등록번호

2013- 05

담당부서

작성자

(수치모델관리관실/

수치모델개발과)

(박근선/02- 2181- 0534)

정 책 명

한국형수치예보모델 개발

사업개요 

○ 추진배경

-  수치예보모델은 기상예측을 위한 가장 중요한 소프트웨어이나,현재는 외국의 모델을 활용하고 있는 상황임.

‧ 우리나라는 전지구 영역의 단･중기 예보지원을 위하여 일본기상청으로부터 도입한 수치예보모델을 10여년(97~10)간 활용 후 현재 영국 기상청으로부터 도입한 수치예보모델을 라이선스 계약 하에 사용 중

-  기존 수치예보모델의 한계를 극복하는 첨단 기술의 적용과 최근 점차 잦아지고 있는 기상이변 등 변동성 증가를 반영한 선도적인 수치예보모델 개발 필요

○ 추진기간 : 2011.2.15. ~ 2019.12.31.

○ 사업비 : 94,684백만원(KDI 예비타당성조사 결과)

○ 주요내용

-  총 9년간 3단계(단계별 3년)로 한국형수치예보모델 개발

-  1단계(11년~13년)

‧ 한국형수치예보모델 설계

‧ 한국형수치예보모델의 핵심분야 기초기술 연구개발

‧ 사업단 설립 및 연구기반 구축(전문인력 확보 포함)

-  2단계(14년~16년)

‧ 수치예보모델 핵심 부품인 역학코어, 물리모수화, 자료동화모듈 완성

‧ 개발된 핵심 부품의 결합을 통한 한국형수치예보모델 시험버전 개발

‧ 한국형수치예보모델 시험버전의 수치실험 및 성능검증

-  3단계(17년~19년)

‧ 한국형수치예보모델 시험버전 개선 및 최적화로 현업버전개발

‧ 현업 요구조건 충족 및 완결성 제고를 위한 테스트베드 확대 운영

‧ 한국형수치예보모델의 효율적 운영 및 응용을 위한 후처리개발

추진경과 및 사업관련자

□ 추진경과

○ 2009.1. : 기상예보 정확도 제고 실천계획

-  국내 독자적인 수치예보모델 개발을 3단계로 추진

○ 2010.3. : 2010년 상반기 예비타당성 심사 대상사업 선정 

○ 2010.3.~8. : 독자수치모델 개발을 위한 상세 기획 연구 수행

○ 2010.9. : 기획재정부 2010년도 예비타당성조사 심사 통과

○ 2011.1.~2. : 한국형수치예보모델개발사업 준비단 운영

○ 2011.2.15. : 한국형수치예보모델개발사업단 설립

○ 2011~2013 : 한국형수치예보모델개발사업 1단계 사업 추진

○ 2014~2016 : 한국형수치예보모델개발사업 2단계 사업 추진

-  15년 현재 총 9년 연구개발 기간 중 5차년도(2단계) 연구개발 사업 추진 중

○ 2015.1 : 기타공공기관 지정

□ 사업관련자

○ 최초 입안자 및 최종 결재자

-  최초 입안자 : 기상사무관 박경진

-  최종 결재자 : 기상청장 전병성

○ 사업관련자

<한국형수치예보모델개발사업단>

추진실적

○ 한국형수치예보모델개발사업 2011년 연구개발성과

- 한국형수치예보모델개발 사업 준비단 구성 및 출범

- 한국형수치예보모델개발 사업단 설립

‧ 사업단 연구인력 채용, 연구공간 확보 및 제규정 제정

- 사업단 운영 시스템 구축

‧ 연구업무관리를 위한 개발 소프트웨어 관리시스템 구축

‧ 공지/게시, 근태관리, 주월간일정 업무관리 등 자체 그룹웨어

시스템 등 연구기반 구축

- 연구개발 실적

‧ 한국형수치예보모델 기본설계도 작성

‧ 연구결과 제시 및 연구보고서 발간

‧ 역학코어 비교분석, 물리모수화 비교분석, 관측자료 전처리 및 자료동화기법 개발, 사전연구조사 및 연구체계 구축 등

‧ 미국 NCAR의 전문가 등 국내외 수치예보 전문가 초청 세미나 개최(13회)

