[수치]수치지도, 자연대류유동에 관한 수치해석, 전자전산학과 수치해석프로그램(Matlab), 구름줄의 수치모델, 국지풍 수치예측모델, 오존의 건성침적성에 대한 수치모델, 수치모델의 결과비교 분석

소개글

[수치]수치지도, 자연대류유동에 관한 수치해석, 전자전산학과 수치해석프로그램(Matlab), 구름줄의 수치모델, 국지풍 수치예측모델, 오존의 건성침적성에 대한 수치모델, 수치모델의 결과비교 분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 수치지도
1. 수치지도(Digital map)
2. 수치지도 제작과정
1) 촬영계획
2) 항공사진 촬영
3) 항측 기준점 측량
4) 해석도화
5) 현지조사
6) 정위치편집
7) 데이터구조화
8) 지도 편집
9) 검수

Ⅱ. 자연대류유동에 관한 수치해석
1. 기본방정식의 유도
2. 경계조건
3. 수치해석 방법
1) 기본방정식의 이산화(Discretization)
2) 계산방법

Ⅲ. 전자전산학과 수치해석프로그램(Matlab)
1. MATLAB의 소개
1) MATLAB의 개요
2) MATLAB의 구성
2. 기본적인 MATLAB 사용법
1) 기본적인 사항들
2) 기타 사항들

Ⅳ. 구름줄의 수치모델
1. 수치 모델과 영역
2. 사례
3. 정리

Ⅴ. 국지풍 수치예측모델
1. 연구
1) 지점 A, B, C에서 풍속(u, v), 온위의 시간변화
2) MVD와 MAD
3) Case 1과 Case 2의 계산결과
4) Case 3의 계산결과
2. 정리

Ⅵ. 오존의 건성침적성에 대한 수치모델
1. 모수화 방법에 따른 건성침적속도
2. 기상 요소에 따른 수치모의
3. 지표면의 종류에 따른 건성침적속도
4. 부산지역에서의 PNU/DEM 적용

