Lee, Sang Hyup;Seong, Yeon Jeong;Park, KiDoo;Jung, Young Hun
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.208-208
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2022
Recently, the frequency of abnormal weather due to complex factors such as global warming is increasing frequently. From the past rainfall patterns, it is evident that climate change is causing irregular rainfall patterns. This phenomenon causes difficulty in predicting rainfall and makes it difficult to prevent and cope with natural disasters, casuing human and property damages. Therefore, accurate rainfall estimation and rainfall occurrence time prediction could be one of the ways to prevent and mitigate damage caused by flood and drought disasters. However, rainfall prediction has a lot of uncertainty, so it is necessary to understand and reduce this uncertainty. In addition, when accurate rainfall prediction is applied to the rainfall-runoff model, the accuracy of the runoff prediction can be improved. In this regard, this study aims to increase the reliability of rainfall prediction by analyzing the uncertainty of the Korean rainfall ensemble prediction data and the outflow analysis model using the Limited Area ENsemble (LENS) and the Grid based Rainfall-runoff Model (GRM) models. First, the possibility of improving rainfall prediction ability is reviewed using the QM (Quantile Mapping) technique among the bias correction techniques. Then, the GRM parameter calibration was performed twice, and the likelihood-parameter applicability evaluation and uncertainty analysis were performed using R2, NSE, PBIAS, and Log-normal. The rainfall prediction data were applied to the rainfall-runoff model and evaluated before and after calibration. It is expected that more reliable flood prediction will be possible by reducing uncertainty in rainfall ensemble data when applying to the runoff model in selecting behavioral models for user uncertainty analysis. Also, it can be used as a basis of flood prediction research by integrating other parameters such as geological characteristics and rainfall events.
The objective of this study is to analyze uncertainties of ensemble-based streamflow prediction method for model parameters and input data. ESP (Ensemble Streamflow Prediction) and BAYES-ESP (Bayesian-ESP) based on ABCD rainfall-runoff model were selected as streamflow prediction method. GLUE (Generalized Likelihood Uncertainty Estimation) was applied for the analysis of parameter uncertainty. The analysis of input uncertainty was performed according to the duration of meteorological scenarios for ESP. The result showed that parameter uncertainty was much more significant than input uncertainty for the ensemble-based streamflow prediction. It also indicated that the duration of observed meteorological data was appropriate to using more than 20 years. And the BAYES-ESP was effective to reduce uncertainty of ESP method. It is concluded that this analysis is meaningful for elaborating characteristics of ESP method and error factors of ensemble-based streamflow prediction method.
The correct situation awareness (SA) of operators is important for managing nuclear power plants (NPPs), particularly in accident-related situations. Among the three levels of SA suggested by Ensley, Level 3 SA (i.e., projection of the future status of the situation) is challenging because of the complexity of NPPs as well as the uncertainty of accidents. Hence, several prediction methods using artificial intelligence techniques have been proposed to assist operators in accident prediction. However, these methods only predict short-term plant status (e.g., the status after a few minutes) and do not provide information regarding the uncertainty associated with the prediction. This paper proposes an algorithm that can predict the multivariate and long-term behavior of plant parameters for 2 h with 120 steps and provide the uncertainty of the prediction. The algorithm applies bidirectional long short-term memory and an attention mechanism, which enable the algorithm to predict the precise long-term trends of the parameters with high prediction accuracy. A conditional variational autoencoder was used to provide uncertainty information about the network prediction. The algorithm was trained, optimized, and validated using a compact nuclear simulator for a Westinghouse 900 MWe NPP.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2018.05a
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pp.155-155
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2018
Uncertainty in flood forecasting using a coupled meteorological and hydrological model is arisen from various sources, especially the uncertainty comes from the inaccuracy of Quantitative Precipitation Forecasts (QPFs). In order to improve the capability of flood forecast, the uncertainty estimation and mitigation are required to perform. This study is conducted to investigate and reduce such uncertainty. First, ensemble QPFs are generated by using Monte - Carlo simulation, then each ensemble member is forced as input for a hydrological model to obtain ensemble streamflow prediction. Likelihood measures are evaluated to identify feasible member. These members are retained to define upper and lower limits of the uncertainty interval and assess the uncertainty. To mitigate the uncertainty for very short lead time, a blending method, which merges the ensemble QPFs with radar-based rainfall prediction considering both qualitative and quantitative skills, is proposed. Finally, blending bias ratios, which are estimated from previous time step, are used to update the members over total lead time. The proposed method is verified for the two flood events in 2013 and 2016 in the Yeonguol and Soyang watersheds that are located in the Han River basin, South Korea. The uncertainty in flood forecasting using a coupled Local Data Assimilation and Prediction System (LDAPS) and Sejong University Rainfall - Runoff (SURR) model is investigated and then mitigated by blending the generated ensemble LDAPS members with radar-based rainfall prediction that uses McGill algorithm for precipitation nowcasting by Lagrangian extrapolation (MAPLE). The results show that the uncertainty of flood forecasting using the coupled model increases when the lead time is longer. The mitigation method indicates its effectiveness for mitigating the uncertainty with the increases of the percentage of feasible member (POFM) and the ratio of the number of observations that fall into the uncertainty interval (p-factor).
