remote correlation pattern from an index of the standby remote correlation pattern through the phase model; and estimating a probability distribution of ground air temperature likely to occur in the southern hemisphere during a specific season according to a forecast advance period from the phase of the determined Antarctic Oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern; can include
본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치에 포함된 프로세서는 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 북반구에서 나타나는 북극 진동의 인덱스를 예측하고, 대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하고, 상기 북극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다.The processor included in the computing device according to an embodiment of the present invention applies sea level air pressure data observed through artificial satellites to a dynamics model to predict the index of the Arctic Oscillation appearing in the Northern Hemisphere, and to predict the position of the middle atmosphere (500-hPa). It is possible to predict the index of the atmospheric telecorrelation pattern by applying the altitude data to the dynamics model, and to predict the probability distribution of surface air temperature that affects the climate by applying the index of the arctic oscillation and the index of the atmospheric telecorrelation pattern to the phase model. .
본 발명의 실시예에 따른 프로세서는 상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하고, 사전에 관측된 월별 해면 기압에 상기 일별 해면 기압을 내삽하여 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention extracts daily sea level air pressure in the sea level region from sea level air pressure data through the dynamic model, and interpolates the daily sea level air pressure to previously observed monthly sea level air pressure to predict the index of Arctic Oscillation. there is.
본 발명의 실시예에 따른 프로세서는 경험적 직교 함수를 통해 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴을 결정하고, 상기 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴에 일별 해면 기압을 내삽하고, 상기 내삽에 의한 기상 패턴과 일별 해면 기압 간의 변화값으로부터 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention determines a weather pattern related to sea level air pressure by month through an empirical orthogonal function, interpolates daily sea level air pressure to the weather pattern related to the monthly sea level air pressure, and interpolates the weather pattern based on the interpolation and sea level air pressure by day. The index of the polar oscillation can be predicted from the change in atmospheric pressure.
본 발명의 실시예에 따른 프로세서는 경험적 직교 함수를 통해 지위 고도에 관한 기상 패턴을 추출하고, 상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정할 수 있다.A processor according to an embodiment of the present invention may extract a weather pattern with respect to position altitude through an empirical orthogonal function, and determine an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying Varimax rotation to the filtered weather pattern with respect to position altitude. .
본 발명의 실시예에 따른 프로세서는 상기 위상 모델을 통해 북극 진동의 인덱스로부터 북극 진동의 위상을 결정하고, 상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하고, 상기 결정된 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 북반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention determines the phase of the Arctic oscillation from the index of the Arctic oscillation through the phase model, determines the phase of the atmospheric telecorrelation pattern from the index of the atmospheric telecorrelation pattern through the phase model, and From the phase of the determined polar oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern, it is possible to predict the probability distribution of surface air temperature that can occur in the northern hemisphere during a specific season according to the forecast advance period.
본 발명의 다른 실시예에 따른 컴퓨팅 장치에 포함된 프로세서는 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 남반구에서 나타나는 남극 진동의 인덱스를 예측하고, 대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하고, 상기 남극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다.The processor included in the computing device according to another embodiment of the present invention predicts the index of the Antarctic Oscillation appearing in the Southern Hemisphere by applying sea level pressure data observed through artificial satellites to a dynamics model, and the position of the middle atmosphere (500-hPa) It is possible to predict the index of the atmospheric telecorrelation pattern by applying the altitude data to the dynamics model, and to predict the probability distribution of surface air temperature that affects the climate by applying the index of the Antarctic Oscillation and the index of the atmospheric telecorrelation pattern to the phase model. .
본 발명의 실시예에 따른 프로세서는 상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하고, 사전에 관측된 월별 해면 기압에 일별 해면 기압을 내삽하여 아노말리가 적용된 남극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention extracts daily sea level air pressure in the sea level region from sea level air pressure data through the dynamic model, and interpolates the daily sea level air pressure to previously observed monthly sea level air pressure to index the anomaly-applied Antarctic Oscillation. can predict
본 발명의 실시예에 따른 프로세서는 경험적 직교 함수를 통해 지위 고도에 관한 기상 패턴을 추출하고, 상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정할 수 있다.A processor according to an embodiment of the present invention may extract a weather pattern with respect to position altitude through an empirical orthogonal function, and determine an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying Varimax rotation to the filtered weather pattern with respect to position altitude. .
본 발명의 실시예에 따른 프로세서는 상기 위상 모델을 통해 남극 진동의 인덱스로부터 남극 진동의 위상을 결정하고, 상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하고, 상기 결정된 남극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 남반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다.The processor according to an embodiment of the present invention determines the phase of the South Pole vibration from the index of the South Pole vibration through the phase model, determines the phase of the atmospheric remote correlation pattern from the index of the atmospheric remote correlation pattern through the phase model, and From the phase of the determined Antarctic Oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern, it is possible to predict the probability distribution of surface air temperature that can occur in the Southern Hemisphere during a specific season according to the forecast advance period.
본 발명의 일실시예에 의하면, 기후 변화 예측 방법은 수치 · 물리에 관한 역학 모델과 통계에 관한 위상 모델이 결합된 하이브리드 모델을 이용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온(T2m)의 확률 분포를 예측할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the climate change prediction method predicts the probability distribution of the ground temperature (T2m) that affects the climate using a hybrid model in which a numerical and physical dynamics model and a statistical phase model are combined. can
본 발명의 일실시예에 의하면, 기후 변화 예측 방법은 해면 기압의 양적 변화를 나타내는 역학 모델을 이용하여 북극 진동(또는, 남극 진동) 및 대기 원격 상관 패턴을 예측함으로써, 통계적 관계를 분석하기 위한 예측 인자를 보다 안정적으로 예측할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method for predicting climate change predicts Arctic oscillations (or Antarctic oscillations) and atmospheric telecorrelation patterns using a dynamic model representing quantitative changes in sea level air pressure, thereby predicting a statistical relationship. Factors can be predicted more reliably.
본 발명의 일실시예에 의하면, 기후 변화 예측 방법은 역학 모델을 통해 예측된 북극 진동(또는, 남극 진동) 및 대기 원격 상관 패턴을 위상 모델의 입력 데이터로 활용함으로써, 예보 선행 기간 동안의 시간에 따른 예측 수준과 불확실성에 의한 분석 신뢰도의 수준을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the climate change prediction method utilizes the Arctic oscillation (or Antarctic oscillation) and the atmospheric remote correlation pattern predicted through the dynamics model as input data of the phase model, thereby It is possible to improve the level of prediction level and the level of analysis reliability by uncertainty.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지면 기온의 확률 분포를 예측하기 위한 전반적인 동작을 설명하기 위한 컴퓨팅 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치에 포함된 프로세서를 통해 세부적인 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 북극 진동(또는, 남극 진동) 및 대기 원격 상관 패턴을 통해 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 모델을 이용해 지역별 예보 적중 숙련도(HSS, Heidke Skill Score)를 평가한 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 역학 모델을 기반으로 앙상블 평균에 따른 겨울철의 북극 진동을 예측하기 위해 시뮬레이션 된 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 북극 진동을 이용해 예보 선행 기간(Lead Time) 내 지면 기온의 확률 분포를 예측한 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 예보 선행 기간 내 북극 진동 또는, 남극 진동의 위상에 대한 신뢰도 평가 기준(Calibration Functions)을 도시한 도면이다.
