The accurate evaluation of wind characteristics and wind-induced structural responses during a typhoon is of significant importance for bridge design and safety assessment. This paper presents an expectation maximization (EM) algorithm-based angular-linear approach for probabilistic modeling of field-measured wind characteristics. The proposed method has been applied to model the wind speed and direction data during typhoons recorded by the structural health monitoring (SHM) system instrumented on the arch Jiubao Bridge located in Hangzhou, China. In the summer of 2015, three typhoons, i.e., Typhoon Chan-hom, Typhoon Soudelor and Typhoon Goni, made landfall in the east of China and then struck the Jiubao Bridge. By analyzing the wind monitoring data such as the wind speed and direction measured by three anemometers during typhoons, the wind characteristics during typhoons are derived, including the average wind speed and direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral scale, and power spectral density (PSD). An EM algorithm-based angular-linear modeling approach is proposed for modeling the joint distribution of the wind speed and direction. For the marginal distribution of the wind speed, the finite mixture of two-parameter Weibull distribution is employed, and the finite mixture of von Mises distribution is used to represent the wind direction. The parameters of each distribution model are estimated by use of the EM algorithm, and the optimal model is determined by the values of $R^2$ statistic and the Akaike's information criterion (AIC). The results indicate that the stochastic properties of the wind field around the bridge site during typhoons are effectively characterized by the proposed EM algorithm-based angular-linear modeling approach. The formulated joint distribution of the wind speed and direction can serve as a solid foundation for the purpose of accurately evaluating the typhoon-induced fatigue damage of long-span bridges.
Lately, more frequent typhoons cause extensive flood and wind damage throughout the summer season. In this respect, this study aims to develop a probabilistic clustering model that uses both typhoon genesis location and trajectories. The proposed model was applied to the 197 typhoon events that made landfall in the Korean peninsula from 1951 to 2012. We evaluate the performance of the proposed clustering model through a simulation study based on synthetic typhoon trajectories. The seven distinguished clusters for typhoons affecting Korean peninsula were identified. It was found that most of typhoon genesis originated from a remote position ($10^{\circ}{\sim}20^{\circ}N$, $120^{\circ}{\sim}150^{\circ}E$) near the Equator. Cluster, type B can be regarded as a major track due to the fact that its frequency is approximately about 25.4% out of 197 events and its direct association with strong positive rainfall anomalies.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.35
no.4
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pp.67-74
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2023
High waves and storm surges due to tropical cyclones cause great damage in coastal areas; therefore, accurately predicting storm surges and high waves before a typhoon strike is crucial. Meteorological forcing is an important factor for predicting these catastrophic events. This study presents an improved methodology for determining accurate meteorological forcing. Typhoon Chaba, which caused serious damage to the south coast of South Korea in 2016, was selected as a case study. In this study, symmetric and asymmetric parametric vortex models based on the typhoon track forecasted by the Model for Prediction Across Scales (MPAS) were used to create meteorological forcing and were compared with those models based on the best track. The meteorological fields were also created by blending the meteorological field from the symmetric / asymmetric parametric vortex models based on the MPAS-forecasted typhoon track and the meteorological field generated by the forecasting model (MPAS). This meteorological forcing data was then used given to two-way coupled tide-surge-wave models: Advanced CIRCulation (ADCIRC) and Simulating Waves Nearshore (SWAN). The modeled storm surges and waves correlated well with the observations and were comparable to those predicted using the best track. Based on our analysis, we propose using the parametric model with the MPAS-forecasted track, the meteorological field from the same forecasting model, and blending them to improve storm surge and wave prediction.