‧ 비SCI 논문 1편 게재 (Dynamic data- base Typhoon Track Prediction)

- 기타 성과

‧ 현업환경 수치실험시스템 이식 및 개발소프트웨어 평가체계 구축

‧ 핵심응용모듈 구조설계 및 모듈 커플링 기법 개발

○ 한국형수치예보모델개발사업 2012년 연구개발성과

- SCI, 비SCI 등재

‧ SCI 논문 5편 게재 (Numerical experiments of an advanced radiative transfer model 등)

‧ 비SCI 논문 4편 게재 (Impact of the Subgrid- Scale Moisture Variability on the Global Feature of Precipitation in GCM 등)

- 연구결과 제시 및 연구보고서 발간

‧ 한국형수치예보모델 역학코어 핵심모듈 개발, 물리모수화 핵심모듈 개발, 관측자료 전처리 및 자료동화 모듈 개발 등

‧ 구성요소 모듈 구조설계, 모듈간 접합설계, 후처리과정 기법 개발 등

- 연구노트 관리지침 제정 및 시행

- 기상청과의 공동세미나(월1회) 및 전문가 초청 세미나(수시) 개최

- 기타 사업단 대외 실적(워크숍 및 국제 심포지엄 등)

‧ 국제 자문위원회 구성 및 운영

‧ 국제 수치예보기술자문위원회 구성 및 운영

‧ 국제학술 워크샵 및 국제학술 심포지엄 개최 

‧ 해외기관과 MOU 체결(NRL, NCEP 등)

‧ 관련강좌 프로그램 개설 (포트란 및 병렬프로그래밍 교육, IDL 프로그래밍 교육, Python 프로그래밍 교육, 디버거 활용교육)

○ 한국형수치예보모델개발사업 2013년 연구개발성과

- 13년 1단계 연구‧개발 완료에 따라 주요부문별 기초기술 개발 

‧ 천수 방정식 모델 개발 및 병렬화, 경압 초기 모델 개발

‧ 복사/적운/미세구름물리/대규모구름 모수화 기본 모듈 개발

‧ 모수화 평가를 위한 단일기둥모델 및 LES 모델 개발

‧ 3차원 모델 프레임워크 및 3차원 초기 시험 예보 시스템 구축

‧ 역학코어, 물리 및 자료동화가 결합된 시험 예측 모델 개발 등

- 연구개발 성과와 연계한 정량적 성과확보 

‧ SCI 논문 20편 게재 (The effect of ozone and aerosols on the surface erythemal UV radiation estimated from OMI measurements 등)

‧ 비SCI 논문 4편 게재 (KIAPS 관측자료 처리시스템에서의 AMSU–A 위성자료 초기 전처리와 편향보정 모듈 개발 등) 

‧ 국내‧외 특허 출원(국외 4건, 국내 8건) 및 소프트웨어 저작권 등록(22건) 

‧ 기술노트 11편 및 국외학회 발표

- 연구결과 제시 및 연구보고서 발간

‧ 한국형수치예보모델 역학코어 핵심모듈 개발, 물리모수화 핵심모듈 개발, 관측자료 전처리 및 자료동화 모듈 개발 등

‧ 구성요소 모듈 구조설계, 모듈간 접합설계, 후처리과정 기법 개발 등

- 기상청과의 공동세미나(월1회) 및 전문가 초청 세미나(수시) 개최

- 기타 사업단 대외 실적(워크숍 및 국제 심포지엄 등)

