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문제 정의
- 우리 나라에서는 1998년에 처음으로 디지털 자료를 생산한 이후 우량계를 이용하여 멱급수 형태의 Z-R 관계식에서 계수 A와 b를 보정하는 연구가 최근에 이루어지고 있으나 통계적 기법을 이용한 Ze- R 곤 산출은 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서 관악산 레이더를 이용하여 관측 영역 내에 통계학적 Ze R 괸- 게식을 산출하고 멱급수 형태의 관계식과의 비교 분석을 통한 정량적인 특성을 살펴보았다
- 본 연구는 3개월 동안 추출된 자료를 모두 이용하여 Ze-R 관계식을 구한 것이므로 WPMM 방법을 이용하여 구한 Ze R 관계식이 자료 추출 기간게 얼마나 영향을 받는가를 알아보기 위하여 6워 7원 8월에 대해 각각의 Ze R 관계식을 구해 3개월 동안 자료를 이용하여 구한 Ze-R 관계식과 비교하여 보았으며 -1 결과는 Fig. 9에 나타내었다. 월별 Ze-R 관계식에서 강수가 내리기 시작하는 반사도는 6월에 20dBZ, 7월에 15dBZ로 월별로 최대 5dBZ 정도의 차이가 나는 것으로 조사되었다.
제안 방법
- 1998년 6월부터 8월까지 여름천에 관악산 레이더 (DWSR-C)와 레이더 중으로-부터 반경 150ks 내에 포함된 우량계 1분 강우강노 자표를 이용하여, 통계적 방법인 장기간 동안 관측된 거]이더 반사도 와우냥게 강수냥 R의 확률 분포를 이용하여 확률이서:Z 인치히는 지심을 대응시켜는 WPMM 방법과 현업에서 시용되고 있는 며급수 형태의 Ze R 관계식인 Z=200l기" 과 비교하여 레이너 깅-수량의 개선 여부를 살펴보았다.
- 레이더 강수량 산출은 매 10분마다 관측된 6회의 반사도를 각각 Zt.-R 관계식에 대입하여 강수량(mm/hr)으로 전환한 후 이를 산술 평균하였다. Fig.
- Zt.-R 관계식을 구하기 위하여 1998년 6월 1일부터 8월 31일까지 관측된 레이더 및 우량계 자료를 이용하여 여름철 강수의 보편적인 Ze-R 관계식을 도출하였다
- WPMM 방법으로 구한 레이더 강수량이 실제 강수량에 얼마나 근접한지를 조사하고 Z=200RL6식으로 부터 구한 레이더 강수량과의 차이는 얼마인지를 알아보기 위하여 여름철 호우가 주로 발생하는 경기 북부 철원과 연천 두 지방을 대상으로 강수량을 비교하였다. 레이더 강수량 산출은 매 10분마다 관측된 6회의 반사도를 각각 Zt.
- 6 과 7에 나타내었다. 가로축은 각각 강우강도(mm/hr)와 반사도dBZ)를 나타낸 것이며 두 변수 모두 0.1 간격으로 나누어 빈도를 구하였다. 3개월 동안 우량계로부터 추출한 강우강도 데이터를 분석하면 강수가 관측되지 않은 경우가 90%이고 비가 온 경우는 총 데이터 의약 10%를 차지하는 것으로 조사되었다 비가 온 경우 가장 빈번하게 관측되는 강우강도는 1.
- 레이더를 중심으로 150km 내에 우량계가 존재하는지 점들의 강우강도(R)와 상층 레이더 반사도(Ze)를 추출하여 빈도 분포를 구하였으며, 그 분포는 각각 Fig. 6 과 7에 나타내었다. 가로축은 각각 강우강도(mm/hr)와 반사도dBZ)를 나타낸 것이며 두 변수 모두 0.
