Prediction of Heavy Rainfall with the use of the High Resolution QPM over the Korean Peninsula

Abstract

해상도가 증가함에 따라 강수예보가 향상되며, 특히 집중호우를 더 잘 모의함을 많은 연구에서 밝힌 바 있다. 그러나 컴퓨터 자원의 한계로 인해 수평해상도 1 km 이하의 NWP 모델을 활용한 연구가 거의 없다. 이에 본 연구에서는 역학적 과정은 포함되지 않았으나 강수에 중요한 요소 중 하나인 지형효과를 고려하여 적분시간을 단축시킬 수 있는 강수 진단 모형 (QPM)을 사용하였다. 강수진단 모형 (QPM)은 전지구모델 또는 지역모델의 강수예보를 배경장으로 사용하므로 강수 진단 모형 (QPM)의 배경장에 따라 어떤 결과가 도출되는지, 강수 진단 모형 (QPM) 배경장의 민감도 실험을 수행하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 고해상도 강수 진단 모형 (QPM)의 배경장으로써 모델의 해상도와 네스팅 기법이 강수 진단 모형 (QPM) 수행에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 2011년 여름철 8개의 집중호우 사례에 대한 강수 진단 모형 (QPM) 결과를 분석하였다. 실험은 총 6가지로 구성된다. 40 km 전지구 모델 (GME)의 결과와 20 km 전지구 모델 (GME)의 결과 값에서 다운스켈링한 QPM의 결과와 40 km와 20 km 전지구모델 (GME)에서 한번 다운스켈링한 8km 지역 모델 (WRF)과 두 번 다운스켈링한 2.6 km 지역모델 (WRF)을 입력장으로 사용하는 QPM의 결과를 사용한다. 총 누적 강수량에 대한 강수분포와 peak rainfall을 분석하였으며, 정확도를 평가하기 위해 TS, ETS와 Bias score를 검증하였다. 총 누적 강수량에 대한 강수량 분포 분석에서는 지역모델을 한번 다운스켈링 한 QPM의 결과가 관측과 가장 유사한 모의를 보였으나, 200 mm가 넘는 강수량 분석에서는 지역모델을 두 번 다운 스켈링 한 QPM의 결과가 관측과 가장 가까운 결과를 보였다. 하지만 임계값이 100 mm, 50 mm로 작아질수록 지역모델을 한 번 다운스켈링한 QPM의 결과 값이 관측과 가장 가까운 강수량을 보였다. 지역모델을 두 번 다운 스켈링한 QPM의 결과가 peak rainfall을 가장 잘 모의하였으나 그 외 (상위 1 % 외) 강수량은 잘 모의하지 못했다. 이는 지역모델 내 역학과정이 반복 계산되면서 강수가 세분화되고 강화되었기 때문으로 사료된다. 전지구모델에서 다운스켈링 한 QPM의 TS, ETS는 임계값이 커질수록 값이 크게 감소하고 과소모의도 강하게 나타나 전지구모델에서 다운스켈링 한 QPM은 높은 임계값에서 좋지 못한 성능을 보였으나 지역모델에서 다운스켈링 한 QPM의 TS, ETS는 임계값이 커짐에도 값이 크게 감소되지 않고 높은 값을 유지하고 있어 높은 임계값에서 지역모델에서 다운스켈링 한 QPM이 탁월한 성능을 보임을 확인하였다. 지역모델 내 네스팅 수에 따른 ETS 결과의 차이는 크지 않았으나 지역모델을 한번 다운스켈링 한 QPM의 결과가 가장 우수하였다. 시간에 따른 QPM의 분석 결과, 전지구모델에서 지역모델을 한 번 다운스켈링한 QPM의 결과가 대부분 예보시간동안 관측과 가장 비슷한 값과 패턴을 생성하였으며, 특히 40 km 전지구모델에서 지역모델을 한 번 다운스켈링한 QPM이 가장 우수한 결과를 생성하였다. 시간에 따른 상위 1 % 내 강수량 분석에서는 예보시간에 따라 결과 값의 차이가 크게 나타났으며, 전반적으로 20 km 전지구모델에서 지역모델을 한 번 다운스켈링한 QPM의 결과와 20 km 전지구모델에서 지역모델을 두 번 다운스켈링한 QPM 결과가 시간별 peak rainfall의 양을 잘 모의하였다. 전지구모델의 결과 값이 QPM의 초기장으로 사용하는 경우 전지구모델의 해상도가 증가함에 따라 QPM의 결과 값도 크게 향상되었으나, 전지구모델에서 다운스켈링 한 지역모델의 결과 값을 초기장으로 사용하는 경우 전지구모델의 해상도 증가와 도출된 결과 사이의 상관이 거의 없었다. 그러나 지역모델 자체 내 해상도 증가는 QPM의 peak rainfall 재생산에 탁월한 입력장 역할을 수행하였다. 하지만 전반적인 강수분포는 잘 모의하지 못하였다. 분석 결과, 40 km 전지구모델에서 지역모델을 두 번 다운스켈링 한 QPM와 20 km 전지구모델에서 지역모델을 한 번 다운스켈링 한 QPM의 예보정확도가 가장 높은 것으로 확인되었으나 시간 적분을 이용한 효율성을 고려할 시, 20 km 전지구모델에서 지역모델을 한 번 다운스켈링 한 QPM 예보가 가장 적절한 기법으로 사료된다.