한반도 중심 영역의 격자간격을 촘촘히 구성한 격자 체계를 바탕으로 분광요소 방법을 활용하여 유체역학 방정식의 수치 해를 구하게 됩니다. 수평 격자 간격을 스톰규모(단위 적운세포)로 좁혀가고, 대기권 상층의 중간대기를 포함하면서 연직층수를 늘려가면서 수치 해의 정확성, 안정성을 실험합니다. 물리량이 보존되면서도 시간 적분간격을 늘려 갈 수 있는 경제적인 수치 계산 알고리즘을 개발하고, 다른 협업기관의 수치계산 방법과 특성을 비교합니다. 전통적인 둥지격자 체계와 특성을 비교하여, 예보 현장의 전산자원 환경에 적합한 격자체계를 구축하고, 단계적 발전 방향을 제시합니다.

수 km부터 수십 km까지 다양한 해상도의 물리현상을 모의할 수 있는 물리과정을 개발합니다. 특히 고해상도에 맞게 상세 모의할 수 있는 복사 물리과정과 구름미세물리과정을 개발합니다. 한국형수치예보모델 물리과정의 기반 위에서 수평 격자 규모에 따라 탄력적으로 적용가능한 적운, 경계층, 중력파 항력 물리과정을 각각 개발합니다. 민감도 실험을 통해 물리과정 간 균형을 이루면서도 모델 성능을 높일 수 있도록 최적의 매개변수를 선정합니다. 고해상도 물리과정을 균일 격자와 가변 격자에 각각 적용하여 특성을 비교하고, 예보 현장의 전산자원 환경에 적합한 물리과정을 구축하며, 단계적 발전 방향을 제시합니다.

단중기 수치예보가 초기치 문제인 반면, 장기예보는 경계조건과 물리과정의 영향을 많이 받는 문제입니다. 단중기에서 연장중기까지 예측 기간을 확장하려면, 초기 및 경계조건, 그리고 물리과정을 모두 고려해야합니다. 지면과 해양 경계모델을 대기 모델과 결합하여 토양과 식생, 해양 표층과 해빙이 각각 대기에 주거나 받는 열과 수증기의 교환 과정을 모의합니다. 민감도 실험을 통해 대기모델과 경계모델 간 균형을 이루면서도 결합 모델의 성능을 높일 수 있도록 각종 매개변수를 최적으로 보정하고, 방안을 개발합니다. 예보 현장의 전산자원 환경에 적합한 결합모델 체계를 구축하고, 단계적 발전 방향을 제시합니다.

앙상블은 복수의 모델 예측 시나리오의 모임으로, 모델의 초기조건과 물리과정의 불확실성을 대변합니다. 앙상블 자료를 분석하면 시시각각 달라지는 모델의 오차 상관행렬을 구할 수 있습니다. 여기에 관측과 관측오차를 감안하여 변분법을 통해 최적의 모델 초기장을 만드는 과정이 앙상블 기반 하이브리드 자료동화입니다. 결합 모델에도 동일한 방식으로 접근하지만, 결합모델을 구성하는 경계모델은 각각 시공간적 특성 규모가 다르므로 다른 처방이 필요합니다. 먼저 경계모델별로 독립적인 자료동화를 수행하고, 다음 단계에서는 결합 모델을 이용하여 관측증분을 계산하며, 경계모델별로 관측증분을 분석에 반영하는 방법론을 정립합니다. 예보 현장의 전산자원 환경을 고려한 결합 자료동화 체계를 구축하고 단계적 발전 방향을 제시합니다.