대상 데이터
- Fig. 14에서는 1998년 6윌에서 8원 사이의 자료를 이용하여 구한 WTMM 관계식이 디른 해 여르에도 적용 가능한지에 내해 알아보기 위하어 다음- 해인 1999 닌 8월 1인에 발생한 강수 사례에 같은 지역을 대상으로 적용하여 보았다. Z=200R 시은 여전히 괴츠 강수량에 비해 과소 평가 되고 있는 깃을 안 수 있으며 WPMM의 경우는 강수량이 시간당 lOmnVhr 이하일 때에는 강우깅노에 비해 다소 과대 평가되고 있으나 강수량이 증가할 경우애드 기의 일지하는 경향을 보였" 1998년과는 달리 두 방법 모두 신제 강수냥과의 변농패턴은 유사하게 나타났다.
- ZeR 관계식을 산출하기 위해 사용된 레이더는 관 익산 도플러 레이더(C밴드, 126.57° E, 36.26° N) 이며자세한 제원은 Table 1과 같다.
- 2에서와 같이 레이더 부근의 비강수성 반점들이 잘 제거되었음'을 알 수 있다. 강우강도 자료는 관악산 레이더 사이트를 중심으로 반경 150km이내에 포함되어 있는 141개 지점의 우량계에서 1 분 단위로 생산되는 강우 강도 값을 이용하였다
- 관악산 레이더는 I기국 EEC(Enterprise Entertainment Company)사에서 제작된 DWSR-88C의 일종이며 10분마다 5개 고도각의 볼륨 자료를 생산하며 괸측 반깅은 240km이다. 레이더 자료는 강수 및 거리에 의한 감쇄 효과가 나타니므;, , 강수량 신정시 레이더를 중시으로 반경 150km 이내의 자교만을 활용하였고 고도 L5km의 자료를 이용하여 강수량을 추출하였다.
- 괸측 반깅은 240km이다. 레이더 자료는 강수 및 거리에 의한 감쇄 효과가 나타니므;, , 강수량 신정시 레이더를 중시으로 반경 150km 이내의 자교만을 활용하였고 고도 L5km의 자료를 이용하여 강수량을 추출하였다. 레이더 원시 자료는 강수 에코.
이론/모형
- 강우강도와 반사도의 H도 분포를 바탕으로 각 변수의 발생 히률을 지하여 발-생 확률이 같은 지접을 시 연결시키는 WPMM 방법을 이용하여 Ze R 과계를 -T-하였으며 :L 셜괴를 look up tabic로 간략하게 나타내면 Table 2와 같고 연속적으로 표현한 그래프 Fig. X과 같다
- 성분만이 아니라 지형 에코, 이상 에코, 잡음 등이 포함되어 있으므로 레이너 반사도를 강수량으로 전환하고자 할 경우 품질 검사가 필수적이다{기상연구소 1996). 품질 검사는 레이더가 감지하는 강수에코의 보편적인 특징을 바탕으로 강수 에코의 높이와 반사도에 대해 몇 기지의 임계값을 정해 주어 조건을 만족시키지 못할 경우 비강수 에코로 분류되는 원리이며 본 연구에서 사용된 품질 검사알고리즘은 Rosenfeld et al.(1995a)에 의해 제시된 방법을 사용히였으며, 이는 TRMM 강수 레이더의 지상 거증 프로그램으노 활용되고 있다 Fig.
성능/효과
- 12와 13을 비교하여 보면. 두 방법 모두 디)부부의 지역에서 레이너 강수량이 괴소 평가 뇌고 있* 것을 볼 수 있으나 WPMM 빙법이 Z=200R"식보다 + 5mm내로- 차이 나는 지역이 다소 적어 실제 강빙께 근집하는 것으로 나타났으나 상대적으로 과대 평가히는 지점노 나다나느깃을 볼 수 있었다.
