• 한국수자원학회논문집
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• 제53권3호
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• pp.181-191
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• 2020

본 연구에서는 전지구수치예보모델의 예측성능에 주요한 영향을 주는 요소 중 하나인 토양수분 초기장을 적절히 생산하기 위해, 오프라인 Noah 지면모델을 구축하여 스핀업실험을 수행하고 그 변동특성을 살펴보았다. 스핀업실험은 지면기후장 생성과 목표연도에 대한 현실화의 2단계로 구성되었다. 첫 번째 단계의 지면기후장 생성은 2008~2017년 기간에 대해 평균한 대기강제력으로 10년 동안 지면모델을 반복적으로 수행하는 방식으로 이루어졌으며, 토양수분 모의가 평형상태에 도달하는데 소요되는 시간은 토양깊이와 코펜 정의에 기반한 기후구 특성에 따라 차이가 컸다. 토양 첫 번째 층은 극지역에서 가장 길었고, 두 번째 층 부터 네 번째 층까지는 건조지역에서 평형상태에 도달하는 시간이 가장 늦어 최대 7년 내외의 시간이 소요되었다. 결과적으로 10년의 spin-up을 거치면 지면모델이 평형상태에 도달함을 알 수 있다. 이 소요시간은 지상기온과 강수량과 음의 상관관계를 보였다. 두 번째 단계에서는 2018년을 목표연도로 설정하고 지면기후장을 이용하여 추가 적분을 수행하고, 그 결과 6개월 이내에 지면모델에서 모의된 토양수분, 지표기온, 증발산량은 2018년 지면상태에 도달하는 것을 확인하였다. 이에 구축된 오프라인 Noah 지면모델 스핀업 시스템은 안정적으로 전구수치예보모델의 토양수분 초기장을 생산함으로써 전지구수치모델에 결합된 지면모델의 물리과정과 기초자료가 변하더라도 유연하게 대응할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.238-238
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• 2016

토양수분, 증발산량, 유출량 등의 고해상도 수문기상요소 산출을 위한 지면모델 활용 기술은 기상 및 수문분야에서 널리 활용 중에 있다. 본 연구에서는 미국 국립대기과학연구소(NCAR)에서 개발된 기상-수문 결합모델 WRF-Hydro(Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling extension package)을 활용하여 낙동강 유역에서 발생한 돌발홍수 사례 실험에 적용하여 강우량 및 수문기상요소 전체를 모의함으로써 기상-수문-지면 결합모델을 활용한 수문기상요소 산출하고자 하였다. 이를 기존의 기상모델로부터 입력강제자료를 제공받아 Off-line 형태로 결합된 지면모델(TOPLATS, TOPmodel-based Land Atmosphere Transfer Scheme) 결과와 비교하였고 기상-수문 결합모델의 국내 적용성을 검토하였다. 기상-수문-지면 결합모델(WRF-Hydro)의 초기장 및 경계장은 기상청 현업 모델에서 생성된 국지예보모델자료 1.5km 자료(LDAPS, Local Data Assimilation and Prediction System)를 사용하였으며, 모델의 적분기간은 돌발홍수 사례에 따라 24~36시간을 수행하였다. WRF-Hydro 모델의 물리모수화 방안은 작년까지 기상청에서 현업운영되는 KWRF의 방안들을 준용하였으며, WRF-Hydro 수행을 위해 Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer(ASTER)에서 제공되는 30 m 해상도의 수치표고자료를 GIS(Geographic Information System)를 활용하여 지표유출방향을 설정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.227-227
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• 2016

일반적으로 가뭄은 신뢰성 높고 활용이 쉬운 강수량 자료를 활용하여 판단되고 있으나, 복합적인 대응을 하기 위해서는 증발산량, 토양수분 등 다양한 변수를 고려해야 한다. 이러한 수문기상정보들은 관측자료의 자료 확보기간이 통계 분석을 하기에 짧거나, 시공간적 대표성 부족 등의 단점이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 지면모델이 대안으로 널리 활용중이나, 이를 실제로 가뭄에 활용한 응용연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구에서는 미국 NASA의 전지구지표자료동화체계 GLDAS (Global Land Data Assimilation System) 산출물을 활용하여 지면모델 기반의 수문기상정보를 국내 가뭄감시 연구에 적용하고자 하였다. 이를 위해, GLDAS 프로젝트를 통해 제공되는 다중모델 기반의 증발산량, 토양수분 결과를 비교 분석하고 이를 직접 활용할 수 있는 가뭄판단 지수에 적용하여 성능을 검토하였다. 이를 통해 GLDAS 산출 정보가 가뭄판단에 있어 발휘하는 성능을 평가함으로써, 향후 본원에서 구축할 지면 모델 앙상블 시스템의 가뭄감시정보 산출의 효과를 간접적으로 검토하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.69-69
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• 2023