Kim, Jong-Suk;Son, Chan-Young;Lee, Joo-Heon;Moon, Young-Il
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.1
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pp.135-143
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2014
This study classified abnormal sea surface temperature changes of the central pacific region according to three evolution patterns. Focusing on typhoons that affect the Korean Peninsula, the research analyzed typhoon's occurrence spot and track, change in the central pressure characteristics, and the characteristics of change in typhoon precipitation and the number of occurrences of heavy rainfall in the Nakdong River Basin. As a result of analysis, in case of prolonged-decaying years and symmetric-decaying years, typhoon-related summer rainfall and heavy rainy days appeared to be higher than long-term average. But in case of abrupt-decaying years, the pattern of general decrease appeared. This is because typhoon's occurrence spot is located comparatively near the Korean peninsula, typhoon's central pressure is high, and typhoon's route generally moves to Japan. As the outcome, this study is expected to reduce flood damage through analyzing the characteristics of typhoon's activity according to CP El Ni$\tilde{n}$o evolution patterns and the characteristics of local typhoon rainfall. In addition, it is expected to provide useful information for establishing adaptation and mitigation to climate change.
Cha, Eun-Jeong;Hwang, Ho-Seong;Yang, Kyung-Jo;Won, Seong-Hee;Ko, Seong-Won;Kim, Dong-Ho;Kwon, H. Joe
Atmosphere
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v.19
no.2
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pp.183-198
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2009
The purpose of this study is to summarize the tropical cyclone (TC) activity of 2008 over the western North Pacific including the verification of the official track and intensity forecast errors of these TCs. The TC activity - frequency, Normalized Typhoon Activity (NTA), and life span - was lower than 58-year (1951-2008) average. 22 tropical cyclones of tropical storm (TS) intensity or higher formed in the western North Pacific and the South China Sea in 2008. The total number is less than 58-year average frequency of 26.4. Out of 22 tropical cyclones, 11 TCs reached typhoon (TY) intensity, while the rest 11 TCs only reached severe tropical storm (STS) and tropical storm (TS) intensity - six STS and five TS storms. One typhoon KALMAEGI (0807) among them affected the Korea peninsula. However, no significant impact - casualty or property damage - was reported. On average of 22 TCs in 2008, the Korea Meteorological Administration (KMA) official track forecast error for 48 hours was 229 km. There was a big challenge for individual cyclones such as 0806 FENGSHEN and 0817 HIGOS presenting significant forecast error, with both intricate tracks and irregular moving speed. The tropical cyclone season in 2008 began in April with the formation of NEOGURI (0801). In May, four TCs formed in the western North Pacific in response to enhanced convective activity. On the other hand, the TC activity was very weak from June to August. It is found that the unusual anti-cyclonic circulation in the lower level and weak convection near the Philippines are dominant during summertime. The convection and atmospheric circulation in the western North Pacific contributed unfavorable condition for TC activity in the 2008 summertime. The 2008 TC activity has continued the below normal state since mid 1990s which is apparent the decadal variability in TC activity.
In this study we attempted to estimate damage scope such as bridges destruction, farmland deformation, forest damage, etc occurred by typhoon using two digital aerial images for future high-resolution Kompsat-3 applications. The process procedures are followings: First, image registration between time-different aerial images was implemented. In this process one image was geometrically corrected by image-to-image registration. Second, image classification was done according to 4 classes. Finally through the comparison of classified two images the area of damage by flood and storm was approximately calculated. These results showed that it is possible to estimate the damage scale relatively rapidly using high-resolution images.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.21
no.1
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pp.9-17
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2003
Typhoon RUSA, which caused serious damage was passed over in Korea peninsula during 30 August to 1 September, 2002. We estimated tropospheric wet delay using GPS data and meteorological data during this period. Integrated Water Vapor(IWV) gives the total amount of water vapor from tropospheric wet delay and Precipitable Water Vapor(PWV) is calculated the IWV scaled by the density of water. We obtained GPS PWV at 13th GPS permanent stations(Seoul, Wonju. Seosan, Sangju, Junju, Cheongju, Taegu, Wuljin, Jinju, Daejeon, Mokpo, Sokcho, Jeju). We retrieve GPS data hourly and use Gipsy-Oasis II software and we compare PWV and precipitation. GPS observed PWV time series demonstrate that PWV is, in general, high before and during the occurrence of the typhoon RUSA, and low after the typhoon RUSA. GPS PWV peak time at each station is related to the progress of a typhoon RUSA. We got very near result as we compare GMS Satellite image with tomograph using GPS PWV and we could present practical use possibility by numerical model for weather forecast.
