계측기를 이용하여 강우량관측을 시작한 것은 1441년 세종대왕께서 세계최초로 측우기를 발명하면서부터 이다. 우리나라의 근대적 기상관측은 1904년 목포에 첫 기상관측소가 설립된 이래 약 100년의 역사를 가지고 있으며 관측자가 재래식 관측방법을 이용하여 강수량을 측정해 왔다. 최근 계측기술의 발달에 따라 기상관측도 자동화·무인화 추세이며, 기상청은 1988년부터 ...
계측기를 이용하여 강우량관측을 시작한 것은 1441년 세종대왕께서 세계최초로 측우기를 발명하면서부터 이다. 우리나라의 근대적 기상관측은 1904년 목포에 첫 기상관측소가 설립된 이래 약 100년의 역사를 가지고 있으며 관측자가 재래식 관측방법을 이용하여 강수량을 측정해 왔다. 최근 계측기술의 발달에 따라 기상관측도 자동화·무인화 추세이며, 기상청은 1988년부터 자동기상관측장비(AWS ; Automatic Weather System)를 개발 설치하기 시작하여 전국에 500여대를 설치하여 우량관측 등 기상관측의 자동화 무인화를 추진하고 있다. 또한 기상청 이외의 국가기관이나 지방자치단체 등에서 운영 중인 우량관측소도 전국적으로 2700여 소에 이르고 있다.
우량관측에 사용되는 우량계는 거의 대부분이 전도형 우량계를 사용하고 있으며 특히 자동기상관측장비에 사용되는 우량계는 100% 전도형 우량계를 사용하고 있다. 전도형 우량계는 관측분해능(resolution)에 따라 0.1mm급과 0.5mm급 우량계로 대별되며, 강우강도에 따라 오차특성이 다르게 나타나고 있다. 또한, 기상관측자료는 지구온난화에 따른 기후변화 등을 감시 분석하기 위하여 기상관측자료의 연속성이 매우 중요하다. 그 동안 재래식 우량관측은 관측최소단위를 0.1mm단위로 관측하였으나 최근 자동화 관측장비는 우량관측 최소단위를 0.5mm단위로 관측하게 됨에 따라 관측자료의 연속성 문제가 대두되고 있다, 이를 개선하기 위하여 기상청의 관서용 자동기상관측장비에는 0.1mm급 전도형 우량계와 0.5mm급 전도형 우량계를 각각 1대씩 2대를 탑재하여 우량관측을 하고 있으나 관측자료의 이원화 문제가 발생되고 있다.
본 연구는 우리나라 강우특성을 분석하고, 이론과 실험을 통하여 전도형 우량계의 관측분해능 종류별로 강우강도에 따른 오차특성에 대하여 이론과 실험을 통하여 분석하였으며 그 결과 전도형 우량계는 강우강도가 강할수록 음(-)으로 오차가 커짐을 알 수 있고, 또한 관측분해능이 높을수록 음(-)으로 오차가 커짐을 알 수 있다. 관측분해능 종류별 강우강도에 따른 관측한계점에 대하여 분석한 결과 0.5mm급 전도형 우량계는 강우강도 250mm/h까지 실험 전 구간 기상청 기상측기검정규정의 허용공차 내에 들어 우리나라에서 발생되는 대부분의 강도에 대하여 관측 가능하며, 0.1mm급 전도형 우량계의 관측한계점은 강우강도 50㎜/h까지로 나타나 우리나라 강우특성을 볼 때 약 95%까지 관측이 가능한 것으로 나타났으며, 5%인 집중호우 시 기상재해가 크게 발생되며 이때 허용공차를 초과하게 된다.
따라서 우리나라의 강우특성과 관측자료의 연속성, WMO 권고사항 등을 종합적으로 검토해 볼 때 0.5mm급 전도형 우량계는 관측지침이나 WMO 권고 사항을 충족할 수 없으며, 0.1㎜급 전도형 우량계는 강우강도 50mm/h 이상의 강한비에는 오차가 심하게 발생된다. 따라서 관측한계점이 강우강도가 100mm/h까지 관측 가능한 0.2mm급 전도형 우량계의 현업화를 제안한다. 또한, 전도형 우량계의 오차는 강우강도와 밀접한 관계가 있으므로 기상측기 검정 시 검정강우강도에 따라 합격 또는 불합격의 판정이 달라질 수 있다. 현재 기상청에서 시행하고 있는 우량검정방법을 강우강도를 고려한 검정방법으로 개선하여 국가 우량검정기준을 정립하여야 할 것이다.
계측기를 이용하여 강우량관측을 시작한 것은 1441년 세종대왕께서 세계최초로 측우기를 발명하면서부터 이다. 우리나라의 근대적 기상관측은 1904년 목포에 첫 기상관측소가 설립된 이래 약 100년의 역사를 가지고 있으며 관측자가 재래식 관측방법을 이용하여 강수량을 측정해 왔다. 최근 계측기술의 발달에 따라 기상관측도 자동화·무인화 추세이며, 기상청은 1988년부터 자동기상관측장비(AWS ; Automatic Weather System)를 개발 설치하기 시작하여 전국에 500여대를 설치하여 우량관측 등 기상관측의 자동화 무인화를 추진하고 있다. 또한 기상청 이외의 국가기관이나 지방자치단체 등에서 운영 중인 우량관측소도 전국적으로 2700여 소에 이르고 있다.