격자 기반의 지면모형을 구동하기에 앞서 사용자의 목적에 따른 모델의 정확도와 모델의 구동 시간의 적절한 균형을 이루는 지면 모델의 격자 크기의 설정은 중요하다. 특히, 격자 크기에 따라 화재 모의 결과 영향이 매우 클 수 있지만, 이에 관한 연구들을 거의 이루어지지 않았다. 화재 모의는 탄소 순환뿐만 아니라 물 순환에도 직접적인 영향을 미치기 때문에 이를 위한 적절한 격자 크기 설정은 중요하다. 본 연구에서는 지면모형인 NCAR Community Land Model version 5(CLM 5)-biogeochemistry (BGC) 모형과 2000년부터 2019년의 The Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) 기상자료 이용하여서 지면 모델 격자 크기(1.9°×2.5°, 0.47°×0.63°, 0.25°×0.25°)에 따른 전 지구 규모의 화재 시뮬레이션 결과들을 분석하였다. 연평균 화재면적은 격자 크기가 제일 큰 1.9°×2.5° 격자의 시뮬레이션에서 연평균 450M ha로 가장 작게 나타났으며 격자의 크기가 작아질수록 화재의 크기는 증가하는 것으로 나타났다. 지면 모델의 격자가 작아짐에 따라 토양 입자의 분포가 세분화되고 이에 따라 투수 계수값이 증가하며 높은 토양수분의 분포들을 줄어들고 낮은 토양수분의 분포는 증가함을 확인하였다. 토양수분이 줄어듦에 따라 화재 연소성 정도를 나타내는 변수의 값이 증가하고 이에 따라 화재 발생빈도 및 화재 확산이 증가하여 지면 모델의 화재면적을 더 증가시키는 요인이 됨을 확인하였다. 이 연구를 바탕으로 하여 화재 모의의 불확실성 요소를 이해하고, 격자 크기에 따라 화재 모의 관련 매개변수의 수정이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.525-525
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• 2015

국립기상과학원은 국가 물관리를 효율적으로 지원하기 위하여 TOPLATS(TOPmodel based Land-Atmosphere Transfer Scheme) 지면모델 기반을 활용한 전국 수문기상 분석 및 예측정보 생산체계를 구축하였다. TOPLATS 지면모델에서는 토양, 식생 등을 표현하기 위한 다양한 매개변수들이 사용되고 있으며, 그 중에서도 토양 속성과 관련 매개변수들은 토양수분, 증발산 등의 수문기상요소 생산에 큰 영향을 미치고 있어 현실적인 토양 특성에 대한 고려가 요구된다. 본 연구는 국립농업과학원의 토양도 정보를 이용하여 TOPLATS 지면모델에서 요구되는 토양 속성 및 관련 매개변수를 산정하고 이를 모델에 적용하고자 하였다. TOPLATS 모델에 사용되는 토양 매개변수는 총 22개 이며, 본 연구에서는 국립농업과학원에서 제공한 총 405개의 토양통에 대한 매개변수를 각각 산정하였다. TOPLATS 모델을 강제하기 위한 기상자료는 동네예보 분석자료, KLAPS(Korea Local Analysis and Prediction System) 분석자료, 입사 단 장파 복사량은 ASOS 관측자료를 기반으로 한 5km 해상도의 남한 격자자료이며, 2010~2013년 기간의 토양수분, 증발산량에 대한 검증 연구를 수행하였다. 본 연구의 결과는 기존의 11개 토양속성정보로 산출된 결과와 비교 분석하여 추후 제시할 예정이며, 본 연구에서 산출된 국내 토양 특성을 반영한 고해상도 수문기상정보는 향후 홍수 예측 및 가뭄 평가에 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국측량학회지
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• 제25권1호
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• pp.55-62
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• 2007

