연직바람관측장비와 레윈존데의 비교를 통한 난류 에너지 감소률의 특성 분석

An Analysis on Characteristics of Turbulence Energy Dissipation Rate from Comparison of Wind Profiler and Rawinsonde

본 연구의 목적은 우리나라 추풍령 기상관측소에서 연직바람관측장비와 레윈존데 간 풍속 자료의 유효화를 통해 연직바람관측장비의 운영 프로그램인 PCL 1300 내 일관성 검사와 관련된 매개변수를 최적화하는 것이다. 그런 다음 2009년 3월부터 2010년 2월까지 맑은 날과 강수 발생일에 대한 난류 에너지 감소률의 특성(${\varepsilon}$)을 분석하는 것이다. 2010년 4월 22일부터 4월 23일까지 레윈존데와 연직바람관측장비의 바람 관측 자료를 비교한 결과, 동서(u) 성분과 남북(v) 성분의 바람에서 고도 3,000 m 이후에서 $10ms^{-1}$ 이상의 큰 차이를 나타내었다. 두 기기 사이 u 성분과 v 성분의 바람에 대한 풍속 차가 $10ms^{-1}$를 넘는 경우를 제외할 경우 두 바람 성분에 대한 상관계수는 각각 0.92와 0.88이었고, 제곱근 평균 오차는 각각 $3.07ms^{-1}$과 $1.06ms^{-1}$이었다. 이들 결과에 준하여 PCL1300 프로그램의 자료 처리 시간을 30분으로 조정하고, 최소 이용 자료는 전체의 60%로 조정할 경우가 비교적 작은 편의를 나타내었다. 한편 PCL1300 운영프로그램에서 u, v 성분의 일관성 검사에 대한 민감도 분석 결과, 시선속도 일관성, 동시성, 풍속 일관성 검사에서 u 성분에 대해서는 과소평가 되었고, 반면 v 성분에 대해서는 과대평가 되었다. 최종적으로 PCL1300 운영 프로그램의 최적화를 통해 맑은 날과 강수 발생일의 난류 에너지 감소률(${\varepsilon}$)을 분석한 결과, 각 고도에서 ${\varepsilon}$의 일별 및 계절별 평균은 강수 발생일이 맑은 날에 비해 높게 나타났는데, 이는 상승하강 기류에 따른 연직속도가 증가하였기 때문이다. 그리고 맑은 날과 강수 발생일 모두 계절별 ${\varepsilon}$ 평균은 겨울이 낮게 나타났는데, 이는 겨울이 다른 계절에 비해 수평 풍속이 강했기 때문이다. 결과적으로 연직속도가 ${\pm}10cm\;s^{-1}$ 이상에 해당하는 맑은 날과 강수 발생일의 ${\varepsilon}$ 값을 제외할 경우 강수발생일은 맑은 날에 비해 약 6-7배 ${\varepsilon}$이 높게 나타났으며, 연직속도를 모두 고려할 경우는 약 4-5배 더 높게 나타났다.

The purpose of this study is to optimize the parameters related to consensus coherency within the PCL 1300, the operating program of wind profiler, from a validation of wind data between rawinsonde and wind profiler at Chupungryeong ($36^{\circ}13^{\prime}$, $127^{\circ}59^{\prime}$) site in Korea. It is then to analyze the diurnal and seasonal characteristics of the turbulence energy dissipation rate (${\varepsilon}$) in clear and rainy days from March 2009 to February 2010. In comparison of the wind data between wind profiler and rawinsonde during April 22-23, 2010, it was shown in a big error more than $10ms^{-1}$ over the height of 3,000 meters in the zonal (u) and meridional (v) wind components. When removing more than $10ms^{-1}$ in each wind speed difference of u an v components between the two instruments, the correlation coefficients of these wind components were 0.92 and 0.88, respectively, and the root mean square errors were 3.07 and $1.06ms^{-1}$. Based on these results, when the data processing time and the minimum available data within the PCL 1300 program were adjusted as 30 minutes and 60%, respectively, the bias errors were small. In addition, as a result of an analysis of sensitivity to consensus coherency of u and v components within the PCL1300 program, u components were underestimated in radial coherency, instantaneous and winbarbs coherency, whereas v components were overestimated. Finally by optimizing parameters of the PCL1300 program, the diurnal and seasonal means of ${\varepsilon}$ at each height were higher in rainy days than those in clear days because of increasing in the vertical wind speed due to upward and downward motions. The mean ${\varepsilon}$ for clear and rainy days in winter was lower than those of other seasons, due to stronger horizontal wind speed in winter than those in other seasons. Consequently, when the turbulence energy dissipation rates in the vertical wind speed of more than ${\pm}10cm\;s^{-1}$ were excluded for clear and rainy days, the mean ${\varepsilon}$ in rainy days was 6-7 times higher than that in clear days, but when considering them, it was 4-5 times higher.