도 8은는 본 발명의 일실시예에 따른 북극 진동 또는, 남극 진동의 위상을 사용하여 예보 선행 기간 내 특정 지역에 대해 보정된 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 기후 변화 예측 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기후 변화 예측 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a computing device for explaining an overall operation for predicting a probability distribution of ground temperature according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a detailed operation through a processor included in a computing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a process of predicting a probability distribution of ground air temperature through an Arctic Oscillation (or Antarctic Oscillation) and an atmospheric telecorrelation pattern according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing results of evaluating Heidke Skill Score (HSS) for each region using a hybrid model according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing simulated results for predicting Arctic oscillations in winter according to an ensemble average based on a dynamics model according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a result of predicting a probability distribution of ground air temperature within a forecast lead time using Arctic Oscillation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating reliability evaluation criteria (calibration functions) for the phase of the north pole oscillation or the south pole oscillation within a forecast preceding period according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a corrected result for a specific region within a forecast preceding period using the phase of the Arctic Oscillation or the Antarctic Oscillation according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a climate change prediction method according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method for predicting climate change according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지면 기온의 확률 분포를 예측하기 위한 전반적인 동작을 설명하기 위한 컴퓨팅 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a computing device for explaining an overall operation for predicting a probability distribution of ground temperature according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 컴퓨팅 장치(101)는 동적으로 움직이는 대기의 변동성을 고려하여 지역 및 계절에 따라 다르게 나타나는 기후를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치(101)는 역학 모델(103, Dynamic Model)과 위상 모델(104, Phase Model)이 결합된 하이브리드 모델(102, Hybrid Model)을 이용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포(107)를 예측할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
여기서, 역학 모델(103)은 연속적인 대기의 흐름을 고려하여 기후에 영향을 미치는 북극 진동(AO: Arctic Oscillation), 남극 진동(AAO: Antarctic Oscillation) 및 대기 원격 상관 패턴을 예측하기 위한 수치 모델일 수 있다. 일례로, 역학 모델(103)은 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료(105, Sea-Level Pressure Data)를 이용하여 북극 진동의 인덱스 또는, 남극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다. 역학 모델(103)은 500-hPa 지위 고도 자료(106, Geopotential Height Data)를 이용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측할 수 있다.Here, the
역학 모델(103)은 예측 인자와 예측 변수 간의 회귀식에 따른 선형 관계를 기반으로 계절 내(Sub-seasonal) 시간 규모의 북극 진동 또는, 남극 진동을 지속적으로 예측할 수 있다. 본 발명은 역학 모델(103)이 갖는 수치적 오차를 보완하기 위해, 앙상블 평균(Ensemble Average)을 적용할 수 있다. 이때, 본 발명은 날씨를 예측하는 기관들에서 사용되는 수치 예측 모형을 갖는 역학 모델(103)을 활용할 수 있다. 본 발명은 미래 날씨 예측을 위해 복수의 회차로 반복 수행할 수 있으며, 반복 수행된 수행 결과로부터 수용 가능한 모든 앙상블 멤버를 이용해 앙상블 평균을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 역학 모델(103)의 입력 값이 되는 초기장에 임의의 오차를 포함하여 앙상블 평균에 관한 예측을 수행할 수 있다.The
일례로, 역학 모델(103)은 해면 기압 자료(105)로부터 특정 구간 내 무수히 발생하는 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다. 특정 구간은 한 주기를 의미할 수 있으며, 한 주기는 하루, 24시간을 의미할 수 있다. 본 발명은 특정 구간에서 예측된 복수의 북극 진동의 인덱스를 앙상블로 수집하고, 수집한 앙상블에 관한 앙상블 평균을 생성할 수 있다. 본 발명은 앙상블 평균을 이용해 해면 기압 자료에 포함된 노이즈를 제거함으로써, 수치적 오차를 보완할 수 있다.As an example, the
위상 모델(104)은 역학 모델(103)을 통해 수치적으로 예측된 북극 진동 또는, 남극 진동에 통계적 관계를 적용하는 확률 모델 또는, 통계 모델일 수 있다. 위상 모델(104)은 예측 인자와 예측 변수 간 비선형 관계를 기반으로 기후를 예측하기 위한 지면 기온의 확률을 예측할 수 있다.The
여기서, 예측 인자는 각 모델을 통해 결과를 예측할 수 있게 하는 요소로, 일례로, 역학 모델(103)의 예측 인자는 북극 진동 또는, 남극 진동을 예측하기 위한 해수면 기압 정보이거나, 대기 원격 상관 패턴을 예측하기 위한 지위 고도 자료일 수 있다. 위상 모델(104)의 예측 인자는 역학 모델(103)에서 출력된 출력 데이터 즉, 예측된 북극 진동의 인덱스 또는, 남극 진동의 인덱스일 수 있다. 예측 변수는 기후를 예측하기 위해 사용되는 요소로, 일례로, 역학 모델(103)의 예측 변수는 해면 기압, 지위 고도일 수 있으며, 위상 모델(104)의 예측 변수는 T2m일 수 있다.Here, the predictor is an element that enables the result to be predicted through each model. For example, the predictor of the
하이브리드 모델(102)은 역학 모델(103)로부터 출력된 예측 인자를 위상 모델(104)의 입력 데이터로 활용함으로써, 위상 모델(104)을 통해 일정 기간의 예보 선행 기간(Lead Time) 내 기후의 예측 성능을 향상시키는 혼합 모델일 수 있다. 일례로, 하이브리드 모델(102)은 역학 모델(103)에서 예측된 1주에서 3주까지 북극 위상의 위상을 이용하여 1주에서 6주까지 예보 선행 기간에 대해 통계 모델(104)을 통한 북반구의 겨울철 내 지면 기온의 확률 분포(107)를 예측할 수 있다.The
결국, 하이브리드 모델(102)은 동적인 형태를 갖는 역학 모델(103)의 북극 진동(또는, 남극 진동)의 위상과 지면의 대기 원격 상관 패턴의 위상 간의 경험적 관계를 기반으로 한 위상 모델(104)과 결합하여 구축될 수 있다. 이에, 하이브리드 모델(102)은 모든 예측하고자 하는 예보 선행 기간에 대한 기술 점수와 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 비 계절에서의 기후를 예측하기 위한 모델일 수 있다.As a result, the
따라서, 컴퓨팅 장치(101)는 하이브리드 모델(102)을 이용하여 북반구 또는, 남반구에서 나타나는 지면 기온의 확률 분포(107)를 각각 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치(101)는 각각 예측된 지면 기온의 확률 분포(107)를 분석하여 계절별 북반구 또는, 남반구의 각 기후를 보다 정확하게 예측할 수 있다.Accordingly, the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치에 포함된 프로세서를 통해 세부적인 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a detailed operation through a processor included in a computing device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 컴퓨팅 장치는 기후 변화 예측 방법을 수행할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 기후 변화 예측 방법을 수행하기 위해 프로세서(201)를 포함할 수 있다. 프로세서(201)는 다음의 동작을 수행함으로써, 하이브리드 모델(102)을 이용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다. 여기서, 하이브리드 모델(102)은 역학 모델(103)과 위상 모델(104)이 결합된 혼합 모델일 수 있다.Referring to FIG. 2 , the computing device may perform a climate change prediction method. The computing device may include a
① 역학 모델① Mechanics model
프로세서(201)는 기후 예측의 정확도를 높이기 위해, 역학 모델(103)을 통한 북극 진동(또는, 남극 진동: 이하에서는, 북반구의 북극 진동을 중심으로 발명을 설명하도록 한다.)의 위상에 대한 초기값을 설정할 수 있다.In order to increase the accuracy of climate prediction, the
자세하게, 프로세서(201)는 역학 모델(103)을 활용하여 북극 진동의 인덱스 또는, 남극 진동의 인덱스(205) 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스(206)를 예측할 수 있다. 프로세서(201)는 컴퓨팅 장치(101)는 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료(105)를 역학 모델(103)에 적용하여 북반구에서 나타나는 북극 진동의 인덱스(205)를 예측할 수 있다. 여기서, 해면 기압 자료(105)는 기온을 예측하기 위한 수평 해상도에서 일일 2 미터 온도(T2m)를 나타내는 자료일 수 있다. 일례로, 해수 온도 자료(105)는 12 월에서 2 월 (DJF)까지 위도 2.5 ° Х 경도 2.5 °의 수평 해상도에서 ECMWF (European Center for Medium Range Weather Forecasts)의 일일 2 미터 온도 (T2m)를 사용한 자료일 수 있다.In detail, the
프로세서(201)는 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압(204)를 추출할 수 있다. 여기서, 프로세서(201)는 역학 모델을 기반으로 앙상블 평균을 이용하여 해면 기압 자료에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 일례로, 프로세서(201)는 2.5 ° Х 2.5 ° 그리드에 수평으로 해면 기압 자료를 보간함으로서, 수치적 오차를 보정할 수 있다. 본 발명은 다음의 수학식 1 및 수학식 2을 통해 앙상블 평균에 따른 바이어스를 수정할 수 있다.The
여기서, H와 O는 각 그리드 포인트에서 각각의 과거 재현 자료(hindcast) 및 관찰 데이터 세트를 나타내고, 프라임은 편향 보정된 역치를 나타내고 오버 바는 월간 기후를 나타낼 수 있다.Here, H and O represent hindcast and observation data sets, respectively, at each grid point, primes represent bias-corrected threshold values, and over bars may represent monthly climates.
