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목차
제1장 개발 목적 및 목표 17
1. 사업 배경과 필요성 17
2. 개발 목적 17
3. 개발 목표 18
4. 추진 전략 18
제2장 개발 내용 및 범위 19
1. 개발 내용 19
2. 개발 범위 20
제3장 모델 개발 및 결과 21
1. 고해상도 3차원 북태평양 해양순환 예측모델 구축 21
(1) 수평격자 크기 1/10˚과 연직 30층의 해상도 22
(2) 대기모델 결과를 이용한 해양/대기 열교환 계산 25
(3) 대표적인 큰 3강들의 강물 유입 효과 27
(4) 해양수치모델에 tidal potential 계산모듈 적용 28
(5) 해양수치모델에 sea ice 모듈 고려 31
2. 고해상도 3차원 북태평양 해양순환 예측모델 개선 32
(1) 평균 해류 32
(2) 해수면 높이 34
(3) 수온·염분 38
(4) 월별 수송량 45
(5) Sea Ice 51
(6) 타 모델과의 비교 55
3. 표층수온 자료를 사용한 자료동화(4DVAR) 결과 59
(1) 자료동화 방법 59
(2) 4차원 변분동화기법(4DVAR) 63
(3) 인공위성 SST를 사용한 자료동화(4DVAR) 결과 64
4. 후쿠시마 원전사고 방사성 물질의 확산·이동 경로 예측 결과 79
(1) 뜰개 실험 79
(2) 확산 실험 80
5. 북태평양 표층해류 모식도 작성 87
제4장 활용 계획 94
1. 기후변화 예측 94
2. 저염수 예측 94
3. 수온 예측 94
4. 피해상황 발생 시 이동 예측 94
제5장 향후 개선 사항 및 발전 방안 96
1. 4차원 변분자료동화 기법 개선 96
2. 일본 후쿠시마 방사능 물질 확산·이동 경로 예측 96
3. 중국연안 원전사고 대비 방사능 물질의 확산·이동 모의실험 97
4. 북태평양 해양순환모델 자료를 이용한 지역해양모델 개발 97
5. Global Model 97
참고문헌 98
판권기 101
〈표 1〉 자료동화 전후의 모델과 관측 해수면 수온 자료의 평균 수온 차이 65
〈표 2〉 후쿠시마 원전 사고 후 바다의 방사성 물질 농도를 관측한 위치, 일시,... 83
〈그림 1〉 1/10°도 북태평양 해양 수치모델의 수심도(위)와 30층의 수직 격자(아래). 23
〈그림 2〉 육지와 바다를 구분해주는 land/sea masking 작업. 24
〈그림 3〉 평활화(smoothing)한 수심의 r—factor. 24
〈그림 4〉 COADS 기상장을 이용하여 북태평양 모델에서 계산된 월평균... 25
〈그림 5〉 COADS에서 제공하는 월평균 열수지. 26
〈그림 6〉 COADS 기상장으로 북태평양 모델에서 계산된 월평균 표층... 26
〈그림 7〉 북태평양 모델에 강물 입력 자료로 사용된 아무르강(a),... 27
〈그림 8〉 Tidal Potential을 사용하여 북태평양 모델로 재현된 해수면 높이의... 29
〈그림 9〉 Tidal Potential로 계산된 해수면(a, c)과 관측 해수면(b, d).... 30
〈그림 10〉 Tidal Potential로 계산된 해수면변화(검은색)와 관측 해수면(붉은색). 위는 인천... 31
〈그림 11〉 2011 연평균 해류(위) AVISO 해수면 경사로 계산된 해류... 33
〈그림 12〉 2010년 AVISO(위)와 1/10° 모델(아래)의 월별 SSH. 35
〈그림 13〉 2010년 1/4° 모델(위)과 1/10° 모델(아래)의 월별SSH. 36
〈그림 14〉 Nino3.4 해역에서 관측과 모델의 해수면 편차 변화 비교(위) 관측과 1/4°모델... 37
〈그림 15〉 2000년대 (위)관측(AVHRR), (중간)저해상도(1/4°)모델,... 39