Hur Dong-Soo;Yeom Gyeong-Seon;Kim Ji-Min;Kim Do-Sam;Bae Ki-Sung
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.20
no.3
s.70
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pp.37-44
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2006
Each year, the coast of Busan is badly damaged, due to storm surge. The damages are greatly dependent upon the local peculiarities of the region in which the storm surge occurs. So, in order to prevent/reduce recurrence of the disaster due to the storm surge, it is very important to investigate the fluctuation characteristics of the storm surge height, related to the local peculiarities at each coastal area in which the occurrence of the disaster is expected. In this paper, using the numerical model, the storm surge was simulated to examine its fluctuation characteristics at the coast of Busan Typhoons of Sarah (5914), Thelma (8705) and Maemi (0314), which caused terrible damage to the coastal areas alongthe coast of Busan in the past, were taken as an object of the storm surge simulations. Moreover, the storm surge due to virtual typhoons, which were combined with the characteristics of each proposed typhoon (Maemi, Sarah, Thelma), compared to the travel routes of other typhoons, was predicted. As expected, the results revealed that the storm surge heights are enhanced at the coastal region with the concavity like a long-shaped bay. Also, the storm surge heights, due to each typhoon, were compared and discussed at major points along the coast of Busan, related to the local peculiarities, as well as the characteristics and the travel route of the typhoon.
Hur Dong-Soo;Yeom Gyeong-Seon;Kim Ji-Min;Kim Do-Sam;Bae Ki-Sung
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.20
no.3
s.70
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pp.45-53
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2006
Each year, the south coast of Korea is badly damaged from storm surge. The damages are greatly dependent upon the local peculiarities of the region where the storm surge occurs. So, in order to prevent/reduce recurrence of the disaster, it is very important to investigate the fluctuation characteristics of the storm surge height, related to the local peculiarities at each coastal area where occurrence of the disaster is expected. In this paper, using the numerical model, the storm surge was simulated to examine its fluctuation characteristics at the Gyeongnam coast (southeast coast of Korea). Typhoons of Sarah (5914), Thelma (8705) and Maemi (0314), which caused terrible damage to the coastal area in the southeast coast of Korea in the past, were used forstorm surge simulations. Moreover, the storm surge due to virtual typhoons, which were combined the characteristics of each proposed typhoons (Maemi, Sarah, Thelma)with the travel route of other typhoon, was predicted. As expected, the results revealed that the storm surge heights are enhanced at the coastal regions with the concavity like a long-shaped bay. Also, the storm surge heights, due to each typhoon, were compared and discussed at major points along the Gyeongnam coast, related to the local peculiarities, as well as the characteristics and the travel route of typhoon.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.34
no.6
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pp.335-345
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2022
Climate change is accelerating worldwide due to the recent rise in global temperature, and the intensity of typhoons is increasing due to the rise in seawater temperature around the Korean Peninsula. An increase in typhoon intensity is expected to increase not only wind damage, but also coastal damage caused by storm surge. Accordingly, in this study, a study of the method of reducing storm surges was conducted for the purpose of disaster prevention in order to respond to the increasing damage from storm surges. Storm surges caused by typhoons can be expected to be affected by structures located on the track of typhoon, and the effects of storm surges were studied by the eastern coast and the barrier island along the coast of the Gulf of Mexico in the United States. This study focused on this aspect and conducted related research, considering that storm surges in the southern coastal area of the Korean Peninsula could be directly or indirectly affected by Jeju Island, which is located on the track of typhoon. In order to analyze the impact of Jeju Island on storm surges, simulations were performed in various situations using a numerical analysis model. The results of using Jeju Island are thought to be able to be used to study new disaster prevention structures that respond to super typhoons.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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