여기서, 는 편이 보정된 과거 재현 자료를 의미하며, 는 예측된 월별 기후값을 의미하고, 는 관측된 월별 기후값을 의미하며, 는 주별 예측 선행 시간 을 의미할 수 있다.here, Means the past reproduction data with side correction, is the predicted monthly climate value, is the observed monthly climate value, is the predicted lead time by week can mean
프로세서(201)는 노이즈가 제거된 해면 기압 자료에 편향 보정을 수행하여 편향 보정이 수행된 일별 해면 기압(204)를 추출할 수 있다.The
이후, 프로세서(201)는 월별 해면 기압(203)에 일별 해면 기압(204)를 내삽하여 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다. 월별 해면 기압(203)은 사전에 관측 및 수집된 정보로, 프로세서(201)는 데이터 베이스(202)에 저장된 월별 해면 기압(203)를 이용할 수 있다.Thereafter, the
프로세서(201)는 경험적 직교 함수(EOF: empirical orthogonal function)를 통해 월별 해면 기압(203)에 관한 기상 패턴을 결정할 수 있다. 프로세서(201)는 월별 해면 기압(203)에 관한 기상 패턴에 일별 해면 기압(204)를 내삽하여, 내삽에 의한 기상 패턴과 일별 해면 기압 간의 변화값으로부터 북극 진동의 인덱스(205)를 예측할 수 있다. 일례로, 프로세서(201)는 북위 20도 이상의 지역에서 관측된 월별 해면 기압(203)에 관한 아노말리의 첫번째 경험적 직교 함수 패턴에 편향 보정된 일별 해면 기압(204)에 관한 아노말리를 내삽하여 북극 진동의 인덱스(205)를 예측할 수 있다.The
여기서, 북극 진동의 인덱스(205)는 경험적 직교 함수 패턴에 따른 일별 또는, 월별로 정의된 기후 값이 제거된 아노말리(anomaly)가 적용된 값일 수 있다. 이때, 아노말리는 월별 혹은 일별로 정의된 기후값을 제거한 값일 수 있다. 일례로, 북극 진동의 인덱스(205)는 ECMWF 과거 재현 자료(hindcast)의 SLP 내 아노말리가 적용된 것으로, -5 ~ +5 사이의 수치로 진동 강도를 표현할 수 있다. 양성(Positive Phase)은 북극 진동의 인덱스가 0.43 이상일 때를 의미하고, 반대로, 음성(Negative Phase)은 -0.43 이하일 때를 의미할 수 있다.Here, the
본 발명은 남극 진동의 인덱스를 예측함에 있어, 위에서 상술한 북극 진동의 인덱스를 예측하는 방법과 동일하나, 남위 20도 이하의 지역에서 관측된 월별 해면 기압에 관한 아노말리의 첫번째 경험적 직교 함수 패턴에 편향 보정된 일별 해면 기압에 관한 아노말리를 내삽하여 남극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다.In predicting the index of the Antarctic oscillation, the present invention is the same as the method of predicting the index of the Arctic oscillation described above, but the first empirical orthogonal function pattern of the anomaly for the monthly sea level pressure observed in the region below 20 degrees south latitude The index of the Antarctic Oscillation can be predicted by interpolating a bias-corrected daily sea level pressure anomaly.
프로세서(201)는 주별 예측 성능 평가를 위하여 대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료(106)를 역학 모델(103)에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스(206)를 예측할 수 있다. 프로세서(201)는 경험적 직교 함수를 통해 지위 고도를 필터링할 수 있다. 프로세서(201)는 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전(Varimax Rotation)을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스(206)를 결정할 수 있다. 베리맥스 회전은 필터링 된 지위 고도를 대상으로 하나의 요인에 높게 적재되는 예측 변수의 수를 줄이는 방식일 수 있다. 결국, 프로세서(201)는 지위 고도에 대해 경험적 직교 함수로 필터링 한 후, 베리맥스 회전을 이용한 회전된 경험적 직교 함수(REOF, Rotated Empirical Orthogonal Function)로 재 정의함으로써, 대기 원격 상관 패턴의 인덱스(206)를 예측할 수 있다.The
일례로, 본 발명은 대류권 중층에서 정의되는 북대서양 진동(NAO, North Atlantic Oscillation), 태평양-북미 패턴(PNA, Pacific/North American Pattern), 동대서양(EA, East Atlantic), 동대서양/서러시아(EAWR, East Atlantic/Western Russia), (SCAND, Scandinavia), (PE, Polar/Eurasia), (WP, West Pacific) 등을 포함한 북반구의 대기 원격 상관 패턴에 대해 인덱스를 예측할 수 있다.As an example, the present invention is defined in the mid-tropospheric North Atlantic Oscillation (NAO), Pacific / North American Pattern (PNA), East Atlantic (EA), East Atlantic / West Russia ( Indices can be predicted for northern hemisphere atmospheric telecorrelation patterns, including EAWR, East Atlantic/Western Russia), (SCAND, Scandinavia), (PE, Polar/Eurasia), and (WP, West Pacific).