〈그림 16〉 동경 180°를 따른 남북단면의 (위)WOA05 관측, (중간) 저해상도... 40
〈그림 17〉 (동경 180°를 따른 남북단면의 (위)WOA05 관측, (중간) 저해상도... 41
〈그림 18〉 일평균 바람장으로 2000-2012년을 계산한 후 2012년 결과를 초기장으로 다시... 42
〈그림 19〉 2011년 2월 북서태평양 해수면 수온분포(위 왼쪽) 관측(BA SST), (위 오른 쪽)... 43
〈그림 20〉 2011년 8월 북서태평양 해수면 수온분포(위 왼쪽) 관측(BA SST), (위 오른 쪽)... 43
〈그림 21〉 2011년 2월 북서태평양 해수면 염분분포(위 왼쪽) 저해상도(1/4°)모델, (아래 왼쪽)... 44
〈그림 22〉 2011년 8월 북서태평양 해수면 염분분포(위 왼쪽) 저해상도(1/4°)모델, (아래 왼쪽)... 44
〈그림 23〉 대한해협 수송량(Sv) 비교 (위) 관측과 저해상도(1/4°)모델과 (아래) 관측과 고해상도... 45
〈그림 24〉 고해상도(1/10°)모델에서 계산된 각 해협의 수송량 46
〈그림 25〉 다른 모델에서 계산된 수송량. 46
〈그림 26〉 2011년 2월 평균 해류와 해수면 수온 분포... 48
〈그림 27〉 Izu-Ogasawara Ridge의 수심을 (위) 원래대로 사용한 모델과 (아래) 깊게... 49
〈그림 28〉 Izu-Ogasawara Ridge의 수심을 (위) 원래대로 사용한 모델과 (아래) 유연화... 49
〈그림 29〉 (위) Izu-Ogasawara Ridge의 수심을 더 깊게(2km) 수정한 모델과 (아래)... 50
〈그림 30〉 1975-1980년의 Kuroshio Axis(Kuroshio V) 50
〈그림 31〉 모델로 재현한 2011년 월평균 sea ice 수평 분포. 52
〈그림 32〉 관측(GHRSST)과 모델의 해빙 분포. 2011년 1월 31일 (a) 관측과... 53
〈그림 33〉 관측(Hardley Center)과 모델의 해빙 분포. 2011년 2월... 54
〈그림 34〉 베링해역(175-200°E, 54-65°N)에서 2011년 Hardley Center의 관측과... 55
〈그림 35〉 2011년 2월 15일 (위 왼쪽) 관측(GHRSST), (위 오른쪽) HYCOM, (아래 왼쪽)... 56
〈그림 36〉 2011년 8월 15일 (위 왼쪽) 관측(GHRSST), (위 오른쪽) HYCOM, (아래 왼쪽)... 56
〈그림 37〉 2010년 2월 1일 북태평양 해수 표면 수온 분포. (위) 관측... 57
〈그림 38〉 2011년 2월 1일 해수면 수온 분포 (위) GHRSST, (아래 왼쪽) HYCOM,... 58
〈그림 39〉 2011년 9월 7일 자료동화를 하지 않은 모델 SST(a), 관측 SST(b), 두 결과의 차이(c). 64
〈그림 40〉 2010년 2월 1일 북태평양 해수 표면 수온 분포. (위) 관측... 66
〈그림 41〉 2010년 5월 1일 북태평양 해수 표면 수온 분포. (위) 관측... 67
〈그림 42〉 2010년 8월 1일 북태평양 해수 표면 수온 분포. (위) 관측... 68
〈그림 43〉 2010년 11월 1일 북태평양 해수 표면 수온 분포. (위) 관측... 69
〈그림 44〉 2010년 2월 1일 인공위성 관측(NOAA) 해수면 수온과 모델... 70
〈그림 45〉 2010년 2월 1일 인공위성 관측(NOAA) 해수면 수온과 자료... 71
〈그림 46〉 2010년 2월 1일 인공위성 관측(NOAA) 해수면 수온과 자료... 72
〈그림 47〉 2010년 2월 1일 인공위성 관측(NOAA) 해수면 수온과 자료... 73
