표제지
제출문 / 김계영
참여진
목차
제1장 해양예측자료 생산·관리·활용 체계 분석 16
1.1. 해양예측자료 현황분석 16
1.1.1. 기상 예측시스템 21
1.1.2. 해수순환 예측시스템 23
1.2. 해양예측자료 검증평가를 위한 관측자료 현황 30
1.2.1. 국립해양조사원 32
1.2.2. 국립수산과학원 41
1.2.3. 기상청 45
1.2.4. 국립기상과학원 49
1.2.5. 국가기상위성센터 54
1.3. 관측자료 활용을 위한 시스템 연계 56
1.3.1. 관측자료 수집 시스템(Ocean DB) 분석 및 활용 자료 선정 56
1.3.2. 관측자료 수집 시스템(Ocean DB) 연계 방안 57
1.4. 해양예측자료 생산·관리·활용 체계 안정화 58
1.4.1. 운영 시스템 중단 유형과 시스템 안정화 방안 58
1.4.2. 예측시스템 안정적 운영을 위한 시스템의 개념과 구성 방안 59
1.4.3. 현행 시스템 취약성과 안정화 추진 절차 61
제2장 국내·외 예측자료 관리·활용 및 검증·평가 체계 분석 64
2.1. 국내·외 기관 운용 예측시스템 사례 및 검증·평가 시스템 사례분석 64
2.1.1. 국내 64
2.1.2. 해외 71
2.2. 우수 사례 및 시사점 107
2.2.1. 운용해양학(KOOS)의 검증·평가 시스템 107
2.2.2. 일본 FRA-JCOPE 110
2.2.3. EU연합 MFS(Mediterranean Forecasting System) 111
2.2.4. 미국 OPC(Ocean Prediction Center) 114
2.2.5. 자료동화/예측자료 정확도 평가 117
2.2.6. 검증평가 결과 제공 118
2.2.7. 원내 해양예측자료 검증·평가 시 주요 고려사항 118
제3장 해양예측자료 검증·평가 지표 개발 및 알고리즘 개발 120
3.1. 원내 예측모델에 대한 검증항목 및 지표 120
3.3.1. 북태평양 모델 (광역모델) 120
3.1.2. 황동중국해 모델 (근해모델) 120
3.1.3. 동해모델 (근해모델) 121
3.1.4. 연안모델 (항계안전 모델) 121
3.2. 관측자료 항목별 검증·평가 방법 123
3.2.1. 해수위 123
3.2.2. 수온 및 염분 125
3.2.3. 유속 127
3.3. 검증·평가 알고리즘 130
3.3.1. 검증·평가 알고리즘 개요 131
제4장 해양예측자료 검증·평가 및 관리 체계 구축 계획(5개년) 수립 132
4.1. 추진배경 132
4.2. 비전 및 목표 133
4.3. 추진전략 134
4.3.1. 해양예측자료 검증·평가 시스템 구축 134
4.3.2. 해양예측자료 정확도 개선 체계 구축 134
4.3.3. 해양예측모델 운영·자료관리 시스템 구축 134
4.4. 추진과제 136
4.4.1. 해양예측자료 검증·평가 시스템 구축 137
4.4.2. 해양예측자료 정확도 개선 체계 구축 138
4.4.3. 해양예측모델 운영·자료관리 시스템 구축 139
4.5. 추진과제별 세부내용 142
4.5.1. 해양예측자료 검증·평가 시스템 구축 142
4.5.2. 해양예측자료 정확도 개선체계 구축 152
4.5.3. 해양예측자료 운영·관리 시스템 개선 154
제5장 해양예측자료 검증·평가 시스템 시범 구축 160
5.1. 해양예측자료 검증 현황 분석 160
5.2. 해양예측자료 검증·평가 시스템 시범 구축 방안 161
5.3. 해양예측자료 검증·평가 시스템 구성 및 구축 명세 162
(가) 해양예측자료 검증·평가 구성 162
(나) 해양예측자료 검증·평가 시스템 구축 명세 163
5.4. 해양예측자료 검증·평가 시스템 구축 결과 164
(가) 해양예측자료 검증·평가 시스템 화면 구성 164
(나) 해양예측자료 검증·평가 시스템 기능 구성 166