항공 라이다 데이터는 3차원 좌표로 표현된 점의 집합으로 대규모 지역의 지형측량을 신속하고 경제적으로 수행하여 고정밀의 수치지형모델을 제작하는데 사용된다. 특히 고정밀 수치지형모델 및 수치표고모델은 토목, 환경, 도시계획, 홍수모델 등에 있어서 정확한 예측과 분석을 가능하게 하며, 이로 인해 활용이 증가하고 있다. 항공 라이다 데이터로부터 수치지형모델을 제작하기 위해서는 건물, 식생 등과 같은 비지면점을 분류하고 제거하는 과정이 필요하다. 본 논문은 항공 라이다 데이터로부터 실세계를 구성하고 있는 지면점과 비지면점을 분류하는 필터링 방법을 제시하였다. 필더링 방법은 라이다 점 데이터를 높이 차이에 따라 분할하고, 분할된 점 데이터를 지면점과 비지면점으로 분류하는 과정으로 진행된다. 이러한 과정을 통해 건물, 식생 등과 같은 비지면점을 제거하고, 수치지형모델을 제작하기 위한 지면점을 추출하게 된다. 제시된 필터링 방법을 ISPRS의 Comparison of Filter(2003) 보고서에서 사용된 데이터에 적용하여 지면점과 비지면점의 분류 결과를 분석하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.7-7
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• 2015

가뭄 및 홍수 등 재해를 방지하고 효율적인 물 관리를 위해서는 지표와 대기 사이에 이루어지는 수문기상 요소의 정량화가 필요하다. 수문기상요소는 관측을 통해 파악하는 것이 가장 정확하지만 광범위한 지역에 대한 관측은 한계가 있으므로 일반적으로 지면모델(Land Surface Model)을 많이 이용한다. 본 연구에서 Noah LSM(Noah Land Surface Model)과 TOPLATS(TOPmodel based Land-Atmosphere Transfer Scheme) 및 DHSVM(Distributed Hydrology Soil Vegetation Model)의 세 모델을 활용하여 안동댐 유역의 수문기상정보를 산출하고 관측자료와 검증함으로 각 모델의 특성을 분석하자 한다. 본 연구에서 사용된 관측자료는 국립기상과학원에서 운영중인 안동댐 유역 플럭스타워의(A6, A7) 지표근처 기상장과 에너지 요소이다. '13년 10월부터 '14년 11월까지 기간에 대해 각 지점에서 관측된 현열 및 잠열 플럭스의 품질관리를 수행하였으며, 이 자료를 본 연구의 검증자료로 활용하였다. 각 모델을 강제하기 위한 지표근처 기상자료는 두 지점에서 관측된 기온, 풍향 풍속, 상대습도, 강수, 지중온도 및 장 단파 복사량이며, 각 모델에서 산출된 잠열 및 현열 플럭스, 토양수분과 증발산량을 관측값과 비교 검증하였다. 본 연구결과는 한국수자원학회 학술발표회를 통하여 소개될 예정이며, 향후 멀티모델 앙상블 시스템 구축에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 대한원격탐사학회:학술대회논문집
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• 대한원격탐사학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.86-89
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• 2008

도시공간모델은 공간의 문제 또는 현상들을 보다 종합적, 합리적으로 파악하는데 중요하다. 본 연구에서는 수치지도와 도화원도로부터 저렴하고 수치지도 기반의 공간분석에 유용한 지형과 건물을 포함하는 도시공간모델을 생성하고자 한다. 도시공간모델은 지면모델과 건물모델로 나누어 생성한 후 통합한다. 지면모델은 수치지도를 이용하여 DEM을 생성한다. 건물모델은 수치지도와 도화원도를 융합하여 생성한다. 제안된 방법은 영등포구 전체를 포함하는 수치지도와 서로 다른 시기에 생성된 3 set의 도화원도에 적용하였다. 본 연구에서 생성된 도시공간모델은 수치지도를 기반으로 공간분석을 하는 응용분야에서 요구하는 입력 형태로 제공할 수 있으므로 유용하다. 따라서 본 연구에서 제안하는 도시공간모델의 생성 방법론은 더 많은 분야의 공간분석을 위해 활용될 것이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.191-191
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• 2023

