PALM LES 모형 기반의 도시 상세 기상장 예측 모형 개발
저자
발행사항
공주 : 국립공주대학교 대학원, 2024
학위논문사항
학위논문(석사) -- 국립공주대학교 일반대학원 : 대기과학과 2024. 2
발행연도
2024
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
충청남도
기타서명
Development of urban meteorological fields forecasting model based on the PALM LES model
형태사항
vii, 49장 : 삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 이상현
참고문헌: p.42-46장
UCI식별코드
I804:44004-000000033911
소장기관
도심 지역의 바람/열/대기질 문제들은 상세한 3차원 기상정보로 요구한다. 중규모 기상장 예보 모형은 도시 캐노피 모형 (Urban canopy models: UCM)을 사용함으로써 도시 효과에 대한 물리 과정을 반영하고 있지만, 해상도의 제한으로 인해 도시의 건물이나 식생의 영향을 직접적으로 표현할 수 없기 때문에, 도시 구조물에 대한 영향을 명시적으로 고려할 수 있는 미규모 모형을 사용하여 이를 해결할 수 있다. 그러나 미규모 모형은 많은 전산 자원이 필요하므로 현업 예보에 적합하지 않다. 본 연구에서는 큰에디 모사 (Large Eddy Simulations: LES) 모형인 PALM (PArallelized Large-Eddy Simulation Model)을 이용한 3차원 기상정보 데이터베이스를 통해 도심 3차원 상세 바람장을 빠르게 예측하는 모형을 개발하였다. 고도로 발달한 서울시 송파구 지역을 모형 개발 및 검증영역으로 선정하였고, 모형은 2 × 2 km2 영역에 대해 수평 해상도 5 m, 연직 해상도 3 m로 바람정보를 산출할 수 있다. 기반 모형인 PALM의 결과와 비교하여 모형 정확성을 검증함으로써 개발 모형이 PALM과 유사한 수준의 정확성을 가지는 것을 확인했다. 지상 및 연직 바람 관측 자료를 통해 실제 사례 예측 성능을 검증하였고, 지상 풍속과 지표층 내 풍속 및 풍향의 연직 분포를 모두 잘 예측했다. 관측 자료를 입력으로 모의할 때 더 높은 성능을 보였으며 이는, 입력 자료에 따른 예측 성능의 향상을 기대할 수 있다. 개발 모형은 400 × 400 × 226개 격자에 대한 +48시간 바람장 (49개 결과)을 예측하는데 약 10분이 소요되어 시간비용을 크게 절감하였다. 모형은 LES 수준의 높은 해상도를 유지하면서 빠른 시간에 상세한 기상정보 예측이 가능하기 때문에, 다양한 도시 환경 연구에 활용될 수 있다.
더보기Various environmental issues associated with wind/heat/air quality in urban areas require high-resolution 3-dimensional meteorological information. Mesoscale meteorological field forecast models reflect the physical processes of urban effects by using urban canopy models (UCM). However, because they cannot directly express the effects of urban buildings or vegetation due to resolution limitations, This can be addressed using microscale models that can explicitly consider impacts on urban structures. However, small-scale models require a lot of computational resources, so practical forecasting is limited. In this study, we developed a model to quickly predict detailed urban 3D wind fields through a 3D weather information database using PALM (PArallelized Large-Eddy Simulation Model), a Large Eddy Simulations (LES) model. The highly developed Songpa-gu area in Seoul was selected as the model development and verification area. The model calculated wind information with a horizontal resolution of 5 m and a vertical resolution of 3 m for an area of 2 × 2 km2 and compared with the results of PALM, the base model. The accuracy of the model was verified, and it was confirmed that it had a similar level of accuracy. The ground and vertical wind observation data verified real urban simulation performance. The vertical distribution of wind speed on the ground and wind speed and direction in the surface layer were all simulated well. Higher performance was shown when simulating observation data as input, which can be expected to improve simulation performance depending on the input data. The developed model took approximately 10 minutes to simulate the +48 hour wind field (49 results) for a 400 × 400 × 226 grid, significantly reducing time costs. Because the model can predict detailed weather information quickly while maintaining a high resolution at the LES level, it can be used in various urban environmental studies.
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