This study investigates the impact of cumulus parameterization scheme (CPS) with different horizontal grid sizes on the simulation of the local heavy rainfall case over the Korean Peninsula. The Weather Research and Forecasting (WRF)-based real-time forecast system of the Joint Center for High-impact Weather and Climate Research (JHWC) is used. Three CPSs are used for sensitivity experiments: the BMJ (Betts-Miller-Janjic), GD (Grell-Devenyi ensemble), and KF (Kain-Fritsch) CPSs. The heavy rainfall case selected in this study is characterized by low-level jet and low-level transport of warm and moist air. In 27-km simulations (DM1), simulated precipitation is overestimated in the experiment with BMJ scheme, and it is underestimated with GD scheme. The experiment with KF scheme shows well-developed precipitation cells in the southern and the central region of the Korean Peninsula, which are similar to the observations. All schemes show wet bias and cold bias in the lower troposphere. The simulated rainfall in 27-km horizontal resolution has influence on rainfall forecast in 9-km horizontal resolution, so the statements on 27-km horizontal resolution can be applied to 9-km horizontal resolution. In the sensitivity experiments of CPS for DM3 (3-km resolution), the experiment with BMJ scheme shows better heavy rainfall forecast than the other experiments. The experiments with CPS in 3-km horizontal resolution improve rainfall forecasts compared to the experiments without CPS, especially in rainfall distribution. The experiments with CPS show lower LCL(Lifted Condensation Level) than those without CPS at the maximum rainfall point, and weaker vertical velocity is simulated in the experiments with CPS compared to the experiments without CPS. It means that CPS suppresses convective instability and influences mainly convective rainfall. Consequently, heavy rainfall simulation with BMJ CPS is better than the other CPSs, and even in 3-km horizontal resolution, CPS should be applied to control convective instability. This conclusion can be generalized by conducting more experiments for a variety of cases over the Korean Peninsula.
In a climate change environment where heat damage and drought occur during a rainy season such as in 2018, a vegetation-based LID system that enables disaster prevention as well as environment improvement is suggested in lieu of an installation-type LID system that is limited to the prevention of floods. However, the quantification of its performance as against construction cost is limited. This study aims to present an experiment environment and evaluation method on quantitative performance, which is required in order to disseminate the vegetation-based LID system. To this end, a 3rd quartile huff time distribution mass curve was generated for 20-year frequency, 60-minute probable rainfall of 68mm/hr in Cheonan, and effluent was analyzed by recreating artificial rainfall. In order to assess the reliability of the rainfall event simulator, 10 repeat tests were conducted at one-minute intervals for 20 minutes with minimum rainfall intensity of 22.29mm/hr and the maximum rainfall intensity of 140.69mm/hr from the calculated probable rainfall. Effective rainfall as against influent flow was 21.83mm/hr (sd=0.17~1.36, n=20) on average at the minimum rainfall intensity and 142.27mm/hr (sd=1.02~3.25, n=20) on average at the maximum rainfall intensity. In artificial rainfall recreation experiments repeated for three times, the most frequent quartile was found to be the third quartile, which is around 40 minutes after beginning the experiment. The peak flow was observed 70 minutes after beginning the experiment in the experiment zone and after 50 minutes in the control zone. While the control zone recorded the maximum runoff intensity of 2.26mm/min(sd=0.25) 50 minutes after beginning the experiment, the experiment zone recorded the maximum runoff intensity of 0.77mm/min (sd=0.15) 70 minutes after beginning the experiment, which is 20 minutes later than the control zone. Also, the maximum runoff intensity of the experiment zone was 79.6% lower than that of the control zone, which confirmed that vegetation unit-type LID system had rainfall runoff reduction and delay effects. Based on the above findings, the reliability of a lab-level rainfall simulator for monitoring the vegetation-based LID system was reviewed, and maximum runoff intensity reduction and runoff time delay were confirmed. As a result, the study presented a performance evaluation method that can be applied to the pre-design of the vegetation-based LID system for rainfall events on a location before construction.
