펜실베이니아 주립대학교 기상학자들에 따르면, 비행 도플러 레이더 정보를 효율적으로 통합한 실시간 허리케인 분석·예보 시스템은 허리케인의 경로, 강도, 풍력을 정밀하게 추적할지도 모른다고 한다. 이 시스템은 또한 예측을 불확실케 하는 근원도 확인할 수 있다.
이번 연구를 수행한 푸칭 장(Fuqing Zhang) 펜실베이니아 주립대학교 기상학 교수는 “비행 도플러 레이더 정보를 이용한 이 특별한 연구는 시스템에 수집된다”고 밝히고 “우리의 예보는 이용되는 지구모델과 비슷하거나 더 우수하다“고 전했다.

장 교수와 대학원생인 에린 먼셀(Erin B. Munsell)은 펜실베이니아 주립대학교의 실시간 대류 허용 허리케인 분석 및 예보시스템(이하 WRF-EnKF)을 이용해 허리케인 샌디(Hurricane Sandy)를 분석했다. 샌디가 뉴저지주에 2012년 10월 29일 상륙했지만 분석 및 예보시스템은 10월 21에 탐지를 시작했으며 도플러 레이더 데이터를 10월 26일부터 28일까지 분석했다.

연구자들은 WRF-EnKF 예보를 미국해양대기국(National Oceanic and Atmospheric Administration)의 지구예보시스템(GFS, Global Forecast System)과 유럽중거리 날씨예보센터(ECMWF, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)의 예측과 비교했다. WRF-EnKF 모델은 실시간으로 도플러 레이더 정보를 효과적으로 받아들이는 능력 외에도 고해상도의 구름 허용그리드를 보유하고 있는데 이 그리드는 모델에서 개별 구름의 존재를 고려한다.

장 교수는 “우리의 모델은 태풍 경로 100킬로미터 예측하는데 이는 샌디 태풍이 육지에 상륙하기 4~5일 전에 파악하는 정밀도이며 아울러 샌디의 강도도 정밀하게 예측했다”고 밝혔다.

WRF-EnKF 모델은 총체적으로 초기 조건이 약간 다른 60개의 폭풍 예보를 동시에 실행할 수 있다. 샌디의 예보데이터를 분석하기 위해 연구자들은 실행된 60개의 예보를 양호, 적당, 열등으로 분류했으며 이를 통해 모델에 있는 초기 조건의 불확실성을 제거할 수 있었다.

10월 26일 10개의 예보는 샌디 폭풍이 전혀 상륙하지 않을 것이라고 밝혀 가장 불확실성이 많았다. 장 교수는 에러가 발생하는 원인은 샌디가 있었던 열대지방에서 초기 조종되는 바람의 차이 때문이라고 제안한다. 이곳은 중위도 기압골이 아니라 상대적으로 낮은 대기압 지대였다.

WRF-EnKF는 상륙 2일 전까지 남부 뉴저지에 허리케인의 상륙 경로를 매우 정밀하게 예보했지만 GFS 모델은 더 북부인 뉴욕 주와 코네티컷 주를 예보했으며 ECMWF 모델은 뉴저지주 북부의 상륙을 예보했다.

샌디는 분석하기 좋은 태풍이다. 그 이유는 그 경로가 중앙 대서양 열대 폭풍 중에서 특별하지만 북서부에서 중앙 대서양 또는 뉴잉글랜드로 향하지 않기 때문이다. 3개의 모델은 이 허리케인을 예측하는데 우수하지만 WRF-EnKF 모델이 경로, 강도, 강우를 예보하는데 뛰어나다.

미국 해양대기국은 현재 폭풍 예보에서 WRF-EnKF 시스템의 이용을 평가하고 있으며 다른 연구자들도 이 시스템을 이용해 폭풍 파도를 예보하고 리스 분석에 이용하고 있다.

(참조: Prediction and uncertainty of Hurricane Sandy (2012) explored through a real-time cloud-permitting ensemble analysis and forecast system assimilating airborne Doppler radar observations. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 2014; DOI: 10.1002/2013MS000297)

 

 

 

 

 

A real-time hurricane analysis and prediction system that effectively incorporates airborne Doppler radar information may accurately track the path, intensity and wind force in a hurricane, according to Penn State meteorologists. This system can also identify the sources of forecast uncertainty.
 
"For this particular study aircraft-based Doppler radar information was ingested into the system," said Fuqing Zhang, professor of meteorology, Penn State. "Our predictions were comparable to or better than those made by operational global models."

 

Zhang and Erin B. Munsell, graduate student in meteorology, used The Pennsylvania State University real-time convection-permitting hurricane analysis and forecasting system (WRF-EnKF) to analyze Hurricane Sandy. While Sandy made landfall on the New Jersey coast on the evening of Oct. 29, 2012, the analysis and forecast system began tracking on Oct. 21 and the Doppler radar data analyzed covers Oct. 26 through 28.

 

The researchers compared The WRF-EnKF predictions to the National Oceanic and Atmospheric Administration's Global Forecast System (GFS) and the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Besides the ability to effectively assimilate real-time Doppler radar information, the WRF-EnKF model also includes high-resolution cloud-permitting grids, which allow for the existence of individual clouds in the model.

 

"Our model predicted storm paths with 100 km -- 50 mile -- accuracy four to five days ahead of landfall for Hurricane Sandy," said Zhang. "We also had accurate predictions of Sandy's intensity."

 

The WRF-EnKF model also runs 60 storm predictions simultaneously as an ensemble, each with slightly differing initial conditions. The program runs on NOAA's dedicated computer, and the analysis was done on the Texas Advanced Computing Center computer because of the enormity of data collected.

 

To analyze the Hurricane Sandy forecast data, the researchers divided the 60 runs into groups -- good, fair and poor. This approach was able to isolate uncertainties in the model initial conditions, which are most prevalent on Oct. 26, when 10 of the predictions suggested that Sandy would not make landfall at all. By looking at this portion of the model, Zhang suggests that the errors occur because of differences in the initial steering level winds in the tropics that Sandy was embedded in, instead of a mid-latitude trough -- an area of relatively low atmospheric pressure -- ahead of Sandy's path.

 

"Though the mid-latitude system does not strongly influence the final position of Sandy, differences in the timing and location of its interactions with Sandy lead to considerable differences in rainfall forecasts, especially with respect to heavy precipitation over land," the researchers report in a recent issue of the Journal of Advances in Modeling Earth Systems.

 

By two days before landfall, the WRF-EnKF model was accurately predicting the hurricane's path with landfall in southern New Jersey, while the GFS model predicted a more northern landfall in New York and Connecticut, and the ECMWF model forecast landfall in northern New Jersey.

 

Hurricane Sandy is a good storm to analyze because its path was unusual among Atlantic tropical storms, which do not usually turn northwest into the mid-Atlantic or New England. While all three models did a fairly good job at predicting aspects of this hurricane, the WRF-EnKF model was very promising in predicting path, intensity and rainfall.

 

NOAA is currently evaluating the use of the WRF-EnKF system in storm prediction, and other researchers are using it to predict storm surge and risk analysis.

 

[원문출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2014/02/140225101641.htm]