〈그림 48〉 2010년 2월 1일 인공위성 관측(NOAA) 해수면 수온과 자료... 74
〈그림 49〉 2010년 2월 1일 자료동화 전후의 모델 수온 차이 (위) 모델... 75
〈그림 50〉 2010년 2월 1일 자료동화 전후의 모델 수온 차이 (위) 모델... 76
〈그림 51〉 2010년 2월 1일의 (위) 자료동화 전의 모델 표층 유속과 (아... 77
〈그림 52〉 2010년 2월 1일 자료동화 전후의 모델 표층 유속 차이. (위)... 78
〈그림 53〉 북태평양 모델 영역(a)과 후쿠시마 원전 방사능이 유출된 해역(b). 81
〈그림 54〉 관측된 표류부이 이동궤적(a), 저해상도(25 km) 모델에서 계산된... 82
〈그림 55〉 후쿠시마 원전 방사능 유출 사고 관측한 지점의 위치 82
〈그림 56〉 2014년 11월 12일 후쿠시마원전 사고에 의한 방사성 물질이... 83
〈그림 55〉 2013년 8월 20일 BBC 뉴스에 보도된 "후쿠시마 원전에서 방사성... 84
〈그림 58〉 2011년 3월 11일 후쿠시마 사고에 의해 유입된 방사능 물질의 확산 범위로서... 85
〈그림 59〉 2011년 3월 11일 후쿠시마 사고 이후 8000만Bq/l로 오염된 냉각수가 하루... 86
〈그림 60〉 2000년대 모델 평균 해류 88
〈그림 61〉 북태평양 해류도 88
〈그림 62〉 북서태평양 해역의 해류 개념도 89
〈그림 63〉 NOAA National Operational Model Archive & Distribution... 89
〈그림 64〉 Algalita Marine Research Foundation. 90
〈그림 65〉 Kuroshio Extension and its recirculation gyres 90
〈그림 66〉 Surface Dynamic Height around Kuroshio Extension 91
〈그림 67〉 Surface Dynamic Height around Kuroshio Extension 91
〈그림 68〉 Kuroshio Bifurcation 92
〈그림 69〉 Shatsky Rise 부근의 Kuroshio Bifurcation 92
〈그림 70〉 Dynamic Height for California Current 93
제1장 개발 목적 및 목표 121
1. 사업 배경과 필요성 121
2. 개발 목적 121
3. 개발 목표 122
4. 추진 전략 122
제2장 개발 내용 및 범위 123
1. 개발 내용 123
2. 개발 범위 124
제3장 모델 개발 및 결과 125
1. 고해상도 3차원 북태평양 해양순환 예측모델 125
(1) 수평격자 크기 1/10°과 연직 30층의 해상도 126
(2) 대기모델 결과를 이용한 해양/대기 열교환 계산 129
(3) 대표적인 큰 3강들의 강물 유입 효과 131
2. 고해상도 3차원 북태평양 해양순환 예측모델 개선 132
(1) 수직 좌표 변환(Vertical Coordinates Transformation) 132
(2) Aavection Schemes 134
(3) A4(Akima 4th order) 스킴(scheme) 적용 효과 138
(4) 타 모델(HYCOM)과의 비교 154
3. 4DVAR를 사용한 자료동화 158
(1) Least Square Method 158
(2) Variational(cost function) approach 159
(3) Example 161
(4) General Form 161
(5) 위성관측 SST를 사용한 자료동화(4DVAR) 결과 162
(6) 4DVAR 민감도 실험 결과 165
(7) 위성관측 SSH를 사용한 자료동화(4DVAR) 결과 177
4. 후쿠시마 원전사고 방사성 물질의 확산·이동 경로 실험 결과 181
