Analysis of GK2A atmospheric motion vector using Aeolus/ALADIN wind data

Abstract

본 연구는 현재 한국형수치예보모델에 바람 자료로 활용되고 있는 Geostationary Korea Multi Purpose Satellite 2A (GK2A)대기운동벡터와 전구의 바람 관측이 가능한 세계 최초 능동형 라이더 센서 Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN)를 탑재한 바람 자료를 비교함으로써 자료의 특성을 분석한다. 비교 기간은 ALADIN 바람 자료의 레이저 센서가 변경되어 안정화된 이후인 2019년 9월부터 2020년 8월까지이다. ALADIN의 미(Mie)채널과 GK2A 적외채널에 대하여 비교한 결과, 177,681개의 자료가 수집되었고 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error; RMSE)는 3.73 m/s이며 상관계수는 0.98 이다. 나아가 위도와 고도를 고려하여 두 바람 자료를 비교한 결과, 대부분의 위도에서 잘 일치하는 모습을 보이며 두 자료의 표준화된 평균 제곱근 오차(Normalized Root Mean Squared Error; NRMSE)는 0.2~0.3로 구해진다. 하지만 상층·중층의 경우 저위도지역에서, 하층의 경우 남반구 특정 위도(15˚S~30˚S)에서 NRMS가 0.4 이상으로 다른 위도 영역에 비하여 큰 값을 가진다. 이러한 결과는 적외채널 뿐만 아니라 수증기채널, 가시채널에서도 동일하게 나타난다. 한편, 채널별 NRMSE 차이와 계절별 특징은 거의 나타나지 않는다. 선행연구에서는 대기운동벡터의 정확도가 고도할당 문제로 인해 야기될 수 있고 권운과 적운 또는 다층 구름일 때 정확도가 떨어진다고 언급된다. 따라서 두 바람 자료의 차이가 크게 나타나는 원인을 분석하기 위해, 해당 위도 영역에 대하여 구름의 분포를 확인해본 결과, 대기운동벡터의 고도 할당 정확도를 낮출 수 있는 권운 이나 적운이 다른 위도에 비해 더 많이 분포하고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 GK2A 대기운동벡터의 특성에 따라, 정확한 고도 할당이 어려워 대기운동벡터의 오차가 크게 나타나는 남반구와 저위도 영역에서 ALADIN 바람 자료는 기존 대기운동벡터의 바람 정보를 보완함으로써 수치예보모델에 좋은 영향을 미칠 수 있음을 제시한다.;This research aims to provide the characteristics of wind data by comparing Geostationary Korea Multi Purpose Satellite 2A (GK2A) Atmospheric Motion Vector (AMV) and the world's first active lidar sensor Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN). The comparison period is from September 2019 to August 1, 2020, after the laser sensor of ALADIN wind data was changed and stabilized. Comparison result, the total number of collocated data for the AMV (using IR channel) and Mie channel ALADIN data is 177,681 which gives the Root Mean Square Error (RMSE) of 3.73 m/s and the correlation coefficient is 0.98. For a more detailed analysis, Comparison result considering altitude and latitude, the compatibility of the two wind data is good in that the Normalized Root Mean Squared Error (NRMSE) is 0.2-0.3 at most latitude bands. However, the upper·middle layers in the tropics and the lower layer in the southern hemispheric(15°S-30°S) are larger than 0.4 at specific latitudes. These results are the same not only in the infrared channel, but also in the water vapor channel and the visible channel. Moreover, the channel and seasonal characteristics are not appear. In previous studies, it is mentioned that the accuracy of the AMV can be caused by the height assignment problem, and the accuracy is lower when there are cirrus and cumulus clouds or multi-layered clouds. As a result of analyzing the distribution of clouds, specific cirrus and cumulus clouds are more distributed where there is a large difference in wind data between ALADIN and GK2A. Therefore, it is suggested that ALADIN wind data in the southern hemisphere and low latitude band, where the error of the AMV is large, can have a positive effect on the numerical forecast model.