This study examined the impact of assimilating the bending angle (BA) obtained via the global navigation satellite system radio occultation (GNSS RO) of the three new satellites (KOMPSAT-5, FY-3C, and FY-3D) on analyses and forecasts of a numerical weather prediction model. Numerical data assimilation experiments were performed using a three-dimensional variational data assimilation system in the Korean Integrated Model (KIM) at a 25-km horizontal resolution for August 2019. Three experiments were designed to select the height and quality control thresholds using the data. A comparison of the data with an analysis of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) integrated forecast system showed a clear positive impact of BA assimilation in the Southern Hemisphere tropospheric temperature and stratospheric wind compared with that without the assimilation of the three new satellites. The impact of new data in the upper atmosphere was compared with observations using the infrared atmospheric sounding interferometer (IASI). Overall, high volume GNSS RO data helps reduce the RMSE quantitatively in analytical and predictive fields. The analysis and forecasting performance of the upper temperature and wind were improved in the Southern and Northern Hemispheres.
Accurately predicting localized heavy rainfall is challenging without high-resolution mesoscale cloud information in the numerical model's initial field, as precipitation intensity and amount vary significantly across regions. In the Korean Peninsula, the radar observation network covers the entire country, providing high-resolution data on hydrometeors which is suitable for data assimilation (DA). During the pre-processing stage, radar reflectivity is classified into hydrometeors (e.g., rain, snow, graupel) using the background temperature field. The mixing ratio of each hydrometeor is converted and inputted into a numerical model. Moreover, assimilating saturated water vapor mixing ratio and decomposing radar radial velocity into a three-dimensional wind vector improves the atmospheric dynamic field. This study presents radar DA experiments using a numerical prediction model to enhance the wind, water vapor, and hydrometeor mixing ratio information. The impact of radar DA on precipitation prediction is analyzed separately for each radar component. Assimilating radial velocity improves the dynamic field, while assimilating hydrometeor mixing ratio reduces the spin-up period in cloud microphysical processes, simulating initial precipitation growth. Assimilating water vapor mixing ratio further captures a moist atmospheric environment, maintaining continuous growth of hydrometeors, resulting in concentrated heavy rainfall. Overall, the radar DA experiment showed a 32.78% improvement in precipitation forecast accuracy compared to experiments without DA across four cases. Further research in related fields is necessary to improve predictions of mesoscale heavy rainfall in South Korea, mitigating its impact on human life and property.
An assessment of typhoon intensity predictability of numerical models was conducted to develop the typhoon intensity forecast guidance comparing with the RSMC-Tokyo best track data. Root mean square error, box plot analysis and time series of wind speed comparison were performed to evaluate the each model error level. One of noticeable fact is that all models have a trend of error increase as typhoon becomes stronger and the Global Forecast System showed the best performance among the models. In the detailed analysis in two typhoon cases [Danas (1324) and Haiyan (1330)], GFS showed good performance in maximum wind speed and intensity trend in the best track, however it could not simulate well the rapid intensity increasing period. On the other hand, ECMWF and Hurricane-WRF overestimated the typhoon intensity but simulated track trend well.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제10권S_1호
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pp.23-28
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2001
A new numerical weather prediction and dispersion model, the Operational Multi-scale Environment model with Grid Adaptivity(OMEGA) including an embedded Atmospheric Dispersion Model(ADM), is introduced as a next generation atmospheric simulation system for real-time hazard predictions, such as severe weather or the transport of hazardous release. OMEGA is based on an unstructured grid that can facilitate a continuously varying horizontal grid resolution ranging from 100 km down to 1 km and a vertical resolution from 20 -30 meters in the boundary layer to 1 km in the free atmosphere. OMEGA is also naturally scale spanning and time. In particular, the unstructured grid cells in the horizontal dimension can increase the local resolution to better capture the topography or important physical features of the atmospheric circulation and cloud dynamics. This means the OMEGA can readily adapt its grid to a stationary surface, terrain features, or dynamic features in an evolving weather pattern. While adaptive numerical techniques have yet to be extensively applied in atmospheric models, the OMEGA model is the first to exploit the adaptive nature of an unstructured gridding technique for atmospheric simulation and real-time hazard prediction. The purpose of this paper is to provide a detailed description of the OMEGA model, the OMEGA system, and a detailed comparison of OMEGA forecast results with observed data.
Aircraft observations constitute one of the major sources of temperature observations which provide three-dimensional information. But it is well known that the aircraft temperature data have warm bias against sonde observation data, and therefore, the correction of aircraft temperature bias is important to improve the model performance. In this study, the algorithm of the bias correction modified from operational KMA (Korea Meteorological Administration) global model is adopted in the preprocessing of aircraft observations, and the effect of the bias correction of aircraft temperature is investigated by conducting the two experiments. The assimilation with the bias correction showed better consistency in the analysis-forecast cycle in terms of the differences between observations (radiosonde and GPSRO (Global Positioning System Radio Occultation)) and 6h forecast. This resulted in an improved forecasting skill level of the mid-level temperature and geopotential height in terms of the root-mean-square error. It was noted that the benefits of the correction of aircraft temperature bias was the upper-level temperature in the midlatitudes, and this affected various parameters (winds, geopotential height) via the model dynamics.
