Kang, Misun;Lim, Yun-Kyu;Cho, Changbum;Kim, Kyu Rang;Park, Jun Sang;Kim, Baek-Jo
Atmosphere
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v.26
no.4
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pp.673-686
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2016
Understanding limitation of simulation for Planetary Boundary Layer (PBL) height in mesoscale meteorological model is important for accurate meteorological variable and diffusion of air pollution. This study examined the accuracy for simulated PBL heights using two different PBL schemes (MYJ, YSU) in Weather Research and Forecasting (WRF) model during the radiosonde observation period. The simulated PBL height were verified using atmospheric sounding data obtained from radiosonde observations that were conducted during 5 months from August to December 2014 over the Gumi weir in Nakdong river. Four Dimensional Data Assimilation (FDDA) using radiosonde observation data were conducted to reduce error of PBL height in WRF model. The assessment result of PBL height showed that RMSE with YSU scheme were lower than that with MYJ scheme in the day and night time, respectively. Especially, the WRF model with YSU scheme produced lower PBL height than with the MYJ scheme during night time. The YSU scheme showed lower RMSE than the MYJ scheme on sunny, cloudy and rainy day, too. The experiment result of FDDA showed that PBL height error were reduced by FDDA and PBL height at the nudging coefficient of $3.0{\times}10^{-1}$ (YSU_FDDA_2) were similar to observation compared to the nudging coefficient of $3.0{\times}10^{-4}$ (YSU_FDDA_1).
Sensitivity experiments of WRF model using different planetary boundary layer (PBL) and land surface model (LSM) parameterizations are evaluated for prediction of wind fields within the surface layer. The experiments were performed with three PBL schemes (YSU, Pleim, MYJ) in combination with three land surface models (Noah, RUC, Pleim). The WRF model was conducted on a nested grid from 27-km to 1-km horizontal resolution. The simulations validated wind speed and direction at 10 m and 80 m above ground level at a 1-km spatial resolution over the South Korea. Statistical verification results indicate that Pleim and YSU PBL schemes are in good agreement with observations at 10 m above ground level, while the MYJ scheme produced predictions similar to the observed wind speed at 80 m above ground level. LSM comparisons indicate that the RUC model performs best in predicting 10-m and 80-m wind speed. It is found that MYJ (PBL) - RUC (LSM) simulations yielded the best results for wind field in the surface layer. The choice of PBL and LSM parameterization will contribute to more accurate wind predictions for air quality studies and wind power using WRF.
The effects of vertical resolutions and planetary boundary layer (PBL) physics schemes in a numerical simulation with a very high resolution over the metropolitan area were investigated. The numerical experiments using the Weather Research and Forecast model were conducted from 0000 UTC 25 October to 0000 UTC 26 October 2013. We verified the numerical results against with six hourly observation data from the radiosonde at Seolleung, which was located in southern part of Seoul, and forty three auto weather systems in Seoul. In the experiments of vertical resolutions in low level atmosphere with 44, 50, and 60 layers, which are set to be subdivided particularly under 2 km height. The experiment in 60 layers, which has the highest vertical resolution in this study, showed relatively a clear diurnal variation of PBL heights. Especially, the difference of PBL heights and 10-meter wind fields were mainly seen in the area of high altitude lands for the experiments of vertical resolution. In the sensitivity experiment of PBL schemes such as asymmetric convective model-version 2 (ACM2), Yonsei University (YSU), and Mellow-Yamada-Janjic (MYJ) to the temperature, all three PBL schemes revealed lower temperature than observed profile from the radiosonde in the entire period. The experiments with YSU PBL and ACM2 PBL schemes show relatively less biased in comparison with the experiment of the MYJ PBL scheme.
In this study,for YSU (Yonsei University), MYJ(Mellor-Yamada-Janjic), ACM2 (Asymmetric Convective Model), and BouLac (Bougeault-Lacarrere) PBL schemes, numerical experiments were performed for the case period (June 26-30, 2014). The PBLH calculated by using the backscatter signal produced by the mobile vehicle-mounted lidar system (LIVE) and the PBLH calculated by the prediction of each PBL schemes of WRF were compared and analyzed. In general, the experiments using the non-local schemes showed a higher correlation than the local schemes for lidar observation. The standard deviation of the PBLH difference for daylight hours was small in the order of YSU (≈0.39 km), BouLac (≈0.45 km), ACM2 (≈0.47 km), MYJ (≈0.53 km) PBL schemes. In the RMSE comparison for the case period, the YSU PBL scheme was found to have the highest precision. The meteorological lider mounted on the vehicle is expected to provide guidance for the analysis of the planetary boundary layer in a numerical model under various weather conditions.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.13
no.2
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pp.103-113
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1997
The research described in this paper was conducted to estimate the stability and heat budget in planetary boundary layer (PBL) at Kimhae. The upper air observation was carried out during period from 3 Februsry 1993 to 5 February 1993 at Kimhae. The surface observation data used the one during period from 1 April 1994 to 31 March 1995. The maximum height of inversion layer observed at Kimhae was 310 m. Destruction of the inversion was simultaneously occurred at the surface and the mid-layer (200 $\sim$ 300 m), however the origin of destruction is different each other. The surface inversion is destructed by surface heating owing to growing radiation in surface but disappearance of the mid-layer inversion is related to the upper cold air movement.