우량관측에 사용되는 우량계는 거의 대부분이 전도형 우량계를 사용하고 있으며 특히 자동기상관측장비에 사용되는 우량계는 100% 전도형 우량계를 사용하고 있다. 전도형 우량계는 관측분해능(resolution)에 따라 0.1mm급과 0.5mm급 우량계로 대별되며, 강우강도에 따라 오차특성이 다르게 나타나고 있다. 또한, 기상관측자료는 지구온난화에 따른 기후변화 등을 감시 분석하기 위하여 기상관측자료의 연속성이 매우 중요하다. 그 동안 재래식 우량관측은 관측최소단위를 0.1mm단위로 관측하였으나 최근 자동화 관측장비는 우량관측 최소단위를 0.5mm단위로 관측하게 됨에 따라 관측자료의 연속성 문제가 대두되고 있다, 이를 개선하기 위하여 기상청의 관서용 자동기상관측장비에는 0.1mm급 전도형 우량계와 0.5mm급 전도형 우량계를 각각 1대씩 2대를 탑재하여 우량관측을 하고 있으나 관측자료의 이원화 문제가 발생되고 있다.
본 연구는 우리나라 강우특성을 분석하고, 이론과 실험을 통하여 전도형 우량계의 관측분해능 종류별로 강우강도에 따른 오차특성에 대하여 이론과 실험을 통하여 분석하였으며 그 결과 전도형 우량계는 강우강도가 강할수록 음(-)으로 오차가 커짐을 알 수 있고, 또한 관측분해능이 높을수록 음(-)으로 오차가 커짐을 알 수 있다. 관측분해능 종류별 강우강도에 따른 관측한계점에 대하여 분석한 결과 0.5mm급 전도형 우량계는 강우강도 250mm/h까지 실험 전 구간 기상청 기상측기검정규정의 허용공차 내에 들어 우리나라에서 발생되는 대부분의 강도에 대하여 관측 가능하며, 0.1mm급 전도형 우량계의 관측한계점은 강우강도 50㎜/h까지로 나타나 우리나라 강우특성을 볼 때 약 95%까지 관측이 가능한 것으로 나타났으며, 5%인 집중호우 시 기상재해가 크게 발생되며 이때 허용공차를 초과하게 된다.
따라서 우리나라의 강우특성과 관측자료의 연속성, WMO 권고사항 등을 종합적으로 검토해 볼 때 0.5mm급 전도형 우량계는 관측지침이나 WMO 권고 사항을 충족할 수 없으며, 0.1㎜급 전도형 우량계는 강우강도 50mm/h 이상의 강한비에는 오차가 심하게 발생된다. 따라서 관측한계점이 강우강도가 100mm/h까지 관측 가능한 0.2mm급 전도형 우량계의 현업화를 제안한다. 또한, 전도형 우량계의 오차는 강우강도와 밀접한 관계가 있으므로 기상측기 검정 시 검정강우강도에 따라 합격 또는 불합격의 판정이 달라질 수 있다. 현재 기상청에서 시행하고 있는 우량검정방법을 강우강도를 고려한 검정방법으로 개선하여 국가 우량검정기준을 정립하여야 할 것이다.
The first instrumental measurement of rainfall amount was made by the world's first rain gauge, Chuk-u-gi, which was invented by King Saejong in 1441, and was used until the late 19th century. Since the installation of the first weather station at Mokpo in 1904, The Korea Meteorological Adminstratio...
The first instrumental measurement of rainfall amount was made by the world's first rain gauge, Chuk-u-gi, which was invented by King Saejong in 1441, and was used until the late 19th century. Since the installation of the first weather station at Mokpo in 1904, The Korea Meteorological Adminstration (KMA) has continued rainfall observation with the use of a conventional rain gauge, with which an observer is able to use a scale to measure the rainfall amount in 0.1 mm resolution. With technological advances, the trend in meteorological observation has been the use of unmanned automatic systems, Since 1988, KMA has developed and installed about 500 Automatic Weather Stations (AWSs) for automatic meteorological observations including rainfall amount. Currently, about 2700 rainfall observation stations are in operation under organizations other than KMA, such as local governments, hydrology companies etc.
The tipping-bucket type rain gauge is widely used allover the world for the automatic rainfall observation. In particular, almost all AWSs use the tipping-bucket type gauge for the rainfall observation. The types of tipping-bucket rain gauges can be categorized by the observation resolution, mostly 0.1mm and the 0.5mm class. The early rain gauge used for AWSs had a resolution of 0.5mm, while recent gauges have had resolutions of both 0.1mm and 0.5mm. It is known that the observation errors in the tipping-bucket gauge depend on the resolution. As the systematical consistency in the observation instruments is very important for the detection of climatological variation or global warming, it is very necessary to have consistent instruments for the rainfall observation. Thus, the recent addition of 0.1mm resolution to the AWSs assures consistency, and at the same time, raises issues regarding the two different rainfall amount values.