② 위상 모델② Phase model
프로세서(201)는 위상 모델(104)을 통한 경험적 관계를 적용하여 북극 진동의 인덱스(205) 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스(206)에 따른 지면 기온의 확률 분포(107)를 예측할 수 있다.The
자세하게, 프로세서(201)는 역학 모델(103)의 출력 데이터, 즉, 북극 진동의 인덱스(205) 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스(206)을 위상 모델(104)의 입력 데이터로 이용할 수 있다. 프로세서(201)는 북극 진동의 인덱스(205) 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스(206)를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포(107)를 예측할 수 있다.In detail, the
프로세서(201)는 위상 모델을 통해 북극 진동의 인덱스(205)로부터 북극 진동의 위상(207)을 결정하고, 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상(208)을 결정할 수 있다. 프로세서(201)는 북극 진동의 위상(207) 및 대기 원격 상관 패턴의 위상(208)으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 북반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 북극 진동(또는, 남극 진동) 및 대기 원격 상관 패턴을 통해 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 과정을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a process of predicting a probability distribution of ground air temperature through an Arctic Oscillation (or Antarctic Oscillation) and an atmospheric telecorrelation pattern according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 하이브리드 모델(102)은 역학 모델(104)과 위상 모델(103)이 결합된 혼합 모델로, 완전 예보 결정(Perfect Prognosis)을 통해 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
S1(301)에서 컴퓨팅 장치는 역학 모델(104)을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출할 수 있다.In
S2(302)에서 컴퓨팅 장치는 특정 구간의 앙상블 평균을 이용하여 해면 기압 자료에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 노이즈가 제거된 해면 기압 자료에 편향 보정을 수행하여 편향 보정이 수행된 일별 해면 기압을 추출할 수 있다.In
S3(303)에서 컴퓨팅 장치는 경험적 직교 함수를 통해 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴을 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴에 일별 해면 기압을 내삽할 수 있다.In
S4(304)에서 컴퓨팅 장치는 내삽에 의한 기상 패턴과 일별 해면 기압 간의 변화값으로부터 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 역학 모델(104)을 통해 지위 고자 자료로부터 지면의 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측할 수 있다. 이후, 컴퓨팅 장치는 역학 모델(104)을 통해 출력된 출력 데이터(북극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스)를 위상 모델(103)의 입력 데이터로 이용할 수 있다.In
컴퓨팅 장치는 북극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스에 대응하여 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상을 각각 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 역학 모델(103)의 북극 진동의 위상과 지면의 대기 원격 상관 패턴의 위상 간의 경험적 관계를 기반으로 한 위상 모델(104)과 결합하여 구축할 수 있다. 위상 모델은 예측 인자(AO)와 예측 변수(T2m) 간의 합성장에 의해 관측될 수 있다.The computing device may determine the phase of the Arctic oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern, respectively, corresponding to the index of the Arctic oscillation and the index of the atmospheric telecorrelation pattern. The computing device may be built in conjunction with the
이때, 컴퓨팅 장치는 완전 예보 결정(Perfect Prognosis)을 통해 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다. 완전 예보 결합은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the computing device may predict the probability distribution of the ground temperature through perfect prognosis. The perfect prediction combination can be expressed as
본 발명은 관측 자료에 기반하여 예측 인자와 예측 변수 간에 관계식을 산출할 수 있으며, 이는 역학 모형의 예측 결과가 완벽하다는 가정하에 역학 모델에서 산출된 결과를 예측 인자로 사용할 수 있다. 이후, 컴퓨팅 장치는 완전 예보 결정에 따른 역학 모델을 통해 예측된 북극 진동의 위상(초기) 및 예보 선행 기간 간에 관계를 결합함으로써, 예보 선행 기간에 따른 예측 성능의 감소를 지연시키면서, 보다 정확한 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다The present invention can calculate a relational expression between a predictor and a predictor variable based on observational data, and the result calculated from the epidemiological model can be used as a predictor under the assumption that the prediction result of the epidemiological model is perfect. Then, the computing device combines the relationship between the phase (initial) of the Arctic oscillation and the forecast advance period predicted through the dynamic model according to the complete forecast determination, thereby delaying the decrease in forecast performance according to the forecast advance period, and obtaining more accurate ground temperature. can predict the probability distribution of
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 모델을 이용해 지역별 예보 적중 숙련도(HSS, Heidke Skill Score)를 평가한 결과를 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing results of evaluating Heidke Skill Score (HSS) for each region using a hybrid model according to an embodiment of the present invention.
도 4의 그래프는 지역별 예보 선행 기간에 따라 예측된 지면 기온의 확률 분포를 나타내는 그래프이다. 본 발명은 지역별로 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상 간에 나타나는 이상 분포의 관계를 분석함으로써, 예보 선행 기간에 따라 변화하는 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다. 본 발명은 예보 선행 기간 별로 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상 간에 서로 다른 관계를 분석할 수 있다. 여기서, 1 주는 7 일, 즉 4-10 일을 중심으로 한 평균 7 일로 정의될 수 있다. 또한, 2 주차부터 6 주차까지 각각 14 일에서 42 일을 중심으로 한 7 일로 정의될 수 있다. 이는 아래의 표 1과 같이 나타낼 수 있다.The graph of FIG. 4 is a graph showing the probability distribution of the predicted ground air temperature according to the preceding forecasting period for each region. The present invention can predict the probability distribution of ground air temperature that changes according to the preceding period of forecasting by analyzing the relationship of the abnormal distribution appearing between the phase of the polar oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern for each region. The present invention can analyze different relationships between the phase of the Arctic oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern for each forecast preceding period. Here, one week may be defined as 7 days, that is, an average of 7 days centered on days 4-10. In addition, it may be defined as 7 days centered on 14 to 42 days from
도 4의 범주로, AO7918은, NOAA/CPC를 통해 관측된 북극 진동을 의미하며, AO9817은 본 발명에서 제안한 방식을 통해 예측된 북극 진동의 의미할 수 있다. 또한, H1 ~ H4는 하이브리드 모델에서 예측 가능한 각 단계를 의미하며, H1은, 1주 예측된 북극 진동의 위상을 예측 인자로 결합한 버전(1 week dyn. fcst)일 수 있다. 이는 역학 모델의 높은 초기 예측 성능이 확률 예측 향상에 기여할 수 있다.H2는 2주 예측된 북극 진동의 위상을 예측 인자로 결합한 버전(2 week dyn. fcst)일 수 있다. 이는 Week 2에서, H1과 유사하나, H1 대비 낮은 예보 적중 숙련도를 나타내며, Week 3-4에서, 유라시아 지역을 한정하여 H1 대비 개선된 예측 성능을 향상시킬 수 있다. H3, H4는 Week 4의 예측 성능을 향상시킬 수 있다.In the category of FIG. 4 , AO 7918 may mean the Arctic oscillation observed through NOAA/CPC, and AO 9817 may mean the Arctic oscillation predicted through the method proposed in the present invention. In addition, H1 to H4 denote each predictable step in the hybrid model, and H1 may be a version (1 week dyn. fcst) in which the phase of the north pole oscillation predicted for 1 week is combined as a predictor factor. This suggests that the high initial prediction performance of the dynamics model may contribute to improving probability prediction. This is similar to H1 in
이러한, 각 버전은 아래의 표 2와 같이 나타낼 수 있다.These, each version can be represented as shown in Table 2 below.
ⓐ 예보 선행 기간 (1주)프로세서는 1주차 기후를 예측하는 경우, 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상 간 이상 분포 사이의 동시 관계를 통해 지면 기온의 확률 분포를 동적으로 예측할 수 있다.ⓐ Prediction period (1 week) When predicting the first week of climate, the processor can dynamically predict the probability distribution of surface air temperature through the simultaneous relationship between the polar oscillation phase and the anomaly distribution between the phases of the atmospheric telecorrelation pattern.
ⓑ 예보 선행 기간 (2주 이상)ⓑ Pre-forecast period (more than 2 weeks)
프로세서는 2주차 이상의 기후를 예측하는 경우, 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상 간 이상 분포 간의 지연 관계를 통해 지면 기온의 확률 분포를 동적으로 예측할 수 있다.In case of predicting the climate of the second week or more, the processor may dynamically predict the probability distribution of the surface air temperature through a delay relationship between the phase of the Arctic oscillation and the abnormal distribution between the phases of the atmospheric telecorrelation pattern.
본 발명은 다음의 수학식 4와 같이 정의되는 예보 적중 숙련도(HSS, Heidke Skill Score)를 사용하여 예보 선행 기간 별 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다.In the present invention, the probability distribution of the ground temperature for each forecast preceding period can be predicted using the Heidke Skill Score (HSS) defined as in
여기서, T는 총 예측 수를 의미하고, C는 성공적인 예측 수를 의미하고, E는 우연히 예상되는 성공 예측 수를 의미이며, 이는 세 가지 범주 예측의 경우, 북극 진동의 조건에 따른 변화로써, 약 T / 3 로 채택될 수 있으며, 이는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Here, T means the total number of predictions, C means the number of successful predictions, and E means the number of successful predictions expected by chance. It can be adopted as T / 3, which can be expressed as in
HSS 범위는 -50 %에서 100 %까지 이며 0은 무작위 예측보다 더 나은 기술을 나타내는 모델의 기준선을 나타낸다.The HSS ranges from -50% to 100%, with 0 representing the baseline of the model demonstrating a better technique than random prediction.
