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문제 정의
- 이 연구에서 선정한 지역들은 다양한 지구물리적 스펙트럼을 가진 열대해양으로 직접 관측자료가 희박한 주요 강수 기후 지역이다. 따라서 본 연구는 이 곳에서 TRMM 위성이 추정하거나 관측하는 강수구름 변수인 강수구름의 발생 빈도, 강수유형별 분포, TMI와 PR의 강우강도와 TMI 강우강도 편향 및 PR 강우강도와 운정고도와의 관계 등을 조사할 것이다. 이 연구를 위해 두 독립적 기기인 TMI와 PR의 강우강도를 TMI의 명목상 화소 크기에서 수행함으로써 두 기기의 서로 다른 화소 크기에 따른 불확실성을 제거하였다.
- 각 지역이 서로 다른 면적을 가지고 있기 때문에 위도·경도 10o ×10o 면적 당 발생한 강수 화소들의 수로 변환하였다. 따라서 이 연구에 포함된 표들은 5년 동안 일정 면적 당 발생한 강수구름들에 대한 통계이다.
제안 방법
- , 2007). GPROF V6 알고리즘에 의한 TMI의 강우강도와 이 TMI 화소 안에 포함되는 PR 화소들에 대한 평균 강우강도를 수집하였다. 따라서 이 두 독립적인 기기로부터의 강우 강도를 강수유형별로 서로 비교하였다.
- TMI로부터 추정된 강우강도의 빈도 분포를 분석하기 위해 PR의 강우강도와 함께 비교하였다. 이를 위해 PR의 강우강도를 참값으로 고려하였다(e.
- , 2000). TMI의 명목상 위성 발자국 안에 포함된 모든 PR 화소들의 수에 대한 PR의 대류형 강수(2A23 산출물에서 200-291의 범위 안에 있는) 화소 수의 비율을 구하였다. 이 비율은 TMI의 명목상 면적에 대한 대류형 강수의 면적 비율을 나타내는 것으로 TMI 화소의 강수유형을 나타내는 대류면적분수 (Convective Area Fraction, ConvF)로 정의할 것이다 (Olson et al.
- TRMM 위성의 두 독립적인 기기인 마이크로파센서 TMI와 강수레이더 PR을 통해 추정된 지표에서의 강우강도를 비롯한 강수 관련 변수들을 조사함으로써 주요 열대해양에서의 강수계의 특성 및 강우강도의 추정에 있어서의 편향을 분석하였다. 이 연구에서 선정된 해양들은 비교적 비슷한 지구물리적 환경을 가진 서태평양, 동태평양과 대서양의 열대지역에 위치한다.
- 각 지역의 해양에서 TMI로부터 추정된 강수가 있는 화소들을 세 가지 강수유형별로 분류하였다. 이 연구에서 선정된 네 곳의 지역들은 거의 육지를 포함하고 있지 않는 해양들로 구성되어 있어서 각 지역이 포함하고 있는 육지 면적은 고려하지 않았다 (Fig.
- GPROF V6 알고리즘에 의한 TMI의 강우강도와 이 TMI 화소 안에 포함되는 PR 화소들에 대한 평균 강우강도를 수집하였다. 따라서 이 두 독립적인 기기로부터의 강우 강도를 강수유형별로 서로 비교하였다.
- 이 연구를 위해 두 독립적 기기인 TMI와 PR의 강우강도를 TMI의 명목상 화소 크기에서 수행함으로써 두 기기의 서로 다른 화소 크기에 따른 불확실성을 제거하였다. 또한 TMI의 명목상 화소 크기마다 강수유형을 규정함으로써 다른 연구와는 달리 강수유형별로 강수구름 변수들을 비교하였다. 특히 강우강도의 체계적 편향과 열대해양에서의 강수계 특성의 관련성을 조사하는 것은 TMI 강수 추정 알고리즘의 개선 방향성을 설정하는데 매우 중요한 기반 연구가 될 것으로 사료된다.
