Kim, Chang Ki;Kim, Hyun-Goo;Kang, Yong-Heack;Kim, Jin-Young
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.40
no.5
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pp.13-22
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2020
Day ahead forecast is necessary for the electricity market to stabilize the electricity penetration. Numerical weather prediction is usually employed to produce the solar irradiance as well as electric power forecast for longer than 12 hours forecast horizon. Korea Meteorological Administration operates the UM-LDAPS model to produce the 36 hours forecast of hourly total irradiance 4 times a day. This study interpolates the hourly total irradiance into 15 minute instantaneous irradiance and then compare them with observed solar irradiance at four ground stations at 1 minute resolution. Numerical weather prediction model employed here was produced at 00 UTC or 18 UTC from January to December, 2018. To compare the statistical model for the forecast horizon less than 3 hours, smart persistent model is used as a reference model. Relative root mean square error of 15 minute instantaneous irradiance are averaged over all ground stations as being 18.4% and 19.6% initialized at 18 and 00 UTC, respectively. Numerical weather prediction is better than smart persistent model at 1 hour after simulation began.
A Selected Multi-model CONsensus (SMCON) technique was developed and verified for the tropical cyclone track forecast in the western North Pacific. The SMCON forecasts were produced by averaging numerical model forecasts showing low 70% latest 6 h prediction errors among 21 models. In the homogeneous comparison for 54 tropical cyclones in 2013 and 2014, the SMCON improvement rate was higher than the other forecasts such as the Non-Selected Multi-model CONsensus (NSMCON) and other numerical models (i.e., GDAPS, GEPS, GFS, HWRF, ECMWF, ECMWF_H, ECMWF_EPS, JGSM, TEPS). However, the SMCON showed lower or similar improvement rate than a few forecasts including ECMWF_EPS forecasts at 96 h in 2013 and at 72 h in 2014 and the TEPS forecast at 120 h in 2013. Mean track errors of the SMCON for two year were smaller than the NSMCON and these differences were 0.4, 1.2, 5.9, 12.9, 8.2 km at 24-, 48-, 72-, 96-, 120-h respectively. The SMCON error distributions showed smaller central tendency than the NSMCON's except 72-, 96-h forecasts in 2013. Similarly, the density for smaller track errors of the SMCON was higher than the NSMCON's except at 72-, 96-h forecast in 2013 in the kernel density estimation analysis. In addition, the NSMCON has lager range of errors above the third quantile and larger standard deviation than the SMCON's at 72-, 96-h forecasts in 2013. Also, the SMCON showed smaller bias than ECMWF_H for the cross track bias. Thus, we concluded that the SMCON could provide more reliable information on the tropical cyclone track forecast by reflecting the real-time performance of the numerical models.
The most objective way to overcome the limitation of numerical weather prediction model is to represent the uncertainty of prediction by introducing probabilistic forecast. The uncertainty of the numerical weather prediction system developed due to the parameterization of unresolved scale motions and the energy losses from the sub-scale physical processes. In this study, we focused on the growth of model errors. We performed ensemble forecast to represent model uncertainty. By employing the multi-physics scheme (PHYS) and the stochastic kinetic energy backscatter scheme (SKEBS) in simulating typhoon Rusa (2002), we assessed the performance level of the two schemes. The both schemes produced better results than the control run did in the ensemble mean forecast of the track. The results using PHYS improved by 28% and those based on SKEBS did by 7%. Both of the ensemble mean errors of the both schemes increased rapidly at the forecast time 84 hrs. The both ensemble spreads increased gradually during integration. The results based on SKEBS represented model errors very well during the forecast time of 96 hrs. After the period, it produced an under-dispersive pattern. The simulation based on PHYS overestimated the ensemble mean error during integration and represented the real situation well at the forecast time of 120 hrs. The displacement speed of the typhoon based on PHYS was closest to the best track, especially after landfall. In the sensitivity tests of the model uncertainty of SKEBS, ensemble mean forecast was sensitive to the physics parameterization. By adjusting the forcing parameter of SKEBS, the default experiment improved in the ensemble spread, ensemble mean errors, and moving speed.