도 4의 그래프 (a)는 북반구(Northern Hemisphere) 지역의 예보 적중 숙련도를 평가한 결과이고, 도 4의 그래프 (b)는 유라시아(Eurasia) 지역의 예보 적중 숙련도를 평가한 결과이며, 도 4의 그래프 (c)는 북아메리카(North America) 지역의 예보 적중 숙련도를 평가한 결과일 수 있다.The graph (a) of FIG. 4 is the result of evaluating the forecast accuracy proficiency in the Northern Hemisphere region, and the graph (b) of FIG. 4 is the result of evaluating the forecast accuracy proficiency of the Eurasia region. Graph (c) may be a result of evaluating proficiency in forecasting in North America.
각 지역을 중심으로 예보 선행 기간에 따라 평가한 예보 적중 숙련도를 평가한 결과를 살펴보면, 도 4의 그래프 (a) ~ (c)에서 기존의 북극 진동을 이용한 방법은 예보 선행 기간이 길어질수록 예보 적중 숙련도가 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 이는 단일 위상 모델을 기반으로 과거의 북극 진동을 이용함에 따라 기후의 예측에 낮은 정확도를 갖는 것일 수 있다. 반면, 본 발명에서 제안한 하이브리드 모델을 이용한 방법은 예보 선행 기간이 길어지더라도 비교적 평평하게 유지되는 것으로 나타나며, 이는 예보 선행 기간에서 역학 모델을 통해 예측된 북극 진동을 이용한 통계 모델을 활용함으로써, 동적 모델에서의 기후 예측에 관한 높은 정확도를 가지며, 이에 따른 예측 성능이 향상된 것으로 파악할 수 있다.Looking at the results of evaluating the forecast hit proficiency evaluated according to the forecast lead period centered on each region, in the graphs (a) to (c) of FIG. It can be seen that the skill level is lowered, which may be due to low accuracy in predicting climate as the past Arctic oscillation is used based on a single phase model. On the other hand, the method using the hybrid model proposed in the present invention appears to remain relatively flat even if the forecast lead period becomes longer. It can be seen that it has high accuracy for climate prediction in , and thus the prediction performance is improved.
또한, 도 4의 그래프 (a) ~ (c) 중 그래프 (b)에 해당하는 유라시아(Eurasia) 지역의 예보 적중 숙련도가 다른 그래프 (a), (c)에 비해 단일 위상 모델과의 간격이 다소 낮은 것으로 나타난다. 이는 유라시아 지역에서 비교적 높은 북극 진동의 초기 위상을 예측 성능이 높은 것으로 파악되며, 북극 진동과 유라시아 지역의 기온 간에 강한 연관성을 갖는 것으로 확인할 수 있다.In addition, among the graphs (a) to (c) of FIG. 4, the forecast hit skill in the Eurasia region corresponding to graph (b) is slightly different from the single phase model compared to other graphs (a) and (c). appears low. This indicates that the initial phase of the Arctic Oscillation, which is relatively high in Eurasia, has high predictive performance, and it can be confirmed that there is a strong correlation between the Arctic Oscillation and the temperature in Eurasia.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 역학 모델을 기반으로 앙상블 평균에 따른 겨울철의 북극 진동을 예측하기 위해 시뮬레이션 된 결과를 도시한 도면이다.5 is a diagram showing simulated results for predicting Arctic oscillations in winter according to an ensemble average based on a dynamics model according to an embodiment of the present invention.
도 5의 그래프는 겨울철 북극 진동의 위상을 예측한 결과로, 예보 선행 기간 별 과거 재현 자료의 북극 진동에 대한 예보 적중 숙련도를 나타낸다. 본 그래프는 북극 진동의 위상이 진폭(Active Phases)되는 시기를 파악할 수 있다.The graph of FIG. 5 is a result of predicting the phase of the Arctic oscillation in winter, and shows the skill level of forecast accuracy for the Arctic oscillation of past reproduction data for each forecast preceding period. In this graph, it is possible to determine when the phase of the polar oscillation becomes an amplitude (Active Phases).
자세하게, 본 발명은 과거 재현 자료를 재 예측한 모든 단계(All)를 평가하면 임의의 예측(즉, HSS> 0 %)보다 더 숙련된 예측으로 최대 32 일까지 예측할 수 있다. 이때, 예측 1 일의 초기 스킬은 85 %에 가까운 예보 적중 숙련도에서 시작되며 이는 예측 14 일에 약 35 %로 감소할 수 있다. 예측 32에는 예보 적중 숙련도가 15%까지 감소하나, 중립 단계(Neu: Neutral)보다 높게 유지될 수 있다.In detail, the present invention can predict up to 32 days with a more skilled prediction than any prediction (i.e., HSS > 0%) by evaluating all stages (All) of re-predicting past reproduction data. At this time, the initial skill on the first day of prediction starts at a forecast hit skill level close to 85%, which may decrease to about 35% on the 14th day of prediction. Forecast hit proficiency is reduced by 15% at Prediction 32, but can be maintained higher than Neutral (Neu).
본 발명은 활성 단계(Pos: Positive & Neg: Negative)에 대해 기술을 측정하면 모든 단계(All)에 비해 모든 리드 타임에 대해 예측 기술이 5-20 % 증가할 수 있다. 다만, 활성 단계를 구성하는 긍정 단계(Pos)와 부정 단계(Neg)의 기술 차이는 미미할 수 있다. 다만, 예보 적중 숙련도는 중립 단계(Neu)에 대한 예측 일 11 일에 0 % 아래로 떨어지는 것으로 보여 진다.In the present invention, measuring skills for active phases (Pos: Positive & Neg: Negative) can increase predictive skills by 5-20% for all lead times compared to all phases (All). However, the technical difference between the positive phase (Pos) and the negative phase (Neg) constituting the active phase may be insignificant. However, forecast hit proficiency is shown to fall below 0% on forecast day 11 for the neutral phase (Neu).
따라서, 본 발명에서 제안하는 역학 모델을 통한 북극 진동의 증폭으로 인한 신뢰할 수 있는 예측은 동적 모델의 긍정 단계(Pos)와 부정 단계(Neg)에서 가능하고, 보다 숙련된 예측은 중립 단계(Neu)의 경우로 2 주에 제한될 수 있다.Therefore, reliable prediction due to the amplification of the polar oscillation through the dynamic model proposed in the present invention is possible in the positive phase (Pos) and negative phase (Neg) of the dynamic model, and more skilled prediction is possible in the neutral phase (Neu) may be limited to two weeks in the case of
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 북극 진동을 이용해 예보 선행 기간(Lead Time) 내 지면 기온의 확률 분포를 예측한 결과를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a result of predicting a probability distribution of ground air temperature within a forecast lead time using Arctic Oscillation according to an embodiment of the present invention.
도 5의 그래프는 ECMWF의 과거 재현 자료의 T2m을 예측한 결과로, 예보 선행 기간 내 겨울철의 기온에 관한 예보 적중 숙련도를 나타낸다. 본 발명은 하이브리드 모델을 기반으로 T2m에 대해 도 5에 개시된 긍정 단계(Pos)와 부정 단계(Neg)에서 평가할 수 있다.The graph of FIG. 5 is a result of predicting T 2m of past reproduction data of ECMWF, and shows the skill level of predicting the temperature in winter in the forecast preceding period. In the present invention, T 2m can be evaluated at the positive stage (Pos) and the negative stage (Neg) disclosed in FIG. 5 based on the hybrid model.
도 5의 그래프를 살펴보면, 예보 적중 숙련도는 열대 지역에서 지속적으로 정확도가 높은 것으로 나타내며, 이는 ENSO(El Nio-Southern Oscillation)의 대규모 변동성이 낮기 때문일 수 있다. 반면, 예보 적중 숙련도는 중 ·고위 지역에서 초기의 높은 예측 성능이 빠르게 감소하는 것으로 나타나며, 이는 중위도의 강한 온도 경도 ~ 경합이 불안정하며, 대륙을 중심으로 더욱 급격하게 예측성이 감소하기 때문일 수 있다. 이러한 결과는, 아래의 표 3과 같이 나타낼 수 있다.Looking at the graph of FIG. 5, the forecast hit proficiency shows consistently high accuracy in the tropical region, which is ENSO (El Ni This may be due to the low large-scale volatility of the o-Southern Oscillation. On the other hand, forecast hit proficiency shows that the initial high forecasting performance rapidly decreases in the middle and high latitudes, which may be because the strong temperature gradient in the mid-latitude ~ competition is unstable, and the predictability decreases more rapidly around the continent. . These results can be shown in Table 3 below.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 예보 선행 기간 내 북극 진동 또는, 남극 진동의 위상에 대한 신뢰도 평가 기준(Calibration Functions)을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating reliability evaluation criteria (calibration functions) for the phase of the north pole oscillation or the south pole oscillation within a forecast preceding period according to an embodiment of the present invention.