- 선정된 지역들에서 TMI-강우강도와 PR-강우강도를 비교하기 위해서 해상에서의 화소(pixel)들만을 수집하여 두 기기 사이의 일치점(collocation)을 다음과 같이 찾았다.
- , 2006). 이 TMI의 명목상 면적에서 TMI 강우강도가 0 mm/h 보다 큰 화소에 대해서 이 면적 안에 들어오는 PR 화소들을 수집하여 PR의 강우강도를 평균하였다. 즉, PR의 화소 크기는 수평적으로 약 4.
- 이 데이터베이스에 기반을 두고 위성으로부터 관측된 TMI의 밝기온도를 베이시언 정리를 이용하여 역전환(inversion)함으로써 지상의 강우강도뿐만 아니라 대기수상체와 잠열의 연직 구조를 물리 · 통계적으로 추정하였다(e.g., Smith et al., 1994; Kummerow et al., 1996; Olson et al., 1999).
- 이 두 관계는 고도에 따라 강우강도가 느리게 증가하는 방향과 빠 르게 증가하는 방향이다. 이 두 개의 뚜렷한 관계를 NWP지역의 대류형과 혼합형에 대해 각각 실선과 파선으로 표현하였다(Fig. 4). 전자는 대류운 내의 강한 상승운동으로 인해 연직방향으로 크게 팽창하는 발달 단계이며, 구름 내의 수적체들이 형성되는 시기로 아직 하강하는 강수 입자들이 적은 단계이다.
- 따라서 본 연구는 이 곳에서 TRMM 위성이 추정하거나 관측하는 강수구름 변수인 강수구름의 발생 빈도, 강수유형별 분포, TMI와 PR의 강우강도와 TMI 강우강도 편향 및 PR 강우강도와 운정고도와의 관계 등을 조사할 것이다. 이 연구를 위해 두 독립적 기기인 TMI와 PR의 강우강도를 TMI의 명목상 화소 크기에서 수행함으로써 두 기기의 서로 다른 화소 크기에 따른 불확실성을 제거하였다. 또한 TMI의 명목상 화소 크기마다 강수유형을 규정함으로써 다른 연구와는 달리 강수유형별로 강수구름 변수들을 비교하였다.
- 절에서는 4개 지역에서의 각 강수유형의 발생빈도와 TMI와 PR로부터 추정된 강우강도의 크기 및 분포의 특성을 강수유형별로 조사하였으며, 이를 통해 각 지역에서의 강수계의 특성 및 강우강도 추정에 있어서의 편향을 분석하였다.
- 한편 운정고도에 따른 강우강도 사이의 관계를 선형적으로 살펴보았다. Fig.
대상 데이터
- 1. Map of oceanic regions used in this study including: the northwest Pacific (NWP), east Pacific (EP), southwest Pacific (SWP), and tropical Atlantic (TA).
- 이 연구에서 사용된 TMI의 강우강도는 TRMM GPROF 알고리즘 V6의 산출물로 2002년부터 2006년까지 5년간의 자료이다. TMI 강우강도는 해상보다 육상에서 큰 불확실성을 갖고 있기 때문에 이 연구는 해상에서 추정된 강우 강도만을 사용하였다.
- 열대해양에서의 TMI와 PR의 강수 특성을 파악하기 위해 열대지역에 위치하는 4개의 해양을 선정하였다. 이 들은 각각 열대 북서태평양(the northwest Pacific, NWP), 남서태평양(the southwest Pacific, SWP), 동태평양(the east Pacific, EP)과 대서양(the tropical Atlantic, TA)이다(Fig.
- 5 km마다 샘플링을 하며, 85 GHz를 제외한 모든 채널들은 매 9 km마다 샘플링을 하고 있다. 이 연구에서 사용된 TMI의 강우강도는 TRMM GPROF 알고리즘 V6의 산출물로 2002년부터 2006년까지 5년간의 자료이다. TMI 강우강도는 해상보다 육상에서 큰 불확실성을 갖고 있기 때문에 이 연구는 해상에서 추정된 강우 강도만을 사용하였다.