(1) 확산 실험 개요 181
(2) 원전 사고에 의한 방사성 물질 확산 실험(실험1) 181
(3) 오염 냉각수 유입에 의한 방사성 물질 확산 실험(실험2) 182
5. 북태평양 표층해류 모식도 작성 192
제4장 활용 계획 195
1. 기후변화 예측 195
2. 저염수 예측 195
3. 수온 예측 195
4. 피해상황 발생 시 이동 예측 195
제5장 향후 개선 사항 및 발전 방안 197
1. 4차원 변분자료동화 기법 개선 197
2. 일본 후쿠시마 방사능 물질 확산·이동 경로 예측 197
3. 중국연안 원전사고 대비 방사능 물질의 확산·이동 모의실험 197
4. 북태평양 해양순환모델 자료를 이용한 지역해양모델 개발 197
5. Global Model 198
참고문헌 199
판권기 202
〈표 1〉 자료동화 전후의 모델과 관측의 평균 SST 차이 164
〈표 2〉 관측 SST와 자료동화 후 모델 SST의 통계 172
〈표 3〉 반복 회수 10, 15, 25를 사용하여 자료동화한 결과 비교 분석 177
〈표 4〉 후쿠시마 원전 사고 후 바다의 방사성 물질 농도를 관측한 위치, 일시,... 184
〈그림 1〉 1/10°도 북태평양 해양 수치모델의 수심도(위)와 30층의 수직 격자(아래). 127
〈그림 2〉 육지와 바다를 구분해주는 land/sea masking 작업. 128
〈그림 3〉 평활화(smoothing)한 수심의 r-factor. 128
〈그림 4〉 COADS 기상장을 이용하여 북태평양 모델에서 계산된 월평균... 129
〈그림 5〉 COADS에서 제공하는 월평균 열수지. 130
〈그림 6〉 COADS 기상장으로 북태평양 모델에서 계산된 월평균 해수면... 130
〈그림 7〉 북태평양 모델에 강물 입력자료로 사용될 아무르강(a),... 131
〈그림 8〉 Vtransform과 Vstretching의 예 134
〈그림 9〉 수온과 염분(tracer)와 유속의 수평과 수직 항을 계산하는 스킴(scheme)으로 U3와 C4를... 136
〈그림 10〉 수온과 염분(tracer)의 수평과 수직 항을 계산하는 스킴(scheme)으로 A4, 유속의 수평과... 137
〈그림 11〉 2000년 대 평균 SST 분포들. (위 왼쪽) 관측(AVHRR), (아래 왼쪽) 저해상도(1/4°)... 139
〈그림 12〉 2000년 대 평균 SST 분포들. (위 왼쪽) 관측(AVHRR), (아래 왼쪽) 저해상도(1/4°)... 140
〈그림 13〉 관측 평균 SST(붉은색)와 모델 평균 SST(검은색)의 월변화와... 141
〈그림 14〉 100m 층의 관측과 모델 SST 차이. 모델은 각각 (위) 이류항에... 142
〈그림 15〉 동경 180°, 서경 160°, 서경 140°를 따르는 수직 단면의 수직 수온 분포. (a) WOA... 144
〈그림 16〉 동경 180°, 서경 160°, 서경 140°를 따르는 수직 단면의 수직 염분 분포. (a) WOA... 145
〈그림 17〉 2011년 2월의 북태평양 해수면 해류 비교. (a) AVISO(1/4°)의 해수면... 148
〈그림 18〉 2011년 8월의 북태평양 해수면 해류 비교. (a) AVTSO(1/4°)의 해수면... 149
〈그림 19〉 관측된 대한해협 수송량(검은색)과 모델 수송량 비교. (위)... 150
〈그림 20〉 2000년 대 평균 관측과 모델의 적도해류 비교. (a) 165°E, (b) 190°E, (c)... 151
〈그림 21〉 180°E를 따른 남북 단면의 2월 동서성분 해류. (a) 저해상도(1/4°)... 152
〈그림 22〉 180°E를 따른 남북 단면의 8월 동서성분 해류. (a) 저해상도(1/4°)... 153