It is well known that convections and fronts are the most effective weather systems for the vertical transport of pollutants. I used a two dimensional front model in order to investigate the mechanism of the vertical transport of atmospheric pollutants between planetary boundary layer(PBL) and free atmosphere by fronts. The main dynamic processes which contribute the vertical transport of pollutants are advection and diffusion. The transported amount of pollutant from the boundary layer to the free atmosphere increases dramatically during the developing stage of the front. 46% of pollutants are transported vertically within 12 hour and 54% are transported within 24 hour. In the meantime, compared to the total amount of pollutants transported by both advection and diffusion, about 25% (30%) less pollutants are transported when only advection (diffusion) process in included in the model. The most important mechanism for the vertical transport is vertical advection, while the vertical diffusion process plays an important role in the redistribution of pollutants in the PBL.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.28
no.6
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pp.632-643
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2012
Analysis of wind resources in Planetary Boundary Layer (PBL) using long term observation of tall tower located near coast line of the Korean Peninsula were carried out. The data observed at Pohang, Gunsan and Jinhae are wind, temperature and relative humidity with 10 minute interval for one year from 1 October 2010. Vertical turbulence intensity and its deviation at Pohang site is smaller than those of other sites, and momentum flux estimated at 6 vertical layers tend to show small difference in Pohang site in comparison with other sites. The change of friction velocity with atmospheric stability in Pohang is also not so great. These analysis indicate the mechanical forcing due to geographical element of upwind side is more predominant than thermal forcing. On the other hand, wind resources at Gunsan and Jinhae are mainly controlled by thermal forcing.
Neglecting the vertical transport from the surface, most of the previous studies on the long-range transport of pollutants have only considered the horizontal transport caused by the free atmosphere wind. I used a three dimensional numerical model, MM5 (The fifth generation Penn State Univ./NCAR Mesoscale Model) for the simulation of vertical transport of pollutants and investigated the mechanism of the vertical transport of atmospheric pollutants between planetary boundary layer(PBL) and free atmosphere by fronts. From the three dimensional simulation of MM5, the amount of pollutants transport from PBL to free atmosphere is 48% within 18 hour after the development of front, 55% within 24 hour, and 53% within 30 hour. The ratios of the vertically transported pollutant for different seasons are 62%, 60%, 54%, and 43% for spring, summer, fall, and winter, respectively. The most active areas for the vertical transport are the center of low pressure and the warm sector located east side of cold front, in which the strong upward motion slanted northward occurs. The horizontal advection of pollutants at the upper level is stronger than at the lower level simply because of the stronger wind speed. The simulation results shows the well known plum shape distribution of pollutants. The high concentration area is located in the center and north of the low pressure system, while the second highest concentration area is in the warm sector. It is shown that the most important mechanism for the vertical transport is vertical advection, while the vertical diffusion process plays an important role in the redistribution of pollutants in the PBL.
This paper investigates the characteristics of turbulence schemes. Turbulence closures are fundamental for modeling the atmospheric diffusion, transport and dispersion in the boundary layer. In particular, in non-homogeneous conditions, a proper description of turbulent transport in planetary boundary layer is fundamental aspect. This study is based on the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) and combines four different turbulence schemes to assess if the different schemes have a impact on simulation results of vertical profiles. Two of these schemes are Isotropc Deformation scheme (I.Def) and Anisotropic deformation scheme (A.Def) that are simple local scheme based on Smagorinsky scheme. The other two are Mellor-Yamada scheme (MY2.5) and Deardorff TKE scheme (D.TKE) that are more complex non-local schemes that include a prognostic equation for turbulence kinetic energy. The simulated potential temperature, wind speed and mixing ratio are compared against radiosonde observations from the study region. MY2.5 shows consistently reasonable vertical profile and closet to observation. D.TKE shows good results under relatively strong synoptic condition especially, mixing ratio simulation. Validation results show that all schemes consistently underestimated wind speed and mixing ratio but, potential temperature was somewhat overestimated.
Seo, Beom-Keun;Byon, Jae-Young;Lim, Yoon-Jin;Choi, Byoung-Choel
Journal of the Korean earth science society
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v.36
no.2
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pp.158-170
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2015
This study evaluates the wind speed forecast near the surface layer using the Weather Research Forecasting with Large Eddy Simulation (WRF-LES) model in order to compare the planetary boundary layer (PBL) parameterization with the LES model in terms of different spatial resolution. A numerical simulation is conducted with 1-km and 333-m horizontal resolution over the Gangwon Province including complex mountains and coastal region. The numerical experiments with 1-km and 333-m horizontal resolution employ PBL parameterization and LES, respectively. The wind speed forecast in mountainous region shows a better forecast performance in 333-m experiment than in 1-km, while wind speed in coastal region is similar to the observation in 1-km spatial resolution experiment. Therefore, LES experiment, which directly simulates the turbulence process near the surface layer, contributes to more accurate forecast of surface wind speed in mountainous regions.
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