한국지구과학회지 제42권 제5호 (p.536-555)

한반도 연안해역에서 인공위성 산란계(MetOp-A/B ASCAT) 해상풍 검증

Validation of Satellite Scatterometer Sea-Surface Wind Vectors (MetOp-A/B ASCAT) in the Korean Coastal Region
키워드 :
sea surface wind,scatterometer,ASCAT,MetOp-A/B,validation,coastal region,wind direction,해상풍,산란계,ASCAT,MetOp-A/B,정확도,연안 해역,풍향

목차

Abstract
요 약
서 론
자료 및 방법
   인공위성 산란계 해상풍 자료
   한반도 연안 해양기상부이 자료
   해양기상부이 관측 해상풍의 고도변환
   위성-실측 일치점 생산과정
   해상풍 정확도 계산
연구 결과
   해상풍 고도 변환 결과
   위성 해상풍 풍속 정확도
   위성 해상풍 풍향 정확도
   위성 해상풍 오차 특성
토 의
요약 및 결론
References

초록

해상풍은 해양의 표층 해류 및 순환, 혼합층, 열속의 변화를 주도하며 해양-대기 상호작용을 이해할 수 있는 중요한 변수이다. 인공위성의 발달에 따라 산란계 관측 자료를 기반으로 산출한 해상풍은 여러 목적으로 광범위하게 사용 되어 왔다. 한반도 연안과 같은 복잡한 해양 환경에서 산란계 관측 해상풍은 해양 및 대기 현상 이해에 중요한 요소이다. 따라서 위성 해상풍의 정확도 검증 결과가 다양한 활용을 위하여 중요하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 산란계인 MetOp-A/B (METeorological OPerational satellite-A/B)에 탑재된 ASCAT (Advanced SCATterometer) 해상풍 자료를 한반도 주변의 16개 지점에서 2020년 1월부터 12월까지 실측된 해양기상부이 해상풍 자료와 비교하여 해상풍의 정확도를 검증하였다. 해수면으로부터 4-5 m 고도에서 관측된 부이 바람은 LKB (Liu-Katsaros-Businger) 모델을 활용하여 10 m의 중립 바람으로 변환하였다. 일치점 생산 과정 결과 MetOp-A와 MetOp-B에 대하여 5,544개와 10,051 개의 일치점을 만들었다. 각 위성 해상풍 풍속의 평균제곱근오차는 1.36 m s−1와 1.28 m s−1, 편차는 0.44 m s−1와 0.65 m s−1로 나타났다. 산란계의 풍향은 MetOp-A와 MetOp-B에서 각각 –8.03 o와 –6.97 o의 음의 편차와 32.46 o와 36.06 o 의 평균제곱근오차를 보였다. 이러한 오차들은 해양-대기 경계층 내의 성층과 역학과 관련된 것으로 추정된다. 한반도 주변 해역에서 산란계 해상풍은 특히 풍속이 약한 구간에서 실측 풍속보다 과대추정되었다. 또한 연안으로부터의 거리가 가까워질수록 오차가 증폭되는 특성이 나타났다. 본 연구 결과는 산란계 해상풍 자료를 이용하는 해양-대기 상호작 용 및 태풍 연구와 같은 한반도 연안 해역의 예측 모델 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
Sea-surface wind is an important variable in ocean-atmosphere interactions, leading to the changes in ocean surface currents and circulation, mixed layers, and heat flux. With the development of satellite technology, sea-surface winds data retrieved from scatterometer observation data have been used for various purposes. In a complex marine environment such as the Korean Peninsula coast, scatterometer-observed sea-surface wind is an important factor for analyzing ocean and atmospheric phenomena. Therefore, the validation results of wind accuracy can be used for diverse applications. In this study, the sea-surface winds derived from ASCAT (Advanced SCATterometer) mounted on MetOp-A/ B (METeorological Operational Satellite-A/B) were validated compared to in-situ wind measurements at 16 marine buoy stations around the Korean Peninsula from January to December 2020. The buoy winds measured at a height of 4-5 m from the sea surface were converted to 10-m neutral winds using the LKB (Liu-Katsaros-Businger) model. The matchup procedure produced 5,544 and 10,051 collocation points for MetOp-A and MetOp-B, respectively. The root mean square errors (RMSE) were 1.36 and 1.28 m s−1 , and bias errors amounted to 0.44 and 0.65 m s−1 for MetOp-A and MetOp-B, respectively. The wind directions of both scatterometers exhibited negative biases of -8.03 o and -6.97 o and RMSE values of 32.46 o and 36.06 o for MetOp-A and MetOp-B, respectively. These errors were likely associated with the stratification and dynamics of the marine-atmospheric boundary layer. In the seas around the Korean Peninsula, the sea-surface winds of the ASCAT tended to be more overestimated than the in-situ wind speeds, particularly at weak wind speeds. In addition, the closer the distance from the coast, the more the amplification of error. The present results could contribute to the development of a prediction model as improved input data and the understanding of air-sea interaction and impact of typhoons in the coastal regions around the Korean Peninsula.