‧ 국제 자문위원회 구성 및 운영

‧ 수치예보기술자문위원회 구성 및 운영

‧ 국제학술 워크숍(기상학회 연계) 및 국제학술 심포지엄 개최

○ 한국형수치예보모델개발사업 2014년 연구개발성과

- 2단계(’14~’16) 시험모델개발 사업 착수 

- 1단계에서 개발된 기초기술 종합, 심화·발전시켜 시험모델 구축을 위한 부문별 모듈 완성 추진

‧ 3차원 정역학 핵심모듈 검증 및 개선

‧ 3차원 비정역학 핵심모듈 구축

‧ 진보된 물리과정 모수화의 알고리즘 구축 및 안정화

‧ 진보된 관측자료 입전 처리 모듈 개발

‧ 시험모델 프레임워크 검증 및 개선 등

- 연구개발 성과와 연계한 정량적 성과확보 추진

‧ 연구개발 성과물의 소프트웨어 저작권 등록 및 이와 연계한 국내‧외 특허 출원‧등록 추진

‧ 시험모델개발 성과의 국내‧외 SCI 등재 추진

- 연구결과 제시 및 연구보고서 발간(12월 예정)

‧ 한국형수치예보모델 역학코어 핵심모듈 개발, 물리모수화 핵심모듈 개발, 관측자료 전처리 및 자료동화 모듈 개발 등

‧ 구성요소 모듈 구조설계, 모듈간 접합설계, 후처리과정 기법 개발 등

- 전문가 초청세미나(수시) 개최

‧ 국제 자문위원회 구성 및 운영

‧ 수치예보기술자문위원회 구성 및 운영

‧ 국제학술 심포지엄 개최 

○ 한국형수치예보모델개발사업 2015년 연구개발성과 (1/4분기)

- 수치예보모델 역학모듈 개발

⦁정역학 코어의 시간이산화 기법 개선

⦁비정역학 코어 모듈 개발 및 사례 실험

⦁연직 라그랑지안 이류 방안 장착

- 수치예보모델의 물리과정 모수화 개발

⦁구름 예단 모수화 코드 개발 

⦁구름물리 모수화의 구름유효반경 계산식 개발

⦁개발된 아격자 산악 모수화의 예측 검증

⦁개발된 경계층 Top- dowm mixing 모수화 방안의 예측 검증

⦁구름물리 모수화의 영향을 복사과정 모수화에 적용

- 관측자료 전처리 및 자료동화 개발

⦁KPOP 지상, Sonde, 항공자료에 ODB 입력 모듈 접합

⦁3DVAR의 2013년 7월 사례 싸이클 시험 수행

⦁KIM- LETKF 연동 시스템에 실측 존데 자료동화 테스트

- 시스템모듈 개발

⦁시험모델의 입출력 인터페이스 개선

⦁V- GECoRe를 이용한 육면체구 격자 지형자료 생성

⦁프레임워크에 연직 격자 생성 모듈 장착

⦁연직 내삽 및 초기장 생성 도구 검증 및 장착

⦁라그랑지 고차 내삽을 위한 육면체구 격자 정보 생성

- 전문가 초청 세미나 6회 개최

- 수치예보모델개발을 위한 2015 제1차 워크숍(총1회) 개최

○ 한국형수치예보모델개발사업 2015년 연구개발성과 (2/4분기)

- 수치예보모델 역학모듈 개발

⦁정역학 코어에 연직이산화 기법 적용

⦁비정역학 코어 모듈의 검증 및 악기상 사례 실험

⦁25km 해상도에서 계통적 오차 개선

- 수치예보모델의 물리과정 모수화 개발

⦁비균질 특성을 고려한 지면과정 모수화 개발

⦁얕은 대류 모수화 방안 개발을 위한 LES 실험

⦁적운대류모수화에서 수상 발생량 조절 분석 완료

⦁격자적응 경계층 방안 개발 연구 

- 관측자료 전처리 및 자료동화 개발

⦁AMSU- A 위성자료의 편향오차 수정 및 Jacobian 생성

⦁AMSU- A 위성자료의 3DVAR 자료동화 모듈 개발

⦁LETKF에서 GPSRO 연직 오차 분포 개발 연구

- 시스템모듈 개발

⦁시험모델 시스템/컴파일러의 호환성 정비

⦁PNetCDF 적용으로 입출력 시스템의 개선

⦁3차원 변분 자료동화의 프로파일링 완료

⦁CYLC를 이용한 운영 시스템 적용 준비

-  전문가 초청 세미나 8회 개최

-  수치예보모델개발을 위한 2015 제2~5차 워크숍(총4회) 개최

○ 한국형수치예보모델개발사업 2015년 연구개발성과 (3/4분기)

