[이력서] 학술 발표 : 이어도 종합해양과학기지의 일사자료 비교분석

 정보

• 업무명     : 학술 발표 : 이어도 종합해양과학기지의 일사자료 비교분석

• 작성자     : 이상호

• 작성일     : 2020-04-01

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 내용

[개요]

• 안녕하세요? 기상 연구 및 웹 개발을 담당하고 있는 해솔입니다.

• 오늘은 학술 발표한 내용을 소개해 드리고자 합니다.

 

[특징]

• 학술 발표 내용 소개

 

[기능]

• 세부 내용 참조

 

[사용 OS]

• Windows v10

 

[사용 언어]

• 한글 v2018

• Power Point v2018

 

 세부 내용

[서론]

• 한반도는 지리적으로 70% 이상이 산악이고 밀집된 주변 건물들 때문에 양호한 일사계 관측소 확보 및 정확한 일사자료 생산이 쉽지 않다.  이와 달리 이어도 종합해양과학기지(32.12°N, 125.18°E, 36 m)는 태양광 차폐가 없고 오염되지 않은 대기 환경 때문에(박성화 등., 2009) 일사 관측소로써 최적 여건을 구비하고 있다.  

• 또한 이어도 일사자료는 일사계의 기준자료로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 태양복사모델과 위성 관측 자료의 검·보정 등 다양하게 활용될 수 있다.

• 그러나 이어도 기지는 무인관측소로 일사계 관리가 어렵고, 관측자료가 위성통신으로 실시간 해양조사원으로 전송되는 동안 자료 오류가 발생(김용환 등., 2007) 되기 때문에 정밀한 품질 검사가 요구된다.  

• 이 연구에서는 이어도 기지의 일사자료 활용을 위한 품질검사와 복사모델(GWNU Model; Zo et al., 2014) 결과 및 CERES 인공위성 자료와 비교 분석 그리고 기준 일사계와 비교관측 등을 수행하였다.

 

[자료 및 분석]

• 이어도 기지의 일사계(EKO 社의 MS-802, 그림 1 참조) 관측 자료 분석을 위해서 위해서 2005년 1월 1일부터 2015년 12월 31일까지의 자료를 사용하였다(2013년 9월 기준 이전 매 10분 평균, 이후 매 1분).  

• 이 자료 검증을 위하여 GWNU 단층 복사모델(공간해상도: 1km×1km; 시간해상도: 매 15분)과 Terra, Aqua, NPP의 CERES 자료(공간해상도: 20km×20km; 시간해상도: 매 초)가 사용되었다(기간: 2013.01.01~2015.12.31).

• 이때 이어도 일사자료를 기준으로 복사모델과 CERES 자료의 시간 해상도에 맞추어 일치 하였으며 이어도 위·경도를 기준으로 최근린 거리법을 적용하여 공간 일치시켰다.

• 이어도 일사자료의 비교 관측을 위하여 기준 일사계(KIPP&ZONEN 社의 CMP21, 이하 Reference)는 기상청 기준기를 통해 검교정된 장비이며 기록기는 CR1000을 사용하였다(기간: 2016.07.17 12:10~12:59; 시간해상도: 매 1분).
  

 

그림 1. 이어도 기지의 위치와 비교관측 수행.

 

[일사  관측자료 품질 검사]

• 그림 2a는 이어도 일사자료로써 2005년부터 2015년까지 각 년도별 빈도분포이고 그림 2b는 2a를 품질검사를 통해 오류 자료를 제거한 빈도분포이다. 이때 발생된 오류의 항목은 파이 차트와 대표적인 사례를 나타내었다(그림 2c와 그림 3 참조).

 

그림 2. 품질검사 이전 자료(a)와 이후 자료(b) 그리고 오류가 발생된 항목(c).

 

그림 3. 오류가 발생된 대표적인 사례.

 

• 그리고 그림 4는 품질검사가 완료된 2b 자료의 일평균 시계열로써 -3.80 Wm-2/year의 경향으로 감소하였으며 그 원인은 일사계 반응도 변화와 기상 요소 변화 등 때문이다.

 

그림 4. 품질검사 이전/이후 이어도 기지의 일평균 일사 시계열.

 

[태양복사 모델과 비교분석]

• 그림 5a는 이어도 기지의 일사자료와 복사모델 계산 결과로써 R과 RMSE는 각각 0.88과 136.88 Wm-2 이었다.  이와 같이 R과 RMSE 값이 양호하지 못한 이유는 복사모델의 입력자료로 사용되는 구름 자료의 부정확성 때문이다.  

• 그러나 그림 5b는 이어도 기지의 일사자료와 CERES 자료와 비교 분석 결과로써 구름 영역에서 R과 RMSE는 각각 0.90과 128.40 Wm-2 이었고 구름 없는 영역에서 R와 RMSE는 각각 0.97과 51.01 Wm-2 로 나타났다.  

• 이렇게 구름 영역에서 다소 큰 차이가 나는 이유는 강수가 발생할 경우 이어도 기지의 장비 관리 및 데이터 품질 유지가 어렵기 때문으로 분석되며, 구름이 포함된 전체 영역에 대한 결과는 0.91과 119.94 Wm-2 이었다.
  

 

그림 5. 이어도  일시자료와 복사모델의 산포도(a)와 이어도 일사자료와 CERES 자료의 산포도(b).

 

[기준 일사계 비교 관측]

• 그림  6a는 이어도 기지의 일사계와 기준 일사계의 비교 관측 결과로써 이어도 기지의 일사계는 기준 일사계에 비교하여 약 1.1 % 크게 나타났다.  또한 39분에서 -3.4 %의 큰 차이가 나타났으며, 이는 그림 6c와 같이 구름에 의한 태양에너지가 감쇠되었기 때문이다. 그럼에도 불구하고 두 자료의 R은 0.998 이었으며 Bias와 RMSE는 각각 -3.24과 1.22 Wm-2  이었다(그림 6b 참조). 

• 정밀한 비교관측 자료  분석을 위해서는 최소 2~3일의 자료가 요구되나 이 연구를 이어도 기지에 머무를 수 있는  체류 시간(약 1시간)이 짧고 그 동안 기상 상태가 좋지 않았음에도 불구하고  이어도 기지의 일사계 상태가 비교적 양호한 것으로 판단되며 추후 계속적인 연구를 통하여 충분한 자료 확보 및 재분석을 수행할 것이다. 
  

 

그림 6. 두 자료의 시계열 및 차이(a)와 두 자료의 산포도(b) 그리고 카메라로 촬영한 구름 사진(c).

 

[요약 및 향후계획]

• 이 연구에서는 이어도 기지의 일사자료 품질검사 및 복사모델과 CERES 센서를 비교분석하였다.  이어도 기지는 해상에 위치한 무인 관측소로 관측장비의 유지 관리가 어려운 실정이다.  

• 이러한 관측 자료 분석을 수행하기 위해서는 기준 일사계와의 비교 관측 및 센서의 반응도 분석이 필요하다.  향후 장기간에 걸친 비교관측을 통해 일사 자료를 검·보정하는 연구를 발표할 것이다.
  

 

 관련 자료

• 포스터

[이력서] 학술 발표 : 이어도 종합해양과학기지의 일사자료 비교분석 from Lee Sang-Ho

 

 참고 문헌

[논문]

• 없음

[보고서]

• 없음

[URL]

• 없음

 

 문의사항

[기상학/프로그래밍 언어]

• sangho.lee.1990@gmail.com

[해양학/천문학/빅데이터]

• saimang0804@gmail.com