해상표류실험을 통한 입자추적 모델의 검증

Abstract

입자추적 모델 (particle tracking model) 은 수색구조를 위한 표류예측, 유류확산 예측, 적조 확산 예측 등에 응용되는 모델로서 그 정확도는 바람 및 유속의 예측 자료의 정확도와 표류체의 특성 및 초기시간, 위치에 좌우된다. 따라서 입자추적모델의 검증은 입자추적모델 자체의 검증 뿐 아니라, 기상, 유동 예측모델에 대한 검증도 포함된다. 본 연구에서는 해양과학기술원에서 운영 중인 KOOS(Korea Operational Oceanographic System)의 입자추적모델에대하여 현장 표류부이 실험의 결과와의 비교를 통해 모델 검증을 수행하였다. 현장실험은2015년 6월부터 12월까지 총 6개의 표류부이를 이용하여 서, 남해 해역에서 수행되었는데,이 표류부이는 표층하 1 m 의 drogue와 이리듐 통신을 포함하고 있어 매 10분마다 표층의흐름에 따라 이동된 자신의 위치를 전송할 수 있다. 표류부이들은 가능한 선박, 해상구조물및 어망 등에 영향을 받지 않도록 가거도, 추자도 등 비교적 외해에 있는 섬의 인근 또는 가거초 기기, 황해부이 등 해양관측 정점 인근에 투하하였고, 평균적으로 1개월의 수명을 보였지만, 표류부이들 중 한 개는 6개월 동안 표류하면서 결과를 지속적으로 전송하기도 하였다.한편, 입자추적에 사용된 기상 및 유동 입력조건의 해상도는 각각 20km, 9km 로 기상모델은 WRF, 유동모델은 MOHID의 예측 결과를 이용하였고, 입자추적모델은 MOHID 내의Lagrangian 모듈을 이용하여 계산하였다. 입자추적모델의 검증에 대하여 표류부이의 위치 정보를 매 12시간 단위로 구분하여 초기위치를 결정하였고 이로부터 24시간의 입자추적모델계산을 수행하여 매 10분마다의 모델결과와 표류부이의 위치를 비교하였다. 이에 허용가능오차범위로(Ta)를 해상에서 육안 식별이 가능한 1 km 로 설정하여 매 12시간마다의 Ta를산출하였다. 바람계수 2% 상에서 산출된 Ta 는 6.8시간으로, 이는 입자추적 모델로 표류예측을 수행하였을 때, 그 결과의 오차가 1 km 반경 안에 존재하는 시간이 평균적으로 6.8 시간임을 의미한다. 하지만 이는 입자추적모델에서 사용하는 바람 계수에 따라 그 값이 변하게 되는데, 바람의 세기 등의 주변의 환경에 따른 계수들 수정하여 Ta를 증가시키는 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 효과적인 표류부이 현장실험에 대한 방법을 제시하고 입자추적 모델계산 시 최적의 바람 계수 및 그 적용 방법에 대해 고찰해 보고자 한다.