Seo, Jeonghwa;Park, Jongyeol;Go, Seok Cheon;Rhee, Shin Hyung;Yoo, Jaehoon
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.292-305
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2021
The present study concerns uncertainty assessment of powering prediction from towing tank model tests, suggested by the International Towing Tank Conference (ITTC). The systematic uncertainty of towing tank tests was estimated by allowance of test setup and measurement accuracy of ITTC. The random uncertainty was varied from 0 to 8% of the measurement. Randomly generated inputs of test conditions and measurement data sets under systematic and random uncertainty are used to statistically analyze resistance and propulsive performance parameters at the full scale. The error propagation through an extrapolation procedure is investigated in terms of the sensitivity and coefficient of determination. By the uncertainty assessment, it is found that the uncertainty of resultant powering prediction was smaller than the test uncertainty.
In hydrologic modeling, prediction uncertainty generally stems from various uncertainty sources associated with model structure, data, and parameters, etc. This study aims to assess the parameter uncertainty effect on hydrologic prediction results. For this objective, a distributed rainfall-sediment yield-runoff model, which consists of rainfall-runoff module for simulation of surface and subsurface flows and sediment yield module based on unit stream power theory, was applied to the mesoscale mountainous area (Cheoncheon catchment; 289.9 $km^2$). For parameter uncertainty evaluation, the model was calibrated by a multi-objective optimization algorithm (MOSCEM) with two different objective functions (RMSE and HMLE) and Pareto optimal solutions of each case were then estimated. In Case I, the rainfall-runoff module was calibrated to investigate the effect of parameter uncertainty on hydrograph reproduction whereas in Case II, sediment yield module was calibrated to show the propagation of parameter uncertainty into sedigraph estimation. Additionally, in Case III, all parameters of both modules were simultaneously calibrated in order to take account of prediction uncertainty in rainfall-sediment yield-runoff modeling. The results showed that hydrograph prediction uncertainty of Case I was observed over the low-flow periods while the sedigraph of high-flow periods was sensitive to uncertainty of the sediment yield module parameters in Case II. In Case III, prediction uncertainty ranges of both hydrograph and sedigraph were larger than the other cases. Furthermore, prediction uncertainty in terms of spatial distribution of erosion and deposition drastically varied with the applied model parameters for all cases.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.18
no.4
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pp.327-334
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2002
The work presents sensitivity and uncertainty analysis of 2-compartment model for the evaluation of indoor radon pollution in a house. Effort on the development of such model is directed towards the prediction of the generation and transfer of radon in indoor air released from groundwater. The model is used to estimate a quantitative daily human exposure through inhalation of such radon based on exposure scenarios. However, prediction from the model has uncertainty propagated from uncertainties in model parameters. In order to assess how model predictions are affected by the uncertainties of model inputs, the study performs a quantitative uncertainty analysis in conjunction with the developed model. An importance analysis is performed to rank input parameters with respect to their contribution to model prediction based on the uncertainty analysis. The results obtained from this study would be used to the evaluation of human risk by inhalation associated with the indoor pollution by radon released from groundwater.