도 7을 살펴보면, 신뢰도 평가는 '1'에 가까울수록 최소한의 오차를 통해 안정적으로 일관성 있게 기후를 측정한 것으로 판단할 수 있다. 이는 그래프(701)과 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 7 , the closer the reliability evaluation is to '1', the more it can be determined that the climate is measured stably and consistently through a minimum error. This can be represented as a
그래프(701)를 기준으로 좌측에 도시된 그래프(702)는 '1'을 기준으로 x축에서 다소 오차가 발생하였으나, 이는 예측 인자의 조건에 대응하여 적절하게 예측한 결과로, 높은 정확도를 가질 수 있다. 그래프(701)를 기준으로 우측에 도시된 그래프(703)는 '1'을 기준으로 x축 및 y측에서 큰 오차가 발생하였으며, 이는 예측 인자의 조건에 부합하게 예측한 결과로 낮은 정확도를 가질 수 있다.In the
또한, 그래프(701)를 기준으로 상측에 도시된 그래프(704)는 '1'을 기준으로 하위 영역에 낮은 기울기를 가진 형태로, 이는 예측 인자의 조건에 비해 과도하게 예측한 결과로, 축축한 편향(wet bias)을 나타낸다. 그리고, 그래프(701)를 기준으로 상측에 도시된 그래프(705)는 '0'을 기준으로 상위 영역에 높은 기울기를 가진 형태로, 이는 예측 인자의 조건에 비해 과소하게 예측된 결과로, 건조한 편향(dry bias)를 나타낸다.In addition, the
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 모델의 신뢰도를 개선한 결과를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a result of improving reliability of a hybrid model according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 컴퓨팅 장치는 4주의 예보 선행 기간에 대한 하이브리드 모델의 신뢰도를 개선할 수 있다. 도 8의 그래프들은 본 발명은 예측 확률 및 상대 주파수 간에 관계를 나타낼 수 있다. 도 8의 (a)는 긍정 단계의 북극 진동으로, 낮은 정확도를 갖는 그래프이고, 도 8의 (b)는 긍정 단계의 북극 진동으로, 높은 정확도를 갖는 그래프이다. 또한, 도 8의 (c)는 부정 단계의 북극 진동으로 낮은 정확도를 갖는 그래프이고, 도 8의 (d)는 부정 단계의 북극 진동으로 높은 정확도를 갖는 그래프이다.Referring to FIG. 8 , the computing device may improve the reliability of the hybrid model with respect to the 4-week forecast lead period. The graphs of FIG. 8 may represent the relationship between predicted probability and relative frequency according to the present invention. Figure 8 (a) is a graph with low accuracy of the polar oscillation of the positive stage, and Figure 8 (b) is a graph with high accuracy of the polar oscillation of the positive stage. In addition, (c) of FIG. 8 is a graph with low accuracy due to negative polarity oscillation, and FIG. 8 (d) is a graph with high accuracy due to negative polarity oscillation.
컴퓨팅 장치는 각 그래프로 표현된 하이브리드 모델의 각 단계를 보정할 수 있으며, 이를 통해 각 단계는 다음과 같이 보정될 수 있다.The computing device may calibrate each stage of the hybrid model represented by each graph, and through this, each stage may be calibrated as follows.
- 단일 위상 모델을 이용한 북극 진동은 1보다 작은 기울기(overconfidence)를 가지며, 긍정 단계의 북극 진동으로 편향적으로 예측될 수 있다.- The polar oscillation using the single-phase model has an overconfidence smaller than 1 and can be biasedly predicted as a positive phase polar oscillation.
- H1는 단일 위상 모델과 비슷한 형태로 예측될 수 있다.- H1 can be predicted in a form similar to the single phase model.
- H2는 H1 대비하여 개선된 신뢰도로 예측될 수 있다.- H2 can be predicted with improved reliability compared to H1.
- H3, H4 는 하위 3분위에 속하며, 과도하게 예측되거나, 또는, 상위 3분위에 속하며, 과소하게 예측될 수 있다. 이는 1:1 기준선과 가장 근접한 형태를 나타내며, 이에 따른 신뢰도가 향상될 수 있다.- H3 and H4 belong to the lower tertile and can be over-predicted, or belong to the upper tertile and can be under-predicted. This represents the form closest to the 1:1 baseline, and reliability can be improved accordingly.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 기후 변화 예측 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a climate change prediction method according to an embodiment of the present invention.
단계(901)에서 컴퓨팅 장치는, 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 북반구에서 나타나는 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다.In
컴퓨팅 장치는 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출할 수 있다. 이때, 컴퓨팅 장치는 역학 모델을 기반으로 앙상블 평균을 이용하여 해면 기압 자료에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 노이즈가 제거된 해면 기압 자료에 편향 보정을 수행하여 편향 보정이 수행된 일별 해면 기압을 추출할 수 있다.The computing device may extract daily sea level pressure in the sea level area from sea level pressure data through a dynamic model. In this case, the computing device may remove noise included in the sea level pressure data by using an ensemble average based on the dynamic model. The computing device may perform bias correction on sea level air pressure data from which noise has been removed to extract daily sea level air pressure for which the bias correction has been performed.
이후, 컴퓨팅 장치는, 사전에 관측된 월별 해면 기압에 상기 일별 해면 기압을 내삽하여 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다. 이때, 컴퓨팅 장치는, 경험적 직교 함수를 통해 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴을 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴에 일별 해면 기압을 내삽할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 내삽에 의한 기상 패턴과 일별 해면 기압 간의 변화값으로부터 북극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다.Thereafter, the computing device may predict the index of the Arctic Oscillation by interpolating the daily sea level pressure with previously observed monthly sea level pressure. In this case, the computing device may determine a weather pattern related to sea level pressure by month through an empirical orthogonal function. The computing device may interpolate the daily sea level pressure into a weather pattern related to the monthly sea level pressure. The computing device may predict the index of Arctic oscillation from the interpolated meteorological pattern and the daily sea level air pressure change value.
상술한 과정을 거쳐 예측된 북극 진동의 인덱스는 경험적 직교 함수 패턴에 따른 일별 또는, 월별로 정의된 기후 값이 제거된 아노말리(anomaly)가 적용된 값일 수 있다. 아노말리는, 특정 지역을 중심으로 정해진 기간 동안 관측된 기후에 관한 평균값으로부터 변화하는 차이값일 수 있다.The index of the Arctic Oscillation predicted through the above-described process may be a value to which an anomaly is applied from which a daily or monthly climate value defined according to an empirical orthogonal function pattern is removed. The anomaly may be a difference value that changes from an average value of climate observed for a predetermined period centered on a specific region.
단계(902)에서 컴퓨팅 장치는, 대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 경험적 직교 함수를 통해 지위 고도에 관한 기상 패턴을 추출할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정할 수 있다. In
단계(903)에서 컴퓨팅 장치는 북극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 위상 모델을 통해 북극 진동의 인덱스로부터 북극 진동의 위상을 결정하고, 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 북반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 지면 기온의 확률 분포를 통해 북반구의 겨울철에 나타나는 기후의 변화를 예측할 수 있다.In
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기후 변화 예측 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method for predicting climate change according to another embodiment of the present invention.