5.5. 해양예측자료 검증·평가 시스템 사용자 매뉴얼 172
(가) 일반 사용자 매뉴얼 172
별첨자료 178
별첨자료 #1. 인공위성자료(SST) 정확도 평가 178
별첨자료 #2. 조위관측소 수온/염분 관측자료의 문제점 185
별첨자료 #3. 자료동화 기법연구 및 객체중심적 자료동화 프레임웍 개발 189
별첨자료 #4. 검증·평가 알고리즘 소스코드 197
참고문헌 202
판권기 204
〈표 1.1-1〉 해양예측모델 현황 16
〈표 1.1-2〉 광역 및 기상예측시스템 상세현황 17
〈표 1.1-3〉 근해 예측시스템 상세현황 18
〈표 1.1-4〉 연안예측시스템 상세현황 19
〈표 1.1-5〉 항계예측시스템 상세현황 20
〈표 1.1-6〉 기상 예측시스템 현황 21
〈표 1.1-7〉 광역(북태평양 영역) 해수순환 예측시스템 현황 23
〈표 1.1-8〉 근해 및 연안 예측시스템 현황 25
〈표 1.1-9〉 항계안전 예측시스템 현황 28
〈표 1.2-1〉 기관별 관측자료 개요 30
〈표 1.2-2〉 관측 항목별 검토 내용 31
〈표 1.2-3〉 조위관측소 현황 32
〈표 1.2-4〉 해양관측소 현황 34
〈표 1.2-5〉 종합해양과학기지 현황 34
〈표 1.2-6〉 해양관측부이 현황 37
〈표 1.2-7〉 해수유동관측소 현황 39
〈표 1.2-8〉 연안정지관측 현황 41
〈표 1.2-9〉 실시간 어장정보 현황 43
〈표 1.2-10〉 기상청 부이 현황 45
〈표 1.2-11〉 기상청 파고부이 현황 47
〈표 1.2-12〉 기상청 등표 현황 48
〈표 1.2-13〉 국립기상과학원 ARGO 투하 현황 49
〈표 1.2-14〉 ARGO 프로젝트 주요 참여국 현황 51
〈표 1.2-15〉 국가기상위성센터의 위성자료 구축현황 54
〈표 1.2-16〉 국가기상위성센터의 위성자료 관측 및 활용현황 55
〈표 1.3-1〉 관측자료 수집 시스템 연계 활용 대상 관측 데이터 56
〈표 1.4-1〉 시스템 운영 안정화 절차 및 실행 방안 62
〈표 2.1-1〉 기상청의 해양 예측시스템 65
〈표 2.1-2〉 한국형수치예보모델의 단계별 수행내용 67
〈표 2.1-3〉 인도 ESSO의 운영모델 개요 71
〈표 2.1-4〉 인도 ESSO의 HYCOM모델 구성 개요 72
〈표 2.1-5〉 인도 ESSO의 검증 개요 73
〈표 2.1-6〉 MSF(MFS-Currents, MFS-biogeochemistry) 모델 개요 75
〈표 2.1-7〉 노르웨이 TOPAZ모델 개요 80
〈표 2.1-8〉 프랑스 MERCATOR OCEAN의 예측시스템 개요 86
〈표 2.1-9〉 영국 NCOF의 모델 개요 90
〈표 2.1-10〉 세계기상기구의 검증평가 체계 97
〈표 2.1-11〉 국내·외 기관별 예측시스템 검증·평가 요약 106
〈표 2.2-1〉 예측모델 평가를 위한 선정된 스킬량 108
〈표 2.2-2〉 각 스킬량에 대한 수용 임계값 109
〈표 2.2-3〉 예측모델 평가를 위한 선정된 스킬량 113
〈표 2.2-4〉 Regional NCOM 예보지역 116
〈표 3.1-1〉 원내 운영모델에 대한 검증·평가 122
〈표 3.2-1〉 해수위에 대한 검증성과 제시 예시(상관계수(R) 및 RMSE) 124
〈표 3.2-2〉 수온에 대한 월평균 RMSE 125
〈표 3.2-3〉 유속에 대한 RMSE값 127
〈표 4.5-1〉 수집 대상 관측자료 개요 142
〈표 4.5-2〉 검증요소, 관측자료, 검증기법, 대상모델 분류표 148
〈표 4.5-3〉 관측자료 유형별 검증·평가 유형 구분 149
〈표 4.5-4〉 해양예측모델 운영 및 예측자료 관리 시스템 개선 절차 157
〈그림 1.1-1〉 국립해양조사원 운용 해양예측모델 구조도 21