- 빈겅 150km 내에 포함되는 우량계들의 3개월 누적강수량의 합은 32.022mm이 Z=200R’"식에 의한 레이더 강수량은 14, 090mm로 실제 강수량의 44%를, WPMM 방법에 의한 경우 25, 618mm로 괸측치의 &)%까지 추정하는 것으보 나타나 넓은 면적을 대상으로 장기간의 누적 강수량을 산출할 때는 WPMM의 방법을 이용하는 것이 보다 정확한 깂을 나타내는 것으무 핀난되었다. 이-;식을 통해 리너 강수링을신출하는 깅우는 거의 모든 지점에서 실제 강수댱에 비해 과소 평가뇌는 반면, WPMM 방법의 경우 과소 평기뇌느 지점과 과내 평가되는 지점이 서로 상쇄되어 실제 싱-수링께 섭함을 안 수 있었다(Fig.
- (1) WPMM 에 의해 해진 Z R 관계식은 log (Z)-log(R) 좌표계에서 곡선 형태로 나타나 모든 간에서 일률적인 함쉬.Z=ARb)가 적용 뇌는 며급수 형태의 시괴-는 달리 강우 강도에 따라 디른 관계식이 적용되는 싯으로 나티났다;
- (3) 월별 자료를 이용하여 매월의 Ze-R 관계식을 비교 분석한 결과 월별로 강우가 내리기 시작하는 반사도는 최대 5dBZ 내에서 변동을 보였고 강우 강도에 따라 약간씩 차이가 있는 것으로 나타났다.
- (4) 모든 우량계에 누적된 강수량의 합과 같은 기간에 대해 Ze- R 관계식에 의한 레이더 누적 강수량의 합을 비교하여 본 결과, Z=200R1(> 식에 의한 레이더 누적 강수량은 우량계 누적 강수량의 44%를 나타내는데 비해 "MM에 의해 산출된 누적강수량은 우량계 누적 강수량의 80% 를 나타내고 있어 넓은 지역의 누적 강수량 산정 시 WPMM 관계식을 사용하는 것이 보다 더 나은 것으로 사료된다
- (5) 우량계와 레이더 누적 강수량간의 상관관계에서 Z=200R1, ; 식과 레이더 누적강수량괴는 상관계수가 0.63 인 반면, WPMM 방법과는 상관계수가 0.68로 나타났다.
- (6) Z=200R16 식을 이용한 러더 강수량 추정은 거의 모든 지역에서 강수량이 과소 평가되는 반면 의 경우는 과대 평가되는 경우와 과소 평가되는 경우로 각각 다르게 나타났다.
- MPMM에 의한 Zt.-R 관계식을 살펴보면 22.4dBZ에서 비가 내리기 시작하며 23dBZ 이하일 경우 Z=200R16 AWMM에 의한 것보다 더 많은 강수량을 산출하는 반면 23~58dBZ 구간에서는 에 의한 결과보다 더 많은 레이더 강수량을 산출하는 것으로 조사되었다 40dBZ에서 두 식에 의한 레이더 강수량은 WPMM 방법에서는 시간당 67.5mm를, Z=200R에서는 로 나타나 깅수량의 차이가 가장 큰 것으로 나타났다.
- 1 간격으로 나누어 빈도를 구하였다. 3개월 동안 우량계로부터 추출한 강우강도 데이터를 분석하면 강수가 관측되지 않은 경우가 90%이고 비가 온 경우는 총 데이터 의약 10%를 차지하는 것으로 조사되었다 비가 온 경우 가장 빈번하게 관측되는 강우강도는 1.6mm/hr인 것으로 나타났고 강우강도가 클수록 관측 횟수가 지수적으로 감소하는 경향을 볼 수 있었으벼, 20mm/hr이 넘는 경우는 거의 드문 것으로 나타났다. Fig.
