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한국형수치예보모델(KIM)
1. 개요
KIM은 육면체구 격자 기반의 전지구모델로 분광요소법 기반 수치계의 비정역학 코어와 고해상도 모델에 적합한 물리과정으로 구성되어 있습니다. 육면체구 격자는 위경도 격자의 극 특이점 문제를 해결하고 격자 거리가 비교적 균일하도록 고안된 구면 격자입니다(Sadourny, 1972). 육면체구 격자체계는 내접하는 정육면체의 각 면에서 직교좌표계를 형성한 다음 구 표면으로 투영시킨 형태의 격자로 6개의 패널을 가지는데, 각 패널에서 x축 또는 y축 한 방향으로의 요소 개수를 ne라고 하고, 각 요소에서 한 방향으로의 가우스 구적점 개수를 np라고 합니다. 아래 그림 2.3.1은 ne=10, np=4인 육면체구 격자와 한반도가 패널의 중심에 위치하도록 회전된 육면체구 격자로, 육면체구의 한 면을 차지하는 패널 안에는 10개의 요 소를 가지고 각 요소는 패널 경계 상의 점을 포함하여 4개의 점으로 구성되어 있음을 볼 수 있습니다. 현재 KIM의 해상도는 ne360np3으로, 하나의 패널에 360개의 요소와 각 요소에서 는 3개의 점으로 있으며, 이는 공간해상도 약 12 km입니다.
한국형 수지예보모델(KIM)의 격자체계를 설명하기 위한 모식도
(a) ne=10, np=4 인 육면체구 격자, (b) 한반도가 패널의 중심에 위치하도록 회전된 육면체구 격자
2. 주요특성
| 모델명 | GDAPS(KIM NE360 NP3) |
|---|---|
| 기본모델 | KIM(Korea Integrated Model) / KIM-GMODEL-v3.7 |
| 영역 | 전지구 |
| 수평분해능 | ~12km(육면격자기반 격자수: 3,110,402개), 0.125°(동서)×0.125°(남북)(등위경도 격자 수: 2,880(동서)×1,440(남북)) |
| 연직층수 | 91층(~80km, full level) ※ half level: 92층 |
| 시간적분간격 | 25초 |
| 예측기간 | 288h (2회/일, 00, 12UTC), 87h (2회/일, 06, 18UTC) |
| 기본방정식 | 비정역학(Non-hydrostatic) 플럭스 형태 방정식 |
| 시간적분 | 3차 Runge-Kutta 시간분할적분 |
| 자료동화 | Hybrid-4DEnVar |
| 습윤 과정 | Scale-aware mass-flux deep/shallow convection, WRF Single Moment 5-Class(WSM5) microphysics |
| 복사 | Revised RRTMG(RRTMK) |
| 중력파 항력 | Sub-grid orographic and non-orographic (frontal and convective) GWD |
| 경계층 | Scale-aware non-Local PBL |
| 지표면 | Revised land-surface module based on Noah LSM |
| 지표상태 | KIM surface analysis(soil moisture, snow) + Climatology |
3. 운영현황
기상청은 초단기(6시간 이내)~단기예보(4일 이내)~중기(10일 이내)까지 예·특보 지원을 위해 관심 영역, 기간에 따라 20여 종 수치예보시스템을 운영하고 있습니다.
현업 수치예보 시스템 운영현황(2022년 12월 기준)
위 그림은 기상청이 운영하고 있는 주요 수치예보시스템 구성을 요약 한 것으로 2020년 4월부터 현업 운영 중인 한국형수치예보모델(KIM)의 안정적 성능 확보까지 기존 통합모델 기반의 수치예보시스템과 병행 운영 중입니다. 또한, 전지구예보모델인 한국형수치예보모델의 현업 운영에 따른 연계모델(앙상블, 국지, 응용모델 등)들의 순차 개발이 진행 중에 있습니다.
[표] 기상청 수치예보 시스템 운영 현황(2022년 12월 31일 기준)
| 시스템(모델) | 수평분해능(연직총수) | 운영횟수/일 | 예측기간 | 목적 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 전지구(GDAPS) | 전지구예보시스템(KIM NE360 NP3) | 12km(91층) | 4회 | 12일(00,12UTC) /87시간(06,18UTC) | 대상:전지구 날씨 예측 용도: 동네예보, 중기예보 |
| 전지구예보시스템(UM N1280 L70) | 10km(70층) | ||||
| 지역(RDAPS) | 지역예보시스템(KIM 3kmL40) | 3km(40층) | 4회 | 72시간 | 대상: 동아시아 날씨 예측 용도:동네예보 |
| 국지(LDAPS) | 국지예보시스템(UM 1.5km L70) | 1.5km(70층) | 4회 | 48시간 | 대상:한반도 날씨 예측 용도:동네예보 |
| 초단기(KLAPS) | 초단기 배경예측(UM-KLBG) | 5km(40층) | 4회 | 36시간 | 대상: 동아시아 영역 용도: 초단기예보모델의 배경장 생성 |
| 초단기 분석(UM-KL05) | 5km(22층) | 144회 | - | 대상: 한반도 영역 용도: 3차원 분석/예측 생산 |
|
| 초단기 예측(UM-KLFS) | 5km(40층) | 144회 | 12시간 | ||
4. 한국형 지역예보시스템(RDAPS-KIM)
한국형 지역수치예보모델(RDAPS-KIM, Regional Data Assimilation and Prediction System-KIM)는 2022년 5월 12일부터 현업 운영을 시작하였습니다. 동아시아 영역에 대 해 일 4회 3일(72시간) 예측을 수행하며, 수평해상도는 3km이며 예측 간격은 1시간 입니다.
한국형 지역예보시스템(RDAPS-KIM)예측 영역
[표] 한국형 지역예보시스템(RDAPS-KIM)주요 특성
| 모델명 | RDAPS-KIM(KIM 3kmL40) |
|---|---|
| 수평해상도와 격자 개수 | 3 km x 3 km / 1,050(동서) x 840(남북) |
| 연직층수/적분간격 | 40층(상단: 50 hPa) / 18초 |
| 영역중심 | 38°N, 126°E |
| 지도투영법 | Lambert 정형 원추도법(실측거리 대응위도: 30°N, 60°N) |
| 지형정보 | 입력 지형 해상도: 약 1 km (gmted2010_30 s) 식생지수: 호수정보를 포함한 MODIS 식생지수(modis_15 |
| 격자체계 | 수평: Arakawa C-grid staggering 연직:Hybrid sigma-pressure vertical coordinate |
| 방정식계 | 압축성 오일러 비정역 방정식계 |
| 시간적분 | 3차 Runge-Kutta 시간분할적분 |
| 습윤과정 | Scale-aware mass-flux deep/shallow convection, WRF Double Moment 7-Class(WDM7) microphysics |
| 복사 | Revised RRTMG(RRTMK) |
| 경계층 | Scale-aware non-Local PBL |
| 지표면 | Thermal Diffusion Scheme |