〈그림 1.1-2〉 근해 기상예측시스템 예측 결과 예시 22
〈그림 1.1-3〉 연안 기상예측시스템 예측 결과 예시 22
〈그림 1.1-4〉 북태평양 예측시스템 예측 결과 예시 23
〈그림 1.1-5〉 동해안 예측시스템 예측 결과 예시 25
〈그림 1.1-6〉 황/동중국해 예측시스템 예측 결과 예시 26
〈그림 1.1-7〉 표류 예측시스템 결과 예시 26
〈그림 1.1-8〉 울산항 항계안전 예측시스템 예측 결과 예시 28
〈그림 1.1-9〉 여수·광양항 및 부산항 항계안전 예측모델 영역 29
〈그림 1.2-1〉 조위관측소 정점도 35
〈그림 1.2-2〉 해양관측소-종합해양과학기지 정점도 36
〈그림 1.2-3〉 해양관측부이 정점도 38
〈그림 1.2-4〉 해수유동관측소 정점도 40
〈그림 1.2-5〉 정선해양관측 정점도 42
〈그림 1.2-6〉 실시간어장정보 정점도 44
〈그림 1.2-7〉 기상청 부이 정점도 46
〈그림 1.2-8〉 기상청 파고부이 및 등표 정점도 48
〈그림 1.2-9〉 전세계 ARGO 관측 현황 (http://www.argo.ucsd.edu/) 49
〈그림 1.2-10〉 동해 및 동아시아 ARGO 관측 현황 (국립기상과학원) 50
〈그림 1.2-11〉 ARGO 실시간 데이터 흐름도 52
〈그림 1.2-12〉 ARGO 실시간 데이터 자료제공 형식 및 수온 염분도 예시(국립기상과학원) 52
〈그림 1.2-13〉 동해 및 북태평양의 15일이내 ARGO 관측 현황 (국립기상과학원) 53
〈그림 1.2-14〉 ARGO별 실시간 데이터 자료제공 형식 (국립기상과학원) 53
〈그림 1.3-1〉 관측자료 수집 시스템 연계 방안 57
〈그림 1.4-1〉 운영 시스템 중단 유형과 안정화 방안 58
〈그림 1.4-2〉 Scale Up vs Scale Out 비교 59
〈그림 1.4-3〉 이중화를 통한 SPOF 제거와 무중단 시스템 60
〈그림 1.4-4〉 현행 해양예측자료 운영 시스템 취약 요소 61
〈그림 1.4-5〉 자동 알림 서비스 예시 62
〈그림 2.1-1〉 기상청의 주요모델 현황 64
〈그림 2.1-2〉 기상청 전지구 파랑예측시스템의 전년대비 Bias, RMSE, CORR 비교 65
〈그림 2.1-3〉 기상청 전지구 파랑예측시스템 전년대비 성능비교 66
〈그림 2.1-4〉 기상청의 덕적도 부이관측(검정 실선)과 예측 유의파고(파란 실선) 시계열 (2014년... 66
〈그림 2.1-5〉 기상청의 Jason-2 위성에 대한 GWW3의 +24H 예측 유의파고의 월별 산포도 66
〈그림 2.1-6〉 기상청 지역 파랑예측시스템의 유의파고 부이검증(RMSE) 67
〈그림 2.1-7〉 기상청 지역 파랑예측시스템의 RMSE(덕적도 부이) 67
〈그림 2.1-8〉 한국형수치예보모델 구성 내역 68
〈그림 2.1-9〉 운용해양학(KOOS)의 해양예보 시스템의 개념도 69
〈그림 2.1-10〉 운용해양학(KOOS)의 해양수치모델 평가예시 70
〈그림 2.1-11〉 운용해양학(KOOS)의 1년(2013.7.1~2014.6.30)간 수치모델 오차평가 예시 71
〈그림 2.1-12〉 인도 ESSO의 HYCOM모델 수심도 72
〈그림 2.1-13〉 인도 ESSO의 해수면변화 RMSD(HYCOM과 altimeter) 73
〈그림 2.1-14〉 인도 ESSO의 유속비교(HYCOM과 Rama 부이) 74
〈그림 2.1-15〉 인도 ESSO의 수온비교(HYCOM과 ARGO자료) 74
〈그림 2.1-16〉 지중해 해양예측시스템의 모델운영 모식도 75
〈그림 2.1-17〉 지중해 해양예측시스템의 해수면이상 RMS 76
〈그림 2.1-18〉 지중해 해양예측시스템의 수온 RMSE 76