This study analyzes the characteristics of rainfall in Korea and the error characteristics of the tipping-bucket type rain gauge according to the rainfall intensity. The results show that the tipping-bucket type rain gauge underestimates rainfall amount when the intensity is strong, and the error becomes greater with the increase of the rainfall intensity. Also, the higher resolution, 0.1mm gauge shows a larger negative bias compared to the lower resolution gauge. The 0.5mm resolution rain gauge shows that the observation error is within the allowed error limit of 250 mm/h given by KMA for rainfall intensity, while the 0.1mm resolution rain gauge shows the limit of only 50 mm/h. Thus the 0.5 mm resolution gauge can be used for all rainfall cases occurring in Korea, while the 0.1 mm resolution gauge can be used for 95 % of rainfall cases. As for the remaining 5 %, consisting of cases of heavy rainfall which cause meteorological disasters, the use of the 0.1mm resolution rain gauge is not recommended.
Thus, in view of the results of this study and in consideration of the general rainfall characteristics of the Korean Peninsula and WMO suggestions, the 0.5mm gauge does not satisfy the observation regulations or suggestions, while the 0.1mm gauge has a higher error when the rainfall intensity is more than 50mm/h. I suggest the use of the 0.2 mm resolution raingauge, for which the observation limit is 100mm/h, for operational use. Also, as the tipping-bucket type raingauge is related strongly to the rainfall intensity, the validation results are highly dependent on the intensity used for the validation.
Thus, this studies also suggest modification to current validation procedures in KMA to include the rainfall intensity in the validation procedure.
The first instrumental measurement of rainfall amount was made by the world's first rain gauge, Chuk-u-gi, which was invented by King Saejong in 1441, and was used until the late 19th century. Since the installation of the first weather station at Mokpo in 1904, The Korea Meteorological Adminstration (KMA) has continued rainfall observation with the use of a conventional rain gauge, with which an observer is able to use a scale to measure the rainfall amount in 0.1 mm resolution. With technological advances, the trend in meteorological observation has been the use of unmanned automatic systems, Since 1988, KMA has developed and installed about 500 Automatic Weather Stations (AWSs) for automatic meteorological observations including rainfall amount. Currently, about 2700 rainfall observation stations are in operation under organizations other than KMA, such as local governments, hydrology companies etc.
The tipping-bucket type rain gauge is widely used allover the world for the automatic rainfall observation. In particular, almost all AWSs use the tipping-bucket type gauge for the rainfall observation. The types of tipping-bucket rain gauges can be categorized by the observation resolution, mostly 0.1mm and the 0.5mm class. The early rain gauge used for AWSs had a resolution of 0.5mm, while recent gauges have had resolutions of both 0.1mm and 0.5mm. It is known that the observation errors in the tipping-bucket gauge depend on the resolution. As the systematical consistency in the observation instruments is very important for the detection of climatological variation or global warming, it is very necessary to have consistent instruments for the rainfall observation. Thus, the recent addition of 0.1mm resolution to the AWSs assures consistency, and at the same time, raises issues regarding the two different rainfall amount values.
This study analyzes the characteristics of rainfall in Korea and the error characteristics of the tipping-bucket type rain gauge according to the rainfall intensity. The results show that the tipping-bucket type rain gauge underestimates rainfall amount when the intensity is strong, and the error becomes greater with the increase of the rainfall intensity. Also, the higher resolution, 0.1mm gauge shows a larger negative bias compared to the lower resolution gauge. The 0.5mm resolution rain gauge shows that the observation error is within the allowed error limit of 250 mm/h given by KMA for rainfall intensity, while the 0.1mm resolution rain gauge shows the limit of only 50 mm/h. Thus the 0.5 mm resolution gauge can be used for all rainfall cases occurring in Korea, while the 0.1 mm resolution gauge can be used for 95 % of rainfall cases. As for the remaining 5 %, consisting of cases of heavy rainfall which cause meteorological disasters, the use of the 0.1mm resolution rain gauge is not recommended.
Thus, in view of the results of this study and in consideration of the general rainfall characteristics of the Korean Peninsula and WMO suggestions, the 0.5mm gauge does not satisfy the observation regulations or suggestions, while the 0.1mm gauge has a higher error when the rainfall intensity is more than 50mm/h. I suggest the use of the 0.2 mm resolution raingauge, for which the observation limit is 100mm/h, for operational use. Also, as the tipping-bucket type raingauge is related strongly to the rainfall intensity, the validation results are highly dependent on the intensity used for the validation.
Thus, this studies also suggest modification to current validation procedures in KMA to include the rainfall intensity in the validation procedure.
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