This research focused on the investigation of runoff and nonpoint sources (NPS) pollution characteristics from small soil box plots treated by livestock waste composts. An indoor rainfall simulation was performed over the plots for 60 minutes. Simulated rainfall intensities were 32.4, 43.2, 50.3 and 57.1 mm/hr respectively. Slope of soil box plots was $10^{\circ}$ and $20^{\circ}$, respectively. Rainfall simulation replicated 5 times and the experiment was conducted every four days five times. As the slope of soil box increased, NPS pollution loads increased. And as rainfall intensity was increased from 32.4 to 57.1 mm/hr, NPS pollution loads gradually increased, too. Discharge of NPS pollution loads was the largest in the first simulation and thereafter decreased gradually. Discharged BOD load to the total applied load from $10^{\circ}$ plots, ranged 0.2 to 0.7 %, was 8.4 to 50.0 % lower than slope $20^{\circ}$ plots. When the application rate increased twice, the increase of pollution load was between 1.7~5.7 times. Analysis of Pearson's correlation coefficient showed that organic matter content in pig compost and NPS pollution loads were correlated well. While under liquid compost application, the correlation coefficients between them were not good. It was concluded that application of livestock resources need to consider long-term weather forecast and if necessary, NPS reduction measures must be preceded in order to reduce NPS pollution discharge.
The purpose of this study is possibility of the heavy rainfall prediction using instability index. The convective instability index using this study is Convective Available Potential Energy(CAPE) concerned the growth energy of the storm, Bulk Richardson Number(BRN) concerned the type and strength of the storm, and Sotrm Relative Helicity(SRH) concerned maintenance of the storm. To verify the instability index, the simulation of heavy rainfall case experiment by Numerical Weather Prediction(NWP) model(MM5) are designed. The results of this study summarized that the heavy rainfall related to the high instability index and the proper combination of one more instability index made the higher heavy rainfall prediction.
In this study, the hydrological properties of permeable pavement were analyzed by the experiment and the numerical simulation. The numerical model used was a modified SWMM especially for considering the hydrological response of permeable pavement. The parameters of modified SWMM were revised by the experimental results, and then the practicability was evaluated through the comparison of the experimental and numerical simulation results. In the experiments, three different rainfall intensities such as 65 mm/hr, 90 mm/hr, 95 mm/hr were supplied for 4 hrs, and the hydraulic properties including surface outflow, subsurface outflow, ground water level, soil water contents were measured for 10 hrs. The results showed rainfall intensity effected directly on surface outflow volume and subsurface outflow volume was more effected by ground water level than rainfall intensity. The ground water level and the soil water contents were under estimated as compared with the experimental data except the portion of occurring direct runoff. The surface and subsurface outflow discharge were simulated very well in comparison with the experimental data. Consequently, the modified SWMM could be used very effectively to evaluate the hydrological property of permeable pavement.
This study examines the capability of the WRF (Weather Research and Forecasting) model in reproducing heavy rainfall that developed over the Korean peninsula on 26-27 June 2005. The model is configured with a triple nesting with the highest horizontal resolution at a 3-km grid, centered at Yang-dong, Gyeonggi-province, which recorded the rainfall amount of 376 mm. In addition to the control experiment employing realistic orography over Korea, two consequent sensitivity experiments with 1) no orography, and 2) no land over Korea were designed to investigate orographic effects on the development of heavy rainfall. The model was integrated for 48 hr, starting at 1200 UTC 25 June 2005. The overall features of the large-scale patterns including a cyclone associated with the heavy rainfall are reasonably reproduced by the control run. The spatial distribution of the simulated rainfall over Korea agreed fairly well with the observed. The amount of predicted maximum rainfall at the 3-km grid is 377 mm, which located about 50 km southeast from the observed point, Yang-Dong, indicating that the WRF model is capable of predicting heavy rainfall over Korea at the cloud resolving resolutions. Further, it was found that the complex orography over the Korean peninsula plays a role in enhancing the rainfall intensity by about 10%. The land-sea contrast over the peninsula was fund to be responsible for additional 10% increase of rainfall amount.
