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적외 복사 모수화에 따른 냉각율 및 WRF 예측기온 분석

Analysis of WRF predictive temperature and cooling rate by infrared radiation parameterization

  • 이희용 (LEE, Hee Yong, 강릉원주대학교 일반대학원)

초록/요약

지구는 태양 복사를 흡수하고 같은 양의 적외 복사를 우주로 방출함으로써 에너지 균형을 유지하고 있다. 이 중 적외 복사는 날씨와 기후 등에 있어서 중요하며 특히 기후에 있어서 복사 강제력의 민감도에도 중요한 역할을 하므로 대기 모델에서 적외 복사의 정확한 모수화가 필요하다. 이 연구는 선 모델을 기준으로 하여 WRF에 포함되어 있는 복사 스킴 7개 중 Goddard와 RRTMG의 차이를 비교하고 WRF 산출물인 예측기온을 통해 이를 검증하는 것이 목적이다. 복사 속 밀도 및 복사 냉각율 등을 계산하기 위해서 복사 전달 방정식을 파수별로 계산하여 적분하는 선 모델 방법이 가장 정확해 이를 다양한 민감도 실험을 통해 모수화의 기준이 되는 값을 선정해야 한다. 이 연구에서는 B-dTAU 방법을 사용하여 적분 파수 간격을 0.002 cm-1, 적분 구간은 10 ~ 25 cm-1, 흡수선 자료는 HITRAN 1996년을 기준으로 사용하여 파수 및 밴드별 평균 투과함수를 계산하고 냉각율을 계산하여 이 계산의 결과를 모수화 모델의 기준으로 하였다. 선 모델의 경우 사용자의 설정에 따라 계산시간이 매우 길어지기 때문에 계산 시간을 줄이고자 모수화 모델을 사용한다. 모수화 방법에는 K-distribution과 Table Look up 두 가지 방법으로 나뉘며 이러한 방법을 사용한 모델을 모수화 모델이라고 한다. 모수화 모델은 전체 적외 복사 영역(0 ~ 3000 cm-1)을 밴드별로 나누게 되며 기준 값을 통해 모수화 모델인 Goddard와 RRTMG를 밴드별로 비교해 보았다. 그 결과 선 모델과 Goddard의 경우 가장 큰 차이는 밴드 1과 2 그리고 7과 8에서 나타났다. 밴드 1의 경우 상하층에서 각각 65%와 50%의 차이를 보였고 밴드 2에서는 각각 51%와 85%로 나타났다. 선 모델과 RRTMG의 경우 밴드 1, 2, 9, 10, 11, 12에서 차이를 보였다. 밴드 1의 경우에는 상⦁하층에서 각각 30%와 90%의 차이를 보였으며 밴드 2의 경우 각각 40%와 65%의 차이를 보였다. 적외 복사 전체 영역에서의 냉각율은 H2O, H2O+CO2, H2O+CO2+O3에 대해 수행하였으며 Goddard는 선 모델과 모든 흡수기체에서 약 20%의 차이를 보였고 RRTMG는 선 모델과 각각 40%, 20%, 60%의 차이를 보였다. Garand의 42 연직자료를 이용하여 Goddard와 RRTMG의 냉각율은 상층 대기에서 8%와 하층 대기에서 ±10%의 차이를 보였다. 이러한 차이가 WRF의 산출물에 미치는 영향을 보기 위해 예측기온을 분석하였고 그 결과 하층대기에서 약 0.5 ~ 1K의 차이를 보임으로써 하층에서의 모수화 모델간의 냉각율의 차이가 WRF의 산출물에도 동일하게 나타나는 것으로 분석되었다.

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목차

제 1 장 서론 1
제 2 장 적외 복사 전달 방정식 3
제 3 장 선 모델에 의한 냉각율 계산 7
3.1 흡수선 자료 7
3.2 흡수선 종류에 따른 흡수율과 냉각율 차이 분석 9
3.3 선 모델 계산의 핵심요소 17
3.4 선 모델의 결과 비교 22
제 4 장 모수화 모델 기준 값 계산 28
제 5 장 모수화 방법 및 WRF 모델 적외 복사 모수화 30
5.1 모수화 방법 30
5.2 WRF 모델 적외 복사 모수화 35
제 6 장 모수화 모델의 비교 37
6.1 모수화 모델의 밴드 특성 37
6.2 모수화 모델의 밴드별 냉각율 및 전체 파수에 대한 냉각율 39
6.3 Goddard와 RRTMG의 비교 49
제 7 장 WRF 예측기온 분석 52
제 8 장 요약 및 결론 55
참고문헌 58
영문요약 59

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