〈그림 2.1-19〉 지중해 해양예측시스템의 염분 RMS 77
〈그림 2.1-20〉 지중해 해양예측시스템의 해수면온도 RMS 77
〈그림 2.1-21〉 지중해 해양예측시스템의 검증자료, 수온 RMSE, 수온/염분 시계열 비교 78
〈그림 2.1-22〉 지중해 해양예측시스템의 SS와 수온/염분 Bias 79
〈그림 2.1-23〉 지중해 해양예측시스템의 수온 및 염분 79
〈그림 2.1-24〉 노르웨이 TOPAZ의 해양예보 시스템의 개념도 80
〈그림 2.1-25〉 노르웨이 TOPAZ모델의 T/S profile 비교 81
〈그림 2.1-26〉 노르웨이 TOPAZ모델의 오차평가 81
〈그림 2.1-27〉 노르웨이 TOPAZ모델에 대한 COPERNICUS의 비교/검증 자료 82
〈그림 2.1-28〉 EU연합 COPERNICUS의 검증영역 83
〈그림 2.1-29〉 EU연합 COPERNICUS에서 제공하는 해역별 해수면온도 RMSE 83
〈그림 2.1-30〉 EU연합 COPERNICUS에서 제공하는 평균온도 Bias와 RMSE 84
〈그림 2.1-31〉 EU연합 COPERNICUS에서 제공하는 모델(135개)별 정량적 검증정보 84
〈그림 2.1-32〉 EU연합 COPERNICUS에서 제공하는 정량적 검증정보 예시 85
〈그림 2.1-33〉 프랑스 운용해양센터의 1˚/12 제공자료 86
〈그림 2.1-34〉 프랑스 운용해양센터의 항목-영역별 제공 자료 87
〈그림 2.1-35〉 프랑스 운용해양센터의 수온/염분 오차평가 88
〈그림 2.1-36〉 프랑스 운용해양센터의 수온/염분 Skill score 평가 88
〈그림 2.1-37〉 프랑스 운용해양센터의 모델검증 소식지 89
〈그림 2.1-38〉 프랑스 운용해양센터의 모델검증 보고서 89
〈그림 2.1-39〉 영국 NCOF의 모델영역 및 해상도 90
〈그림 2.1-40〉 영국 NCOF NAE모델의 매시별 오차비교 91
〈그림 2.1-41〉 영국 NCOF NAE모델의 오차평가 92
〈그림 2.1-42〉 영국 NCOF Globa모델의 검증자료 위치와 기관별 오차평가 92
〈그림 2.1-43〉 영국 NCOF Globa모델의 기관별 오차평가 분석자료 93
〈그림 2.1-44〉 영국 NCOF 연안모델의 검증자료 위치 93
〈그림 2.1-45〉 영국 NCOF 연안모델의 일별 수온시계열 비교 94
〈그림 2.1-46〉 영국 NCOF 연안모델의 월별 오차평가 94
〈그림 2.1-47〉 영국 NCOF 연안모델의 M₂분조 오차 95
〈그림 2.1-48〉 영국 NCOF 심해모델의 수온과 염분 오차평가 95
〈그림 2.1-49〉 미국 OPC의 부이자료와 해수면온도 검증 96
〈그림 2.1-50〉 미국 OPC의 해수면온도 검증 97
〈그림 2.1-51〉 WMO 검증평가 시스템의 신뢰도 분포도 98
〈그림 2.1-52〉 WMO 검증평가 시스템의 신뢰도 분석 98
〈그림 2.1-53〉 WMO 검증평가 시스템의 ROC 곡선 99
〈그림 2.1-54〉 일본 JCOPE의 수온 검증자료 100
〈그림 2.1-55〉 일본 JCOPE의 수온 오차 100
〈그림 2.1-56〉 일본 JCOPE의 수온 모델치와 관측치의 분산도 101
〈그림 2.1-57〉 일본 FRA-JCOPE의 쿠로시오 유로 모델치 102
〈그림 2.1-58〉 일본 FRA-JCOPE의 쿠로시오 유로오차 102
〈그림 2.1-59〉 일본 FRA-JCOPE의 쿠로시오 이안거리 검증 103
〈그림 2.1-60〉 GODAE 프로그램 참여기관별 예측시스템 정보 104
〈그림 2.1-61〉 SSH에 대한 모델별 Seasonal Anomaly 시계열 104
〈그림 2.1-62〉 SST에 대한 모델별 RMSE 시계열 105