The conventional observations of the Korea Meteorological Administration (KMA) and National Centers for Environmental Prediction (NCEP) are compared in the numerical weather forecast system at the Korea Institute of Atmospheric Prediction Systems (KIAPS). The weather forecasting system used in this study is consists of Korea Integrated Model (KIM) as a global numerical weather prediction model, three-dimensional variational method as a data assimilation system, and KIAPS Package for Observation Processing (KPOP) as an observation pre-processing system. As a result, the forecast performance of NCEP observation was better while the number of observation is similar to the KMA observation. In addition, the sensitivity of forecast performance was investigated for each SONDE, SURFACE and AIRCRAFT observations. The differences in AIRCRAFT observation were not sensitive to forecast, but the use of NCEP SONDE and SURFACE observations have shown better forecast performance. It is found that the NCEP observations have more wind observations of the SONDE in the upper atmosphere and more surface pressure observations of the SURFACE in the ocean. The results suggest that evenly distributed observations can lead to improved forecast performance.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.12
no.2
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pp.295-304
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2005
This paper concentrates on the prediction of typhoon tracks using the dynamic linear model (DLM) for the statistical correction of the numerical model guidance used in the JMA. The DLM with proposed forecast strategy is applied to reduce their systematic errors using the latest observation. All parameters of the DLM are updated dynamically and backward forecasting is performed to remove the effect of initial values.
The ionosphere is one of the key components of the near-Earth's space environment and has a practical consequence to the human society as a nearest region of the space environment to the Earth. Therefore, it becomes essential to specify and forecast the state of the ionosphere using both the observations and numerical models. In particular, numerical modeling of the ionosphere is a prerequisite not only for better understanding of the physical processes occurring within the ionosphere but also for the specification and forecast of the space weather. There are several approaches for modeling the ionosphere, including data-based empirical modeling, physics-based theoretical modeling and data assimilation modeling. In this review, these three types of the ionospheric model are briefly introduced with recently available models. And among those approaches, fundamental aspects of the physics-based ionospheric model will be described using the basic equations governing the mid-latitude ionosphere. Then a numerical solution of the equations will be discussed with required boundary conditions.
Kim, Sung-Min;Kim, Hyun Mee;Joo, Sang-Won;Shin, Hyun-Cheol;Won, DukJin
Atmosphere
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v.21
no.2
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pp.163-172
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2011
Numerical forecasting depends on the initial condition error strongly because numerical model is a chaotic system. To calculate the sensitivity of some forecast aspects to the initial condition in the Korea Meteorological Administration (KMA) Unified Model (UM) which is originated from United Kingdom (UK) Meteorological Office (MO), an algorithm to calculate adjoint sensitivities is developed by modifying the adjoint perturbation forecast model in the KMA UM. Then the new algorithm is used to calculate adjoint sensitivity distributions for typhoon DIANMU (201004). Major initial adjoint sensitivities calculated for the 48 h forecast error are located horizontally in the rear right quadrant relative to the typhoon motion, which is related with the inflow regions of the environmental flow into the typhoon, similar to the sensitive structures in the previous studies. Because of the upward wave energy propagation, the major sensitivities at the initial time located in the low to mid- troposphere propagate upward to the upper troposphere where the maximum of the forecast error is located. The kinetic energy is dominant for both the initial adjoint sensitivity and forecast error of the typhoon DIANMU. The horizontal and vertical energy distributions of the adjoint sensitivity for the typhoon DIANMU are consistent with those for other typhoons using other models, indicating that the tools for calculating the adjoint sensitivity in the KMA UM is credible.