The most objective way to overcome the limitation of numerical weather prediction model is to represent the uncertainty of prediction by introducing probabilistic forecast. The uncertainty of the numerical weather prediction system developed due to the parameterization of unresolved scale motions and the energy losses from the sub-scale physical processes. In this study, we focused on the growth of model errors. We performed ensemble forecast to represent model uncertainty. By employing the multi-physics scheme (PHYS) and the stochastic kinetic energy backscatter scheme (SKEBS) in simulating typhoon Rusa (2002), we assessed the performance level of the two schemes. The both schemes produced better results than the control run did in the ensemble mean forecast of the track. The results using PHYS improved by 28% and those based on SKEBS did by 7%. Both of the ensemble mean errors of the both schemes increased rapidly at the forecast time 84 hrs. The both ensemble spreads increased gradually during integration. The results based on SKEBS represented model errors very well during the forecast time of 96 hrs. After the period, it produced an under-dispersive pattern. The simulation based on PHYS overestimated the ensemble mean error during integration and represented the real situation well at the forecast time of 120 hrs. The displacement speed of the typhoon based on PHYS was closest to the best track, especially after landfall. In the sensitivity tests of the model uncertainty of SKEBS, ensemble mean forecast was sensitive to the physics parameterization. By adjusting the forcing parameter of SKEBS, the default experiment improved in the ensemble spread, ensemble mean errors, and moving speed.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.49
no.4
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pp.13-22
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2007
The uncertainty in water quality model predictions is inevitably high due to natural stochasticity, model uncertainty, and parameter uncertainty. An integrated modeling system under uncertainty was described and demonstrated for use in watershed management and receiving-water quality prediction. A watershed model (HSPF), a receiving water quality model (WASP), and a wetland model (NPS-WET) were incorporated into an integrated modeling system (modified-BASINS) and applied to the Hwaseong Reservoir watershed. Reservoir water quality was predicted using the calibrated integrated modeling system, and the deterministic integrated modeling output was useful for estimating mean water quality given future watershed conditions and assessing the spatial distribution of pollutant loads. A Monte Carlo simulation was used to investigate the effect of various uncertainties on output prediction. Without pollution control measures in the watershed, the concentrations of total nitrogen (T-N) and total phosphorous (T-P) in the Hwaseong Reservoir, considering uncertainty, would be less than about 4.8 and 0.26 mg 4.8 and 0.26 mg $L^{-1}$, respectively, with 95% confidence. The effects of two watershed management practices, a wastewater treatment plant (WWTP) and a constructed wetland (WETLAND), were evaluated. The combined scenario (WWTP + WETLAND) was the most effective at improving reservoir water quality, bringing concentrations of T-N and T-P in the Hwaseong Reservoir to less than 3.54 and 0.15 mg ${L^{-1}$, 26.7 and 42.9% improvements, respectively, with 95% confidence. Overall, the Monte Carlo simulation in the integrated modeling system was practical for estimating uncertainty and reliable in water quality prediction. The approach described here may allow decisions to be made based on probability and level of risk, and its application is recommended.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.6
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pp.1159-1166
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2010
To improve prediction quality of a nonlinear prediction system, the system's capability for uncertainty of nonlinear data should be satisfactory. This paper presents a TSK fuzzy prediction system that can consider and deal with the uncertainty of nonlinear data sufficiently. In the design procedures of the proposed system, HCBKA(Hierarchical Correlationship-Based K-means clustering Algorithm) was used to generate the accurate fuzzy rule base that can control output according to input efficiently, and the first-order difference method was applied to reflect various characteristics of the nonlinear data. Also, multiple prediction systems were designed to analyze the prediction tendencies of each difference data generated by the difference method. In addition, to enhance the prediction quality of the proposed system, an error compensation method was proposed and it compensated the prediction error of the systems suitably. Finally, the prediction performance of the proposed system was verified by simulating two typical time series examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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