〈그림 23〉 2011년 2월 15일 해수면 수온 비교. (위 왼쪽) 관측(GHRSST), (위 오른쪽)... 155
〈그림 24〉 2011년 8월 15일 해수면 수온분포 비교. (위 왼쪽) 관측(GHRSST), (위 오른쪽)... 155
〈그림 25〉 2010년 2월 1일 북태평양 해수면 수온분포 비교. (위) 관측... 156
〈그림 26〉 2011년 2월 1일 해수면 수온 분포. (위) GHRSST, (아래 왼쪽) HYCOM,... 157
〈그림 27〉 확률 p₁, p₂, p₁p₂ 161
〈그림 28〉 Balance Operator를 사용한 자료동화로 생성된 초기조건으로 모델을 계산할... 166
〈그림 29〉 2010년 2월 1일의 북태평양 해수면 수온 분포. (a) 관측(BASST),... 167
〈그림 30〉 2010년 5월 1일의 북태평양 해수면 수온 분포. (a) 관측(BASST),... 168
〈그림 31〉 2010년 8월 1일의 북태평양 해수면 수온 분포. (a) 관측(BASST),... 169
〈그림 32〉 2010년 11월 1일의 북태평양 해수면 수온 분포. (a) 관측(BASST),... 170
〈그림 33〉 자료동화 후의 SST에서 자료동화 전의 SST를 뺀 차이 171
〈그림 34〉 2010년 2월 1일 우리나라 주변 해역의 SST 비교. (위) 관측... 171
〈그림 35〉 2010년 2월 1일 동태평양 적도 해역의 SST 비교. (위) 관측... 172
〈그림 36〉 2010년 2월 1일 (위)자료동화 전과 (아래)자료동화 후의 모델 수직 수온 비교. 173
〈그림 37〉 2010년 2월 평균 해류 비교. (위) 관측(해양조사원), (중간)... 174
〈그림 38〉 iteration number를 (위) 12번, (중간) 15번, (아래) 25번으로 자료... 175
〈그림 39〉 2010년 2월 1일 SST. (a) 관측(BASST), (b)~(d)는... 176
〈그림 40〉 2010년 2월 1일 SSH(Sea Surface Height) 분포 비교. (위)... 178
〈그림 41〉 (위) 자료동화 전 동서 해류와 (아래) 자료동화 중 발생한 동서 해류 179
〈그림 42〉 (위) 자료동화 전 남북 해류와 (아래) 자료동화 중 발생한 남북 해류 180
〈그림 43〉 (a) 북태평양 모델 영역과 (b) 후쿠시마 원전 방사능이 유출된 해역 183
〈그림 44〉 후쿠시마 원전 사고로부터 11일 후에 방사성물질을 관측한 지점의 위치 183
〈그림 45〉 2015년 7월 말 표층 북태평양 방사성 물질 농도 분포(실험1) 184
〈그림 46〉 2015년 7월 말 500m 층의 북태평양 방사성 물질 농도 분포(실험1) 185
〈그림 47〉 2014년 11월 말 표층 북태평양 방사성 물질 농도 분포(실험1) 185
〈그림 48〉 후쿠시마 원전 사고에 의한 137Cs의 모델 농도. (a) 1년 후, (b)... 186
〈그림 49〉 Erik(2012) 모델의 2년 반 후와 북태평양 모델의 2년 반 후의 농도 분포 187
〈그림 50〉 Erik(2012) 모델의 5년 후와 북태평양 모델의 4년 5개월 후의 농도 분포 188
〈그림 51〉 2013년 8월 20일 BBC 뉴스에 보도된 "후쿠시마 원전에서... 189
〈그림 52〉 2011년 3월 11일 후쿠시마 사고 이후 방사능에 오염된 냉각수에 의해 바다로... 190
〈그림 53〉 해수면에서 실험1의 최고 농도(a), 평균 농도(b)와 실험2의 최고 농... 191
〈그림 54〉 북태평양 해류 모식도 194
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