[논문 리뷰] Progress during the NOPP Wave Model Improvement Program

Donald T. Resio, C.H. Vincent외 16명|arXiv (Cornell University)|2019. 08. 09.

Ocean Waves and Remote Sensing참고 문헌 73인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 NOPP 파도 모델 향상 프로그램 하에 깊고 얕은 수심에서의 파도 생성, 소산 및 비선형 상호작용에 대한 향상된 소스 항을 중심으로 풍파 모델링의 발전을 요약한다. 운영 모델에 새로운 물리 모델을 통합함으로써 예측 정확도가 30–50퍼센트 향상되었으며, 이는 파도 예측 정확도 향상에 있어 중대한 진전을 이룩했다.

ABSTRACT

This paper reviews the research activities that were carried out under the auspices of the National Ocean Partnership Program (NOPP) to advance research in wind wave modeling and transfer maturing technologies into operational community models. Primary focus of research activities that were funded under this program was to improve the source terms associated with deep water wind waves with a secondary focus on shallow water processes. While the focus has been on developing capabilities for stochastic phase averaged models, some of the research work reported here also touches on phase resolved models as well as updates that are needed to the classical stochastic equations to be applicable in shallow water conditions. The primary focus is on the development of new source terms to account for wave generation, dissipation and nonlinear wave-wave interactions. A direct result of this program has been the development of new physics packages in operational wave models that have improved forecast skill from 30 to 50 percent. Since this is an overview paper summarizing all the activities that were undertaken under this program, only the major results are presented here. The readers are directed to other publications for more details. The paper ends with a discussion of the remaining major challenges in wind wave modeling, from the larger open ocean scales to the smaller coastal domains.

연구 동기 및 목표

• 파도 생성, 소산 및 비선형 파도-파도 상호작용을 위한 고도화된 소스 항 개발을 통해 풍파 모델링을 향상시키기.
• 운영 파도 모델에서 향상된 물리 모델을 통합하여 깊은 수심과 얕은 수심 환경 모두에서 예측 정확도를 향상시키기.
• 성숙한 연구 기술을 공동 사용 파도 모델로 이행하여 운영용으로 활용하기.
• 특히 얕은 수심 조건에서 고전적 확률적 파도 모델의 한계를 해결하기.
• 해양과 해안 지역의 다양한 척도에서 파도 모델링의 잔여 과제를 식별하고 우선순위를 정하기.

제안 방법

• 바람에 의한 파도 생성 및 파도 소산 메커니즘을 위한 새로운 소스 항 형식 개발.
• 단위 위상 평균 파도 모델에 비선형 파도-파도 상호작용 물리 모델 통합.
• 얕은 수심 영역 적용 가능성을 확보하기 위해 고전적 확률적 파도 방정식의 적응.
• 관측 데이터와 이론적 모델링을 활용한 소스 항 파arameterization의 검증 및 정밀화.
• WAVEWATCH III와 같은 운영 파도 모델에 새로운 물리 패키지 통합.
• 향상된 소스 항을 적용한 확률적 위상 평균 모델링 프레임워크를 활용한 스펙트럼 표현 향상.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 깊은 수심 파도 모델에서 바람에 의한 파도 생성을 더 정확히 어떻게 표현할 수 있는가?
• RQ2 정확한 얕은 수심 파도 예측을 위해 파도 소산 및 비선형 상호작용 항에 어떤 개선이 필요한가?
• RQ3 업데이트된 소스 항이 운영 파도 모델의 예측 정확도 향상에 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 위상 평균 파도 모델은 해안 환경에서의 파도 과정을 더 잘 표현하기 위해 어떻게 확장될 수 있는가?
• RQ5 다양한 척도에서 풍파 예측의 잔여 과학적 및 모델링 과제는 무엇인가?

주요 결과

• 이 프로그램은 운영 모델에서 예측 정확도를 30에서 50퍼센트 향상시킨 새로운 소스 항을 성공적으로 개발하였다.
• 새로운 물리 패키지가 운영 파도 모델에 통합되어 예측 정확도 향상의 명백한 성과를 보였다.
• 소스 항 형식의 발전으로 파도 생성, 소산 및 비선형 파도-파도 상호작용의 표현이 향상되었다.
• 업데이트된 파arameterization을 통해 확률적 파도 모델의 얕은 수심 적용 가능성이 확장되었다.
• 위상 해상도 모델링 접근 방식이 탐색되었으며, 복잡한 파도 역학을 포착하는 데 위상 평균 모델과 보완적 역할을 하는 것으로 나타났다.
• 이 프로그램은 해양의 광범위한 개방 해역과 작은 해안 지역에서 파도 과정 모델링의 지속적인 과제를 식별하였으며, 향후 연구 분야를 명확히 하였다.