The Numerical Weather Prediction (NWP) models provide information for weather forecasts. The highly nonlinear and complex interactions in the atmosphere are simplified in meteorological models through approximations and parameterization. Therefore, the simplifications may lead to biases and errors in model results. Although the models have improved over time, the biased outputs of these models are still a matter of concern in meteorological and hydrological studies. Thus, bias removal is an essential step prior to using outputs of atmospheric models. The main idea of statistical bias correction methods is to develop a statistical relationship between modeled and observed variables over the same historical period. The Model Output Statistics (MOS) would be desirable to better match the real time forecast data with observation records. Statistical post-processing methods relate model outputs to the observed values at the sites of interest. In this study three methods are used to remove the possible biases of the real-time outputs of the Weather Research and Forecast (WRF) model in Imjin basin (North and South Korea). The post-processing techniques include the Linear Regression (LR), Linear Scaling (LS) and Power Scaling (PS) methods. The MOS techniques used in this study include three main steps: preprocessing of the historical data in training set, development of the equations, and application of the equations for the validation set. The expected results show the accuracy improvement of the real-time forecast data before and after bias correction. The comparison of the different methods will clarify the best method for the purpose of the forecast skill enhancement in a real-time case study.
The UK Met Office Unified Model at the KMA has been operationally utilized as the next generation numerical prediction system since 2010 after it was first introduced in May, 2008. Researches need to be carried out regarding various physical processes inside the model in order to improve the predictability of the newly introduced Unified Model. We first performed a preliminary experiment for the domain ($170{\times}170$, 10 km, 38 layers) smaller than that of the operating system using the version 7.4 of the UM local model to optimize its physical processes. The result showed that about 7~8% of the improvement ratio was found at each stage by integrating four factors (u, v, th, q), and the final improvement ratio was 25%. Verification was carried out for one month of August, 2008 by applying the optimized combination to the domain identical to the operating system, and the result showed that the precipitation verification score (ETS, equitable threat score) was improved by 9%, approximately.
This research conducted concerning measures for the influence reduction to an investigation in the structure of offshore breakwater maintenance, an evaluation, a reexamination of the forecast, and a peripheral sediment transport environment. Furthermore, it aimed at the establishment of the beach transformation forecast method based on a hydraulic model study and a numeric simulation. A good result was obtained from a hydraulic model experiment and a numeric simulation as part of the basic research. And a qualitative evaluation of the flow field around the structure became possible since a numeric simulation examined flow field characteristics.
In this study, we examined the new ensemble training approach to reduce the systematic error and improve prediction skill of wind by using the Short-range Ensemble prediction system (SENSE), which is the mesoscale multi-model ensemble prediction system. The SENSE has 16 ensemble members based on the MM5, WRF ARW, and WRF NMM. We evaluated the skill of surface wind prediction compared with AWS (Automatic Weather Station) observation during the summer season (June - August, 2006). At first stage, the correction of initial state for each member was performed with respect to the observed values, and the corrected members get the training stage to find out an adaptive weight function, which is formulated by Root Mean Square Vector Error (RMSVE). It was found that the optimal training period was 1-day through the experiments of sensitivity to the training interval. We obtained the weighted ensemble average which reveals smaller errors of the spatial and temporal pattern of wind speed than those of the simple ensemble average.
In this study, a new consensus technique for predicting tropical cyclone (TC) intensity in the western North Pacific was developed. The most important feature of the present consensus model is to select and combine the guidance numerical models with the best performance in the previous years based on various evaluation criteria and averaging methods. Specifically, the performance of the guidance models was evaluated using both the mean absolute error and the correlation coefficient for each forecast lead time, and the number of the numerical models used for the consensus model was not fixed. In averaging multiple models, both simple and weighted methods are used. These approaches are important because that the performance of the available guidance models differs according to forecast lead time and is changing every year. In particular, this study develops both a multi-consensus model (M-CON), which constructs the best consensus models with the lowest error for each forecast lead time, and a single best consensus model (S-CON) having the lowest 72-hour cumulative mean error, through on training process. The evaluation results of the selected consensus models for the training and forecast periods reveal that the M-CON and S-CON outperform the individual best-performance guidance models. In particular, the M-CON showed the best overall performance, having advantages in the early stages of prediction. This study finally suggests that forecaster needs to use the latest evaluation results of the guidance models every year rather than rely on the well-known accuracy of models for a long time to reduce prediction error.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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