〈그림 2.2-1〉 지중해 해양예측시스템의 scheme 112
〈그림 2.2-2〉 지중해 해양예측시스템의 수온에 대한 Skill score 114
〈그림 2.2-3〉 Real-Time Ocean Forecast System 115
〈그림 2.2-4〉 Regional NCOM forecast system 116
〈그림 2.2-5〉 Regional NCOM 지역적 규모 해류예보 예시 116
〈그림 2.2-6〉 Regional NCOM 자료의 검증비교 117
〈그림 3.2-1〉 조석/조류조화상수에 대한 일대일 대응(1-to-1) 그래프 123
〈그림 3.2-2〉 정점별 수위 시계열 비교 예시 124
〈그림 3.2-3〉 M₂ 분조의 조석도 비교(좌:최병호(1980년), 우:수치조류도) 124
〈그림 3.2-4〉 정점별 표층 수온 시계열(제주) 예시 125
〈그림 3.2-5〉 정점별 수온/염분에 대한 RMSE 공간분포 (버블차트) 126
〈그림 3.2-6〉 정선별 단면분포도 비교 126
〈그림 3.2-7〉 30주야 관측자료와의 유속시계열 비교예시 127
〈그림 3.2-8〉 HF-Radar 자료와의 시계열 비교예시 (상:동방성분, 하:북방성분) 128
〈그림 3.2-9〉 모델자료/관측자료(30주야 및 HF-Radar자료) 공간분포 비교예시 128
〈그림 3.2-10〉 정도높은 상위모델과의 비교예시 129
〈그림 3.3-1〉 해양예측자료 검증·평가 시스템 구성도 130
〈그림 4.1-1〉 예측자료 생산·관리/검증·평가 및 해양예측 서비스 132
〈그림 4.2-1〉 비전 및 목표 133
〈그림 4.4-1〉 추진과제 136
〈그림 4.4-2〉 해양예측자료 검증·평가 체계 구축 중장기 로드맵 141
〈그림 4.5-1〉 검증·평가 수행 자료 DB 구축 과정 143
〈그림 4.5-2〉 인공위성자료 통합자료센터 144
〈그림 4.5-3〉 HF-Radar 관측자료 정확도 평가를 위한 공분산 분포예시 146
〈그림 4.5-4〉 모델별 자료동화 기간 및 예측기간 149
〈그림 4.5-5〉 검증·평가 결과 Web GIS 화면 가시화 150
〈그림 4.5-6〉 인덱스 검증 기법 구현 화면 151
〈그림 4.5-7〉 통계기법 활용 예측결과 검증·평가 예시 151
〈그림 4.5-8〉 해양예측자료 운영 모니터링 시스템 모식도 154
〈그림 4.5-9〉 장애대응 시스템 동작 구상도 155
〈그림 4.5-10〉 관리 배포 시스템 AS-IS(현재)와 TO-BE(개선모델) 비교 156
〈그림 5.1-1〉 해양예측자료 운영·관리·활용 체계 현황 160
〈그림 5.2-1〉 해양예측자료 운영·관리·활용 체계 현황 161
〈그림 5.3-1〉 해양예측자료 검증·평가 시스템 구성도 162
〈그림 5.3-2〉 해양예측자료 검증·평가시스템 구축 명세 163
〈그림 5.4-1〉 해양예측자료 검증·평가 시스템 메인 화면 164
〈그림 5.4-2〉 해양예측자료 검증·평가 시스템 그래프 화면 165
〈그림 5.4-3〉 해양예측자료 성과지표 보기 기능 166
〈그림 5.4-4〉 동일 기간 성과지표 그래프 비교 167
〈그림 5.4-5〉 DB 운용 현황과 GIS 기능 168
〈그림 5.4-6〉 관측치와 예측치 비교 169
〈그림 5.4-7〉 인천항 표층 유속 관측치 예측치 비교 170
〈그림 5.4-8〉 정점별 성과지표 보기 170
〈그림 5.4-9〉 관리자 기능 171
〈그림 5.5-1〉 메인화면 기능 172
〈그림 5.5-2〉 DB 운영 현황 173
〈그림 5.5-3〉 해양예측자료 성과지표 174
〈그림 5.5-4〉 관측치와 예측치 비교 175
〈그림 5.5-5〉 정점별 검증 결과 176
〈그림 5.5-6〉 GIS 및 관리 기능 177