부후균에 의해 낙엽이 잘 분해되어 있는 부후낙엽층은 수목의 생장에 필요한 양분과 토양미생물의 활동에 필요한 에너지를 공급하고 강우를 차단하여 저류한다. 이 연구에서는 인공강우실험을 통해 부후낙엽층의 강우차단 및 저류기능을 평가하였다. 부후균을 활엽수 낙엽 시료에 인공배양하여 부후균의 균사를 발달시켜 실험에 이용하였다. 강우를 중단한 직후에 측정한 활엽수 부후낙엽의 최대 강우차단 손실량은 단위면적당 $4.22mm{\cdot}kg^{-1}{\cdot}m^2$로 조사되었으며, 강우를 중단하고 자연배수를 완료한 후에 측정한 최소 강우차단 손실량은 $1.62mm{\cdot}kg^{-1}{\cdot}m^2$에서 $2.41mm{\cdot}kg^{-1}{\cdot}m^2$의 범위를 가지며, 평균 $1.87mm{\cdot}kg^{-1}{\cdot}m^2$로 나타났다. Mann-Whitney 검정 결과, 낙엽층에 존재하는 부후균은 강우차단 및 증발 손실에 유의미한 영향을 미쳤다. 인공강우실험에 의하면 부후균은 낙엽을 분해하는 과정에서 균사를 넓게 발달시키고, 부후균의 발수기능에 의해 강우를 차단하고 일시적으로 저류하여 낙엽층에 의한 강우차단손실을 증가시키는 것으로 나타났다.
본 논문에서는 고정식 노즐 배치를 가진 대형 강우모사장치(KICT-ERS)와 이를 이용한 강우 분포 실험결과를 분석하였다. 강우 분사에 영향을 미치는 노즐 유량 실험 결과 실내 장치를 이용한 표준오차의 백분율은 0.15~0.38%였으며, KICT-ERS에 장착한 오차는 0.37~0.59%로 나타났다. 노즐의 분사 범위를 검토하기 위한 방사형과 삼각형 실험을 실시하였다. 방사형 실험에서 1개 노즐 분사시 균일계수가 0.348~0.657이었으나 주변 노즐을 포함할 경우 균일계수가 0.854~0.895로 높아져서 노즐 분사의 중첩에 의한 강우강도 증가 및 균일도 제고가 확인되었다. 삼각형 실험 결과의 균일계수는 0.845~0.896으로 나타났다. KICT-ERS 전체 범위에 대한 실험 결과 $1.5{\phi}$ 노즐의 1개 실험 케이스를 제외하면 모든 조건에서 균일계수는 0.7을 넘었으며, 균일계수는 강우강도가 증가함에 따라 높아지는 특성을 보였다. 기존 연구와의 비교 결과 KICT-ERS는 대체로 평균 이상의 균일계수를 제공하는 것으로 나타났다.
This study aims at examining the sensitivity of numerical simulations to the resolution of initial and boundary data, and to an application of WRF (Weather Research and Forecasting) 3DVAR (Three Dimension Variational data Assimilation). To do this, we ran the WRF model by using GDAS (Global Data Assimilation System) FNL (Final analyses) and the KLAPS (Korea Local Analysis and Prediction System) analyses as the WRF's initial and boundary data, and by using an initial field made by assimilating the radar data to the KLAPS analyses. For the sensitivity experiment, we selected a heavy rainfall case of 21 September 2010, where there was localized torrential rain, which was recorded as 259.5 mm precipitation in a day at Seoul. The result of the simulation using the FNL as initial and boundary data (FNL exp) showed that the localized heavy rainfall area was not accurately simulated and that the simulated amount of precipitation was about 4% of the observed accumulated precipitation. That of the simulation using KLAPS analyses as initial and boundary data (KLAPC exp) showed that the localized heavy rainfall area was simulated on the northern area of Seoul-Gyeonggi area, which renders rather difference in location, and that the simulated amount was underestimated as about 6.4% of the precipitation. Finally, that of the simulation using an initial field made by assimilating the radar data to the KLAPS using 3DVAR system (KLAP3D exp) showed that the localized heavy rainfall area was located properly on Seoul-Gyeonggi area, but still the amount itself was underestimated as about 29% of the precipitation. Even though KLAP3D exp still showed an underestimation in the precipitation, it showed the best result among them. Even if it is difficult to generalize the effect of data assimilation by one case, this study showed that the radar data assimilation can somewhat improve the accuracy of the simulated precipitation.
The objective of this study was to investigate the feasibility of organic compost for reducing soil loss in 25% sloped farm land. For the study, laboratory and field experiment were performed. After nine weeks monitoring in pot test, hardness of the amended soil with organic compost (1%~3%, w/w) showed two times higher than the control soil. Furthermore, soil loss of that was decreased by 95% under rainfall simulation test. From the result of laboratory experiment, organic compost with 2% (w/w) was applied for field experimental plot. After six month from April to September, the amount of soil loss became 67% of the initial, and the growth of natural vegetation was not hampered. Therefore, organic compost can be used as amendment materials to reduce soil loss in sloped farmland.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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