단계(1001)에서 컴퓨팅 장치는, 인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 남반구에서 나타나는 남극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 사전에 관측된 월별 해면 기압에 일별 해면 기압을 내삽하여 아노말리가 적용된 남극 진동의 인덱스를 예측할 수 있다.In
단계(1002)에서 컴퓨팅 장치는, 대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 경험적 직교 함수를 통해 지위 고도에 관한 기상 패턴을 추출할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정할 수 있다.In
단계(1003)에서 컴퓨팅 장치는 남극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 위상 모델을 통해 남극 진동의 인덱스로부터 남극 진동의 위상을 결정하고, 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 남극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 남반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 지면 기온의 확률 분포를 통해 남반구의 겨울철에 나타나는 기후의 변화를 예측할 수 있다.In
한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.Meanwhile, the method according to the present invention is written as a program that can be executed on a computer and can be implemented in various recording media such as magnetic storage media, optical reading media, and digital storage media.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.Implementations of the various techniques described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or in computer hardware, firmware, software, or combinations thereof. Implementations may be a computer program product, i.e., an information carrier, e.g., a machine-readable storage, for processing by, or for controlling, the operation of a data processing apparatus, e.g., a programmable processor, computer, or plurality of computers. It can be implemented as a computer program tangibly embodied in a device (computer readable medium) or a radio signal. A computer program, such as the computer program(s) described above, may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, and may be written as a stand-alone program or in a module, component, subroutine, or computing environment. It can be deployed in any form, including as other units suitable for the use of. A computer program can be deployed to be processed on one computer or multiple computers at one site or distributed across multiple sites and interconnected by a communication network.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.Processors suitable for processing a computer program include, by way of example, both general and special purpose microprocessors, and any one or more processors of any kind of digital computer. Generally, a processor will receive instructions and data from read only memory or random access memory or both. Elements of a computer may include at least one processor that executes instructions and one or more memory devices that store instructions and data. In general, a computer may include, receive data from, send data to, or both, one or more mass storage devices that store data, such as magnetic, magneto-optical disks, or optical disks. It can also be combined to become. Information carriers suitable for embodying computer program instructions and data include, for example, semiconductor memory devices, for example, magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, compact disk read only memory (CD-ROM) ), optical media such as DVD (Digital Video Disk), magneto-optical media such as floptical disks, ROM (Read Only Memory), RAM (RAM) , Random Access Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), and the like. The processor and memory may be supplemented by, or included in, special purpose logic circuitry.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.In addition, computer readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and may include both computer storage media and transmission media.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.Although this specification contains many specific implementation details, they should not be construed as limiting on the scope of any invention or what is claimed, but rather as a description of features that may be unique to a particular embodiment of a particular invention. It should be understood. Certain features that are described in this specification in the context of separate embodiments may also be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features that are described in the context of a single embodiment can also be implemented in multiple embodiments individually or in any suitable subcombination. Further, while features may operate in particular combinations and are initially depicted as such claimed, one or more features from a claimed combination may in some cases be excluded from that combination, and the claimed combination is a subcombination. or sub-combination variations.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.Similarly, while actions are depicted in the drawings in a particular order, it should not be construed as requiring that those actions be performed in the specific order shown or in the sequential order, or that all depicted actions must be performed to obtain desired results. In certain cases, multitasking and parallel processing can be advantageous. Further, the separation of various device components in the embodiments described above should not be understood as requiring such separation in all embodiments, and the program components and devices described may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products. You have to understand that you can.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition to the embodiments disclosed herein, it is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented.
101: 컴퓨팅 장치
102: 하이브리드 모델
103: 역학 모델
104: 위상 모델
105: 해면 기압 자료
106: 지위 고도 자료
107: 지면 온도의 확률 분포101: computing device
102: hybrid model
103: dynamics model
104: phase model
105: Sea level pressure data
106: position altitude data
107: Probability distribution of ground temperature
Claims (20)
대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료(Geopotential Height)를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계; 및
상기 북극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.Predicting an index of Arctic Oscillation (AO) in the Northern Hemisphere by applying sea level pressure data observed through satellites to a dynamics model;
Predicting an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying geopotential height data (500-hPa) to a dynamic model; and
predicting a probability distribution of surface air temperature that affects the climate by applying the polar vibration index and the atmospheric telecorrelation pattern index to a phase model;
A climate change prediction method comprising a.
상기 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계는,
상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압(SLP: Sea-Level Pressure)를 추출하는 단계; 및
사전에 관측된 월별 해면 기압에 상기 일별 해면 기압을 내삽하여 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 1,
Predicting the index of the polar vibration,
extracting daily sea level pressure (SLP) in the sea level area from sea level pressure data through the dynamic model; and
predicting an index of Arctic oscillation by interpolating the daily sea level pressure with previously observed monthly sea level pressure;
A climate change prediction method comprising a.
상기 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하는 단계는,
상기 역학 모델을 기반으로 앙상블 평균(ensemble average)을 이용하여 해면 기압 자료에 포함된 노이즈를 제거하는 단계; 및
상기 노이즈가 제거된 해면 기압 자료에 편향 보정을 수행하여 편향 보정이 수행된 일별 해면 기압을 추출하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 2,
The step of extracting the daily sea level air pressure of the sea level area,
removing noise included in sea level pressure data using an ensemble average based on the dynamic model; and
extracting sea level air pressure for each day for which the bias correction has been performed by performing bias correction on the sea level air pressure data from which the noise has been removed;
A climate change prediction method comprising a.
상기 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계는,
경험적 직교 함수(EOF: empirical orthogonal function)를 통해 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴을 결정하는 단계;
상기 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴에 일별 해면 기압을 내삽하는 단계; 및
상기 내삽에 의한 기상 패턴과 일별 해면 기압 간의 변화값으로부터 북극 진동의 인덱스를 예측하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 2,
Predicting the index of the polar vibration,
Determining a weather pattern related to monthly sea level air pressure through an empirical orthogonal function (EOF);
interpolating daily sea level pressure to the weather pattern for the monthly sea level pressure; and
predicting an index of Arctic Oscillation from a change value between the interpolated weather pattern and daily sea level air pressure;
A climate change prediction method comprising a.
상기 북극 진동의 인덱스는,
경험적 직교 함수 패턴에 따른 일별 또는, 월별로 정의된 기후 값이 제거된 아노말리(anomaly)가 적용된 값인 기후 변화 예측 방법.According to claim 1,
The index of the polar oscillation is,
A method of predicting climate change, which is a value to which an anomaly is applied from which the climate value defined by day or month according to the empirical orthogonal function pattern is removed.
상기 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계는,
경험적 직교 함수를 통해 지위 고도를 필터링하는 단계; 및
상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전(Varimax Rotation)을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 1,
Predicting the index of the standby remote correlation pattern,
filtering position elevations through an empirical orthogonal function; and
determining an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying Varimax rotation to the weather pattern related to the filtered position altitude;
A climate change prediction method comprising a.
상기 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계는,
상기 위상 모델을 통해 북극 진동의 인덱스로부터 북극 진동의 위상을 결정하는 단계;
상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 북극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 북반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 1,
The step of predicting the probability distribution of the ground temperature,
determining a phase of the Arctic oscillation from an index of the Arctic oscillation through the phase model;
determining a phase of the standby remote correlation pattern from an index of the standby remote correlation pattern through the phase model; and
estimating a probability distribution of ground air temperature likely to occur in the northern hemisphere during a specific season according to an advance forecast period from the phase of the determined polar oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern;
A climate change prediction method comprising a.
대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계; 및
상기 남극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.Predicting an index of Antarctic Oscillation (AAO) in the Southern Hemisphere by applying sea level pressure data observed through satellites to a dynamics model;
Predicting the index of the atmospheric telecorrelation pattern by applying the height data of the mid-atmospheric layer (500-hPa) to the epidemiological model; and
predicting a probability distribution of surface air temperature that affects climate by applying the index of the Antarctic Oscillation and the index of the atmospheric telecorrelation pattern to a phase model;
A climate change prediction method comprising a.