- 월별 Ze-R 관계식에서 강수가 내리기 시작하는 반사도는 6월에 20dBZ, 7월에 15dBZ로 월별로 최대 5dBZ 정도의 차이가 나는 것으로 조사되었다. 3개월 동안 추출된 모든 자료를 이용하여 산출된 Ze R 관계식은 강수량이 25mm 이하인 경우에는 7월의 관계식과 유사하나 25mm 이상인 경우는 8월의 관계식과 유사한 경향을 보였다. 이와 같이 자료의 추출기간에 따라 Ze-R 관계식이 서로 다른 이유는 추출기간 동안 내린 강수의 유형이 서로 다르기 때문인 것으로 판단되며 WPMM 방법을 사용할 경우 이런 문제를 해결하기 위해 강수 유형을 분류하여 Ze-R 관계식을 구하는 것이 바람직할 것으로 판단된다
- WPMM 관계식에 의해 추징뇌는 Rradar 와 #를 비교하면 누적 강수량이 150mm 이하인 지점에서는 우냥계 강수량보다 괴대 평가되는 경향을- 보이느 반긴 누식강수냥이 150mm 보나 커실수록 니소 과소 평가되는 경향으로 바었다. R, 와 Re의 상관관게를 조사한 결과 Z=200Rm식의 경우, 상관계수가 0.63으로 니티났고 WPMMe 0.68로 약간 높게 나타났으나 큰 차이는 없는 것으로 조사뇌었다.
- 조사되었으녀. 두 방법에서 구한 레이더 강수량의 차이는 40dBZ 부근에서 가상 큰 깃으로 나타났다
- 7은 관악산 레이더가 관측한 반사도의 빈도 분포를 나타낸 것으로 가장 빈번히 관측된 반사도는 약 15dBZ 부근인 것으로 나타났고 중심 축에서 멀어질수록 관측 횟수가 감소해 강우강도와 유사한 분포 양상을 보였으벼, 45dBZ 를넘는 반사도는 거의 관측되지 않는 것으로 조사되었고 또한 15dBZ 이하에서는 이웃한 계급간에 빈도의 변동 폭이 커 이중적인 빈도 분포 양상을 띄는 불안정성을 보였는데 이에 관해서는 많은 양의 자료 확보를 통해 객관적으로 재분석되어야 할 것이다. 최다 빈도를 가지는 15dBZ를 현재 우리나라 레이더의 Z-R 관계식인 Z=2CiORL6식에 대입하여 강수량으로 환산하면 시간당 03mm의 강수량이 산출되고 관측된 반사도 중 비교적 높은 값에 속하는 4&1BZ를 레이더 강수량으로 환산하면 시간당 23.7mm 정도의 강수량이 산출되는 것을 알 수 있다. 그러나 실제 여름철에 시간당 50mm 이상의 강수가 내리는 사례가 적지 않음을 감안하면 현재 우리나라 현업용 관계식 Z=200R"'식은 강수냥을 과소 평가하는 문제점을 가지고 있으므로 계수 200과 1.
후속연구
- 6mm/hr인 것으로 나타났고 강우강도가 클수록 관측 횟수가 지수적으로 감소하는 경향을 볼 수 있었으벼, 20mm/hr이 넘는 경우는 거의 드문 것으로 나타났다. Fig. 7은 관악산 레이더가 관측한 반사도의 빈도 분포를 나타낸 것으로 가장 빈번히 관측된 반사도는 약 15dBZ 부근인 것으로 나타났고 중심 축에서 멀어질수록 관측 횟수가 감소해 강우강도와 유사한 분포 양상을 보였으벼, 45dBZ 를넘는 반사도는 거의 관측되지 않는 것으로 조사되었고 또한 15dBZ 이하에서는 이웃한 계급간에 빈도의 변동 폭이 커 이중적인 빈도 분포 양상을 띄는 불안정성을 보였는데 이에 관해서는 많은 양의 자료 확보를 통해 객관적으로 재분석되어야 할 것이다. 최다 빈도를 가지는 15dBZ를 현재 우리나라 레이더의 Z-R 관계식인 Z=2CiORL6식에 대입하여 강수량으로 환산하면 시간당 03mm의 강수량이 산출되고 관측된 반사도 중 비교적 높은 값에 속하는 4&1BZ를 레이더 강수량으로 환산하면 시간당 23.
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