Ⅶ. 수치모델의 결과비교
1. 방법
2. 비교
3. 정리

참고문헌

본문내용

하며, 이때 모델이 새로운 시스템에서도 동일한 결과를 생산하여야 한다.
현재 공군기상전대 수치예보는 한국과학기술정보연구원(KISTI) 슈퍼컴퓨팅센터의 시스템을 이용하여 운영하고 있다. 새로운 시스템의 도입 및 기존 시스템의 도태에 따른 현업 운영 모델의 지속성은 예보 및 검증 작업에 있어 필수적이다. 또한 시스템 장애 시 무중단 현업 지원을 위한 백업용 모델의 구축, 현업 지원을 위한 모델 운영에 영향을 주지 않는 사례 실험 등의 연구를 목적으로 하는 모델 운영을 위해 다른 시스템에서 똑같은 모델의 구축이 필요하다. 그래서 다른 컴퓨팅 시스템에서 같은 설정으로 구축된 수치 모델의 결과를 비교해 보는 것이 기본적으로 요구된다. 이에 여름철 집중 호우 사례에 대해 각각의 컴퓨팅 환경에서 생산된 중규모 수치예보 모델의 결과를 비교하여 시스템 환경에 따른 영향을 살펴보았다.
1. 방법
현재 공군기상전대 수치예보 모델인 MM5를 이용하여 집중호우 사례에 대해 Compaq SMP(DEC), NEC-SX5, SUN 컴퓨팅 환경에서의 결과를 비교하였다. 이 실험에서 사용한 DEC, NEC-SX5은 KISTI 슈퍼컴퓨팅센터 시스템이며, SUN은 공군기상전대에서 보유하고 있는 장비이다.
MM5 모델은 기본적으로 4바이트 실수, 즉 32비트로 자료를 저장하고 계산한다. IEEE 표준754에 따라 4바이트 실수는 1개의 비트를 부호, 7개의 비트를 지수, 24개의 비트를 가수로 표현하는데 이용한다. 따라서 유효자리는 24개의 비트에 의해 결정되며, 약 7개의 유효자리를 갖게 된다(Chapman, 1998).
공군기상전대에서 운영중인 모델은 수평으로 60km의 격자 거리, 61×84의 격자수를 가지며, 연직 23층으로 설정되어 있다. 적운 모수화는 Grell 방법, 대기경계층 모수화는 Blackadar 방법을 사용한다. 시간 적분 간격은 180초로 총 60시간 적분을 하므로 각 격자에서 시간에 대해 약 1,200번 이상의 계산을 하게 된다.
사례는 2001년 7월 15일 중부지방 호우사례를 선정했다. 여름철 집중호우 사례를 선정한 이유는 활발한 대류 현상으로 적운모수화 등에 있어 많은 계산을 요구하기 때문에 컴퓨팅 환경에 따른 영향이 클 것으로 예상했기 때문이다. 이 사례는 장마전선의 영향으로 중부지방에 최고 276mm의 강수를 기록했었다. 모델의 초기 자료는 GDAPS 1.875o자료와 NOAA 1주일 평균 SST를 이용하였고, 모델 초기시각은 7월 13일 1200UTC이다.
2. 비교
각 시스템에서 모델을 수행한 후 그 결과들의 차이를 비교하였다. 7월 15일 0000UTC의 지상분석일기도이다. 한반도 중북부 지방에 장마전선의 영향을 받고 있다. 해수면 기압의 영역 전체 평균은 약 1006hPa이고 모델 결과 차이 RMS는 약 0.06hPa으로 매우 작았다. 그러나 12시간 누적강수량은 두 결과 모두 1mm 이상의 강수가 있는 격자에서 평균이 각각 9.66mm, 9.59mm이고, 차이의 RMS는 2.1mm로 크게 나타난다. 최고의 5mm이상의 차이를 보이는 격자도 있었는데, 이것은 모델 예보 최대강수가 약 290mm인 것을 고려하면 적지 않은 차이라고 할 수 있다. 또한, 중국 내륙와 한반도 북부를 잇는 띠 형태의 영역과 일본 남쪽 해상 영역에서 차이가 크게 나타난다. 이곳은 각각 장마전선대와 태풍이 존재하는 곳으로 활발한 대류와 함께 많은 강수가 있는 곳이다.
표준 변수들의 시스템에 따른 모델 결과 차이의 시계열을 나타낸다. 각 값은 경계의 5개 격자를 제외한 나머지 격자에서 차이의 RMS이다. 500hPa 고도, 500hPa 온도, 850hPa 상대습도, 300hPa 동서바람 성분의 차이를 나타낸 것이다. 모든 변수는 약간의 진동을 제외하고는 시간이 지남에 따라 그 차이가 커지고 있다. 그리고 30～60시간 예보까지의 30시간 동안의 오차 크기는 00～30시간 예보까지의 30시간 동안의 오차 크기의 약 3배이다. 60시간 예보에서 500hPa 고도는 평균값에 대해 약 오천분의 일의 오차, 500hPa 온도는 약 천분의 일의 오차를 보여 작은 차이를 나타내었지만, 850hPa 상대습도는 약 이십분의 일의 오차, 300hPa 동서바람성분은 약 십분의 일의 오차를 나타내었다.
3. 정리
모델 결과 비교에서 수치 모델을 운영하는 컴퓨팅 환경에 따라 결과가 달라질 수 있음을 보였다. 그리고 이러한 차이는 변수에 따라 정도가 달라지는데, 누적강수량, 상대습도는 고려할 만한 차이가 나타났다. 이것은 현업 운영 시 검증 값에 어느 정도 영향을 줄 수 있을 것이다.
또한 수치 모델에서 적분 횟수가 증가함에 따라 차이는 점차 커짐을 알 수 있었다. 이러한 차이는 유한 차분법을 이용하는 수치 모델이 고해상도로 갈수록 CFL 조건을 만족하는 시간 간격이 점차 짧아지기 때문에 더욱 큰 차이를 유도할 수 있을 것으로 예상된다. 수평해상도 5km의 격자 거리를 갖는 모델의 적분시간 간격은 약 15초가 되며, 이 모델이 48시간 예보한다면 각 격자점에서 시간에 대하여 11,500번 이상의 계산을 하게 된다.
이런 차이는 유효자리 이상 자리의 수를 처리하는 것이 시스템에 따라 달라지기 때문으로 예상된다. 따라서 8바이트는 사용하는 배정도실수를 이용함으로써 이러한 차이를 줄일 수 있을 것이다. 하지만, 이것은 모델의 연산속도와 수행비용이 늘어나는 단점을 가지고 있다.
결론적으로 새로운 모델 운영 시스템 선정 시에 기존 시스템과의 계산 결과 차이의 고려가 필요하다. 아울러, 현재 활발히 이용되는 리눅스 시스템에서 수치 모델을 운영하기 위해서는 이러한 계산상 차이를 파악하는 것도 리눅스 시스템 도입 시에 고려되어야 할 것이다.
참고문헌
김이현 - 최신 전기 전자 측정, 세화 출판사
김용운·김용국(1994) - 교실 밖의 수학-방정식과 부등식, 동아출판사
김창근 - Matlab을 이용한 수치해석, 교우사
노순아(2000) - 오존의 건성침적 특성에 관한 수치모의, 부산대학교 일반 대학원 석사학위논문
서용권 외 - 전산유체역학, 동아대학교 출판부
Sleven C. Chapra 외 - 공학도를 위한 수치해석, 교보문고

키워드

수치지도,   수치해석,   수치모델,   수치예측모델,   구름줄