기후변화 대응을 위한 탄소 중립의 중요성이 대두되는 요즘, 생태계의 가장 큰 메탄 저장소로서 지구의 탄소 순환에 주요한 영향을 미치는 습지에 대한 이해는 필수적이다. 전지구 지면 모델인 Community Land Model(CLM)에 Functionally Assembled Terrestial Ecosystem Simulator(FATES) 외부 모듈을 함께 구동한 지면 생태계 모델 CLM-FATES는 지면 heterogeneity와 다양한 식생 종류를 고려하여 에너지 플럭스, 토양 수문, 생화학적 과정 등을 모의함으로써 탄소 동태 변화를 포함한 장기적 생태계 동태 변화 모의를 가능하게 한다. 본 연구는 CLM-FATES 모델을 미국 캘리포니아주 Mayberry Wetland (US-Myb)와 Twitchell East End Wetland (US-Tw4)에 적용하였다. 모델의 대기 입력 자료로는 FLUXNET-CH4에서 제공하는 에디 공분산 기반 플럭스 관측 자료를 사용하였다. 기존 CLM-FATES 모델은 토양이 장기간 포화 혹은 침수되어 지표 위 혹은 지표면 가까이 발달한 지하수면을 가지고 있는 습지의 수문학적 특성을 잘 반영하지 못해 정밀한 습지 생태계 동태 변화 모의에 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 CLM-FATES를 통한 보다 정확한 습지 생태계 모의를 위해 모델 내 토양 수문 관련 모듈을 수정하여 모델이 습지의 수문학적 특성을 반영할 수 있도록 하였다. 모델 구동 결과 도출한 잠열, 총일차생산량(Gross Primary Production: GPP)과 순생태계생산량(Net Ecosystem Production, NEP) 플럭스, 메탄 플럭스, 엽면적지수(Leaf Area Index; LAI)와 지표수 높이에 대해 관측값 대비 RMSE 및 R² 값을 계산하여 모의 결과의 적절성을 분석하였다. 이러한 모델 개선 경험을 바탕으로 추후 우리나라 습지 사이트에 모델을 적용하여 습지 탄소 동태 예측에 활용할 계획이다.

• 대기
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• 제15권2호
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• pp.75-90
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• 2005

이 연구에서는 지면-대기 모수화 방안 (BATS1e)이 접합된 미국 국립기상연구센터 (NCAR)에서 개발한 지역기후모델(RegCM2)을 이용하여 지면피복의 변화가 동아시아 여름몬순에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 지면피복 변화의 영향을 분석하기 위하여 두 종류의 지면피복 자료를 이용하였다. 하나는 NCAR에서 제공하는 지면피복 자료 (CTL 실험)이고 다른 하나는 최근의 기상위성자료로부터 직접 분류한 고해상도 지면피복분류 자료(LCV 실험)이다. CTL 실험에서는 중국 중부지역과 몽고지역의 지면온도가 각각 약 $1-3^{\circ}C$ 높고 낮게 모의되었다. 또한 모의 영역 북부지역에서는 강수가 과다하게 모의된 반면 모의영역 남부 바다지역의 강수는 과소하게 모의되었다. 지면피복 변화에 의한 알베도, 거칠기 길이 및 최소기공저항계수와 같은 지면의 생물리적 요소들의 변화는 지면-대기 상호작용을 변경시켰다. 즉, 지면피복이 낙엽활엽수림에서 농지와 관계농지로 변경된 LCV 실험의 중국 중부지역에서는 잠열 속과 풍속이 현저하게 증가되었다. 그 결과 CTL 실험에서 나타났던 중국 중부지역에서의 온난편차가 LCV 실험에서는 대부분 완화되었다. 중국 중부지역에서의 강한 기온 하강은 태평양과 대륙사이의 기압 차를 약화시키고 있다. 남동에서 북서방향으로의 기압경도력이 약화됨에 따라 중국 남부와 남중국해로부터 북동쪽으로의 수증기 수송도 약화되었다. 이러한 수증기 수송의 변화는 모의 영역 북부지역에서의 과다한 강수 모의와 남중국해에서의 과소한 강수모의를 동시에 크게 완화시켰다. 그러나 지면피복의 변화는 특히 7월과 8월에 한반도와 일본 열도 지역에서의 강수를 크게 증기시키고 있다.