상기 남극 진동의 인덱스를 예측하는 단계는,
상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하는 단계; 및
사전에 관측된 월별 해면 기압에 일별 해면 기압을 내삽하여 아노말리가 적용된 남극 진동의 인덱스를 예측하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 8,
The step of predicting the index of the Antarctic Oscillation,
extracting daily sea level air pressure in a sea level region from sea level air pressure data through the dynamic model; and
predicting an index of Antarctic Oscillation to which an anomaly is applied by interpolating daily sea level pressure to previously observed monthly sea level pressure;
A climate change prediction method comprising a.
상기 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하는 단계는,
경험적 직교 함수를 통해 지위 고도를 필터링하는 단계; 및
상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 8,
Predicting the index of the standby remote correlation pattern,
filtering position elevations through an empirical orthogonal function; and
determining an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying a varimax rotation to the weather pattern with respect to the filtered position altitude;
A climate change prediction method comprising a.
상기 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계는,
상기 위상 모델을 통해 남극 진동의 인덱스로부터 남극 진동의 위상을 결정하는 단계;
상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 남극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 남반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 단계;
를 포함하는 기후 변화 예측 방법.According to claim 8,
The step of predicting the probability distribution of the ground temperature,
determining a phase of the Antarctic Oscillation from an index of the South Pole Oscillation through the phase model;
determining a phase of the standby remote correlation pattern from an index of the standby remote correlation pattern through the phase model; and
estimating a probability distribution of ground air temperature that may occur in the southern hemisphere during a specific season according to a forecast advance period from the phase of the determined Antarctic Oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern;
A climate change prediction method comprising a.
상기 컴퓨팅 장치는, 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 북반구에서 나타나는 북극 진동의 인덱스를 예측하고,
대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하고,
상기 북극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 컴퓨팅 장치.In a computing device that performs a climate change prediction method,
The computing device includes a processor,
the processor,
Predict the index of the Arctic Oscillation in the Northern Hemisphere by applying sea level pressure data observed through satellites to a dynamics model,
Predict the index of the atmospheric telecorrelation pattern by applying the position altitude data of the middle atmosphere (500-hPa) to the epidemiological model,
A computing device for predicting a probability distribution of ground temperature that affects climate by applying the index of the polar vibration and the index of the atmospheric telecorrelation pattern to a phase model.
상기 프로세서는,
상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하고,
사전에 관측된 월별 해면 기압에 상기 일별 해면 기압을 내삽하여 북극 진동의 인덱스를 예측하는 컴퓨팅 장치.According to claim 12,
the processor,
Daily sea level pressure in the sea level area is extracted from the sea level pressure data through the dynamic model,
A computing device for predicting an index of Arctic oscillation by interpolating the daily sea level pressure to previously observed monthly sea level pressure.
상기 프로세서는,
경험적 직교 함수를 통해 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴을 결정하고,
상기 월별 해면 기압에 관한 기상 패턴에 일별 해면 기압을 내삽하고,
상기 내삽에 의한 기상 패턴과 일별 해면 기압 간의 변화값으로부터 북극 진동의 인덱스를 예측하는 컴퓨팅 장치.According to claim 13,
the processor,
Determining weather patterns for monthly sea level pressure through an empirical orthogonal function;
Interpolating daily sea level pressure to the weather pattern related to the monthly sea level pressure,
A computing device for predicting an index of Arctic oscillation from a change value between the interpolated weather pattern and daily sea level air pressure.
상기 프로세서는,
경험적 직교 함수를 통해 지위 고도에 관한 기상 패턴을 추출하고,
상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정하는 컴퓨팅 장치.According to claim 12,
the processor,
Extract weather patterns related to position elevations through empirical orthogonal functions,
A computing device for determining an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying a varimax rotation to the weather pattern with respect to the filtered status altitude.
상기 프로세서는,
상기 위상 모델을 통해 북극 진동의 인덱스로부터 북극 진동의 위상을 결정하는 단계;
상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하고,
상기 결정된 북극 진동의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 북반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 컴퓨팅 장치.According to claim 12,
the processor,
determining a phase of the Arctic oscillation from an index of the Arctic oscillation through the phase model;
Determining a phase of a standby remote correlation pattern from an index of the standby remote correlation pattern through the phase model;
A computing device for predicting a probability distribution of ground air temperature that may occur in the northern hemisphere during a specific season according to a forecast advance period from the phase of the determined polar oscillation.
상기 컴퓨팅 장치는, 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
인공 위성을 통해 관측된 해면 기압 자료를 역학 모델에 적용하여 남반구에서 나타나는 남극 진동의 인덱스를 예측하고,
대기 중층(500-hPa)의 지위 고도 자료를 역학 모델에 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 예측하고,
상기 남극 진동의 인덱스 및 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 위상 모델에 적용하여 기후에 영향을 미치는 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 컴퓨팅 장치.In a computing device that performs a climate change prediction method,
The computing device includes a processor,
the processor,
Predict the index of the Antarctic Oscillation in the Southern Hemisphere by applying sea level pressure data observed through satellites to a dynamics model,
Predict the index of the atmospheric telecorrelation pattern by applying the position altitude data of the middle atmosphere (500-hPa) to the epidemiological model,
A computing device for predicting a probability distribution of ground temperature that affects climate by applying the index of the Antarctic Oscillation and the index of the atmospheric telecorrelation pattern to a phase model.
상기 프로세서는,
상기 역학 모델을 통해 해면 기압 자료로부터 해수면 영역의 일별 해면 기압을 추출하고,
사전에 관측된 월별 해면 기압에 일별 해면 기압을 내삽하여 아노말리가 적용된 남극 진동의 인덱스를 예측하는 컴퓨팅 장치.According to claim 17,
the processor,
Daily sea level pressure in the sea level area is extracted from the sea level pressure data through the dynamic model,
A computing device that predicts the index of an anomaly applied Antarctic Oscillation by interpolating daily sea level pressure to previously observed monthly sea level pressure.
상기 프로세서는,
경험적 직교 함수를 통해 지위 고도에 관한 기상 패턴을 추출하고,
상기 필터링 된 지위 고도에 관한 기상 패턴에 베리맥스 회전을 적용하여 대기 원격 상관 패턴의 인덱스를 결정하는 컴퓨팅 장치.According to claim 17,
the processor,
Extract weather patterns related to position elevations through empirical orthogonal functions,
A computing device for determining an index of an atmospheric telecorrelation pattern by applying a varimax rotation to the weather pattern with respect to the filtered status altitude.
상기 프로세서는,
상기 위상 모델을 통해 북극 진동의 인덱스로부터 북극 진동의 위상을 결정하고,
상기 위상 모델을 통해 대기 원격 상관 패턴의 인덱스로부터 대기 원격 상관 패턴의 위상을 결정하고,
상기 결정된 남극 진동의 위상 및 대기 원격 상관 패턴의 위상으로부터 예보 선행 기간에 따른 특정 계절 동안 남반구에서 발생 가능한 지면 기온의 확률 분포를 예측하는 컴퓨팅 장치.According to claim 17,
the processor,
Determine the phase of the Arctic oscillation from the index of the Arctic oscillation through the phase model;
Determining a phase of a standby remote correlation pattern from an index of the standby remote correlation pattern through the phase model;
A computing device for predicting a probability distribution of surface air temperature that may occur in the southern hemisphere during a specific season according to a forecast advance period from the phase of the determined Antarctic Oscillation and the phase of the atmospheric telecorrelation pattern.
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KR20140004915A (en) * | 2012-07-03 | 2014-01-14 | 재단법인 에이펙 기후센터 | Multi-model probabilistic prediction system and method thereof |
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KR102254817B1 (en) * | 2019-10-14 | 2021-05-21 | 울산대학교 산학협력단 | Method and apparatus for real-time ensemble streamflow forecasting |
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