- 수치예보모델 역학모듈 개발

‧ implicit diffusion 과정의 시험모델에 적용 시작

‧ semi- implicit 시간적분의 정역학 모델 적용

‧ 수평점성한 적용의 민감도실험 수행

‧ passive tracer limiter 적용 및 실험

- 수치예보모델의 물리과정 모수화 개발

‧ hail이 포함된 명시적 구름미세물리 방안 개발

‧ 아격자 산악모수화 매개변수 업데이트 및 성능 검증 

‧ 복사물리과정에서 새로운 지면/대기 반사도 적용 및 실험 

‧ 고해상도 지면처리 입력모듈 개발

‧ 에어로솔 기후값 산출 및 복사과정과의 연계 시작

‧ 위성자료를 사용한 수상- 구름양 관계 분석

‧ 시험모델 격자 변환 및 기본 검증 업데이트

- 관측자료 전처리 및 자료동화 개발

‧ 비정역학 모델 배경장을 사용한 위성자료(MHS, IASI, AMV) 성능 실험

‧ GPS- RO 및 AMV 3DVAR 자료동화 모듈 구축

‧ KPOP 연동 LETKF 시스템 구축

‧ GPS- RO 동화 LETKF 모듈 및 ESV 기법 구축

- 시스템모듈 개발

‧ 개발된 산악모수화 시험모델 적용을 위한 지면보조자료 

생성

‧ D3.js를 이용한 시험모델 준실시간 운영 모리터링 시스템 구축

‧ 정역학 및 비정역학 역하코어 병합 프레임 워크 구축

‧ spectral filtering 이용한 육면체구 지형자료 생성

- 한수예워크숍 3회 개최

(6차 : 검증 및 진단 / 7차 : 자료동화 / 8차 : HPC의 현재와 미래)

- 전문가 초청 세미나 9회 개최(총 6명 초청)

○ 한국형수치예보모델개발사업 2015년 연구개발성과 (4/4분기)

- 수치예보모델 역학모듈 개발

‧  implicit diffusion 과정 구현 및 성능 실험

‧  semi- implicit 시간적분의 비정역학 모델 적용 시작

‧  명시적 시간 분할 점성항 구현

‧  비정역학 코어의 강한 기압계 모의 문제 해결

- 수치예보모델의 물리과정 모수화 개발

‧  hail이 포함된 명시적 구름미세물리 방안 개발 및 검증

‧ 연직격자에 따른 중력파 및 행성파 강제력 분석 

‧ 적운모수화의 강수전환 파라미터 및 흡기율 민감도실험을 통한 강수모의 개선

‧ 에어로졸 모듈 추가로 하향 단파 복사 과대 모의 개선 

‧ 비균질 지면 모수화 개발 및 검증

‧ 강수 공간검증 테스트 적용 및 예측시간별 강수검증 추가

‧ 시험모델 지상검증 및 계절검증 구축 시작

- 관측자료 전처리 및 자료동화 개발

‧ KPOP과 OPS의 비교 검증 및 추가 위성자료 전처리과정 

개발

‧ 추가 관측자료인 IASI, AMV 자료를 사용한 3DVAR 실험

‧ KPOP 연동 및 비정역학 모델을 사용한 LETKF 시스템 

구축

‧ 3DVAR에서 사용되는 변수변환 모듈 개선

- 시스템모듈 개발

‧ 시험모델 restart 기능 개발 완료

‧ implicit diffusion 관련 모듈 병렬화

‧ surface cycle 과정 모듈 구축

‧ CYLC 기반 준실시간 예보 스크립트 업데이트 및 버그수정

‧ spectral filtering 이용한 육면체구 지형자료 성능 분석

- 국제심포지엄 개최(150명 참석)

- 한수예워크숍 1회 개최  (9차 : 관측)

- 전문가 초청 세미나 10회 개최(총 8명 초청)