[논문 리뷰] A High-Resolution, Wave and Current Resource Assessment of Japan: The Web GIS Dataset

Adrean Webb, Takuji Waseda외 7명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 08.

Geographic Information Systems Studies참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 일본의 해양 재생 가능 에너지 자원을 위한 공개 가능하고 고해상도 웹 지리정보시스템(GIS) 데이터셋을 제시한다. 이 데이터셋은 21년간의 NOAA WAVEWATCH III 파도 시뮬레이션과 10년간의 JCOPE-T 해류 및 수온 모델을 통합하여 제작되었으며, 상호작용 가능한 시각화와 파도, 해류, 열역학적 에너지 밀도, 기후학적 자료 및 통계 분포를 1km 해상도로 다운로드할 수 있도록 한다. 이는 해양 에너지 시설의 위치 선정과 인프라 계획 수립을 지원한다.

ABSTRACT

The University of Tokyo and JAMSTEC have conducted state-of-the-art wave and current resource assessments to assist with generator site identification and construction in Japan. These assessments are publicly-available and accessible via a web GIS service designed by WebBrain that utilizes TDS and GeoServer software with Leaflet libraries. The web GIS dataset contains statistical analyses of wave power, ocean and tidal current power, ocean temperature power, and other basic physical variables. The data (2D maps, time charts, depth profiles, etc.) is accessed through interactive browser sessions and downloadable files.

연구 동기 및 목표

• 일본의 광범위한 해안선 전역에 걸쳐 해양 재생 가능 에너지 자원에 대한 종합적이고 고해상도 평가를 제공하기 위해.
• 파도, 해류, 열역학적 에너지 가용성에 기반하여 최적의 발전기 설치 위치를 식별함으로써 해양 에너지 프로젝트 계획을 지원하기 위해.
• 연구자 및 개발자가 사용할 수 있도록 웹 기반 지리정보시스템(GIS) 플랫폼을 통해 접근 가능하고 상호작용 가능하며 다운로드 가능한 지공간 데이터를 제공하기 위해.
• 장기적이고 고해상도 수치 시뮬레이션을 활용하여 해양 에너지 잠재력 추정의 불확실성을 줄이기 위해.
• 다양한 기후학적 기간(예: 대만-큰물결 경로 대비 비대만-큰물결 경로)을 통해 해양 환경의 극단적이고 계절적인 변동성을 분석할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 1994–2014년 기간 동안 파도 자원 시뮬레이션을 위해 ~1km의 근해 해상도를 달성하기 위해 네 개의 중첩된 격자 시스템을 사용한 NOAA WAVEWATCH III(v4.18)를 활용하였다.
• 파도 파wer 밀도(Pw3)와 스펙트럼 상의 유의 파고(hm0)를 사용하여 도플러 이동 파워 밀도를 적용해 파도 파워 계산에 해류 영향을 통합하였다.
• 2002–2011년 기간 동안 10년간의 해류 및 수온 시뮬레이션을 위해, 47개의 시그마 수준을 가진 1/36° tidal 해상도를 갖춘 JCOPE-T 모델을 JCOPE2 내에 네스팅하여 사용하였다.
• 주요 변수에 대해 기후학적 자료, 표준편차, 최대/최소값, 누적 빈도 분포 등의 통계 출력 자료를 생성하였다.
• THREDDS 데이터 서버(TDS), 지공간 접근을 위한 GeoServer, 그리고 상호작용 가능한 지ap 시각화 및 파일 다운로드를 위한 Leaflet 기반 웹 인터페이스를 통합하였다.
• 연간, 계절별, 대만-큰물결(LM), 비대만-큰물결(NLM) 쿠로시오 경로의 4개 기후학적 기간 동안 9개의 깊이(Dc 및 DT)에 대해 2차원 지도 및 깊이 프로파일을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1km 해상도에서 일본 해안 수역 전역에 걸쳐 파도 파워 밀도의 공간적·시간적 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 해류 속도, 방향 및 안정성은 다양한 지역과 해양 순환 상태(예: 대만-큰물결 대비 비대만-큰물결 쿠로시오)에서 어떻게 변화하는가?
• RQ3 일본에서 해양 열에너지 변환(OTEC)의 잠재력은 어느 정도이며, 특히 다양한 깊이에서의 수온 차이와 파워 밀도 측면에서 어떻게 평가되는가?
• RQ4 파도 및 해류 조건의 극단적이고 계절적인 변동성은 해양 에너지 시설의 신뢰성과 실현 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 상호작용 가능한 웹 기반 지리정보시스템(GIS) 플랫폼은 이해관계자들이 고해상도 해양 재생 가능 에너지 자료에 대한 접근성과 사용성을 얼마나 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 파도 자원 평가 범위는 1994–2014년 기간 동안 21년 간의 데이터를 포함하며, 근해 해상도 1km로 파도 파워 추정의 난수 불확실성을 크게 감소시켰다.
• 파도 파워 밀도(Pw3)는 쿠로시오 해류 근처 지역, 특히 본진도와 큐슈의 태평양 연안에서 최대 15–20kW/m에 이를 수 있다.
• 해류 파워 밀도(Pc)는 쿠로시오 확장부 및 뱅고 해협과 같은 강력한 해류 지역에서 10W/m² 이상을 기록하며, 국소적으로는 최고치가 20W/m²를 초과한다.
• 해양 열에너지 잠재력(PT)은 남부 지역(예: 류큐 열대)에서 가장 높으며, 200m 깊이에서 수온 차이(ΔT20)가 15–20°C이고 최적의 위치에서는 PT 값이 100W/m²를 초과한다.
• 대만-큰물결 쿠로시오 경로(LM)는 비대만-큰물결(NLM) 상태보다 현저히 높은 해류 속도와 파워 밀도를 보이며, 핵심 지역에서 평균 해류 속도의 차이가 1m/s 이상을 초과한다.
• 상호작용 가능한 웹 지리정보시스템(GIS)을 통해 모든 변수에 대해 실시간 2차원 지도, 깊이 프로파일, 시계열 및 통계 분포(예: 동시확률, 누적 빈도)에 접근할 수 있으며, CSV 및 PNG 파일로 다운로드 가능하다.