Kim, Chang Ki;Kim, Hyun-Goo;Kang, Yong-Heack;Yun, Chang-Yeol
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.39
no.2
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pp.71-80
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2019
Daily ahead forecast is necessary for the electricity balance between load and supply due to the variability renewable energy. Numerical weather prediction is usually employed to produce the solar irradiance as well as electric power forecast for more than 12 hours forecast horizon. UM-LDAPS model is the numerical weather prediction operated by Korea Meteorological Administration and it generates the 36 hours forecast of hourly total irradiance 4 times a day. This study attempts to evaluate the model performance against the in situ measurements at 37 ground stations from January to May, 2013. Relative mean bias error, mean absolute error and root mean square error of hourly total irradiance are averaged over all ground stations as being 8.2%, 21.2% and 29.6%, respectively. The behavior of mean bias error appears to be different; positively largest in Chupoongnyeong station but negatively largest in Daegu station. The distinct contrast might be attributed to the limitation of microphysics parameterization for thick and thin clouds in the model.
Kim, Hyo-suk;Do, Ki Seok;Park, Joo Hyeon;Kang, Wee Soo;Lee, Yong Hwan;Park, Eun Woo
The Plant Pathology Journal
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v.36
no.1
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pp.54-66
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2020
This study was conducted to evaluate usefulness of numerical weather prediction data generated by the Unified Model (UM) for plant disease forecast. Using the UM06- and UM18-predicted weather data, which were released at 0600 and 1800 Universal Time Coordinated (UTC), respectively, by the Korea Meteorological Administration (KMA), disease forecast on bacterial grain rot (BGR) of rice was examined as compared with the model output based on the automated weather stations (AWS)-observed weather data. We analyzed performance of BGRcast based on the UM-predicted and the AWS-observed daily minimum temperature and average relative humidity in 2014 and 2015 from 29 locations representing major rice growing areas in Korea using regression analysis and two-way contingency table analysis. Temporal changes in weather conduciveness at two locations in 2014 were also analyzed with regard to daily weather conduciveness (Ci) and the 20-day and 7-day moving averages of Ci for the inoculum build-up phase (Cinc) prior to the panicle emergence of rice plants and the infection phase (Cinf) during the heading stage of rice plants, respectively. Based on Cinc and Cinf, we were able to obtain the same disease warnings at all locations regardless of the sources of weather data. In conclusion, the numerical weather prediction data from KMA could be reliable to apply as input data for plant disease forecast models. Weather prediction data would facilitate applications of weather-driven disease models for better disease management. Crop growers would have better options for disease control including both protective and curative measures when weather prediction data are used for disease warning.
Kim, Eun-Hee;Ahn, Kwang-Deuk;Lee, Hee-Choon;Ha, Jong-Chul;Lim, Eunha
Atmosphere
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v.25
no.4
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pp.623-637
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2015
The accurate analysis of water vapor in initial of numerical weather prediction (NWP) model is required as one of the necessary conditions for the improvement of heavy rainfall prediction and reduction of spin-up time on a very-short-range forecast. To study this effect, the impact of a ground-based Global Positioning System (GPS)-Precipitable Water Vapor (PWV) on very-short-range forecast are examined. Data assimilation experiments of GPS-PWV data from 19 sites over the Korean Peninsula were conducted with Advanced Storm-scale Analysis and Prediction System (ASAPS) based on the Korea Meteorological Administration's Korea Local Analysis and Prediction System (KLAPS) included "Hot Start" as very-short-range forecast system. The GPS total water vapor was used as constraint for integrated water vapor in a variational humidity analysis in KLAPS. Two simulations of heavy rainfall events show that the precipitation forecast have improved in terms of ETS score compared to the simulation without GPS-PWV data. In the first case, the ETS for 0.5 mm of rainfall accumulated during 3 hrs over the Seoul-Gyeonggi area shows an improvement of 0.059 for initial forecast time. In other cases, the ETS improved 0.082 for late forecast time. According to a qualitative analysis, the assimilation of GPS-PWV improved on the intensity of precipitation in the strong rain band, and reduced overestimated small amounts of precipitation on the out of rain band. In the case of heavy rainfall during the rainy season in Gyeonggi province, 8 mm accompanied by the typhoon in the case was shown to increase to 15 mm of precipitation in the southern metropolitan area. The GPS-PWV assimilation was extremely beneficial to improving the initial moisture analysis and heavy rainfall forecast within 3 hrs. The GPS-PWV data on variational data assimilation have provided more useful information to improve the predictability of precipitation for very short range forecasts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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