- , 2000). 이 연구에서 사용된 TRMM PR 산출물은 TMI와 같은 기간의 2A25(corrected radar reflectivity)와 2A23(rain types) 이며, 2A25의 지표근처 강우강도를 지표의 강우강도로 사용하였다.
- 이 연구에서 선정된 해양들은 비교적 비슷한 지구물리적 환경을 가진 서태평양, 동태평양과 대서양의 열대지역에 위치한다. 이 연구에서 사용한 TRMM의 산출물은 2002 년부터 2006년까지 5년 동안의 2A12, 2A23와 2A25 로부터의 강수유형, 강우강도, 강수화소의 발생 빈도수, 운정고도 등이다.
- TRMM 위성의 두 독립적인 기기인 마이크로파센서 TMI와 강수레이더 PR을 통해 추정된 지표에서의 강우강도를 비롯한 강수 관련 변수들을 조사함으로써 주요 열대해양에서의 강수계의 특성 및 강우강도의 추정에 있어서의 편향을 분석하였다. 이 연구에서 선정된 해양들은 비교적 비슷한 지구물리적 환경을 가진 서태평양, 동태평양과 대서양의 열대지역에 위치한다. 이 연구에서 사용한 TRMM의 산출물은 2002 년부터 2006년까지 5년 동안의 2A12, 2A23와 2A25 로부터의 강수유형, 강우강도, 강수화소의 발생 빈도수, 운정고도 등이다.
성능/효과
- 비대류형에서 이러한 과대 추정의 원인을 다음과 같이 추론할 수 있다. (1) PR이 탐지할 수 있는 강우강도가 약 0.5-0.7 mm/h 이상이기 때문에 이 값 이하의 강우강도를 탐지하지 못해서 나타나는 결과이다. (2) TMI의 알고리즘 내부의 사전데이터베이스의 문제일 수 있다.
- PR이 본 운정고도는 해수면 온도가 가장 높은 곳에 위치한 NWP와 SWP에서 가장 높았으며, EP와는 약 500 m의 차이를 나타냈다. 운정고도와 강우강도 사이의 관계도 조금씩 다르게 나타났다.
- , 2007). 각 강수유형에 대해서 TMI와 PR의 평균 강우강도 값 사이에 큰 차이가 있음을 발견하였 다. 각 지역의 TMI와 PR의 강우강도의 상대 및 누빈도 분포의 주요 특징이 비슷하기 때문에 Fig.
- 각 유형별 평균 강우강도에서 동태평양이 대류형과 혼합형에 대해 가장 강한 강우강도를 가졌으며, 전체적으로는 대서양이 가장 강한 강우강도를 보였다. 한편 PR의 강우강도를 참값으로 볼 때 해수면의 온도가 가장 낮은 EP 지역에서 강우강도가 비교적 높게 나타남으로써 다른 어느 지역보다도 TMI 강우강도의 편향이 크게 나타났다.
- 1). 이들 4개의 해양에서의 서로 다른 열역학적 환경과 대규모의 강제력 등은 구름 특성에 있어서 다양한 지역적 특성을 잘 대표하는 것으로 보여진다. 한편 북서태평양과 남태평양은 두 지역 모두 온난 해수역에 위치하며 열대수렴지역에 해당하지만 SWP는 남태평양수렴지역에 위치하는 곳으로 NWP와는 다르게 거대한 몬순시스템에 의해 강한 영향을 받는 곳으로 알려져 있다(Vincent et al.
- 3 km)에 기초하여 강수유형을 대류형과 비대류형으로 분류하였다. 이들의 결과는 동태평양에서 대류형과 비대류형의 강수유형의 비율이 각각 46%와 54%를, 서태평양에서는 각각 55%와 45%를 차지하고 있으며, TMI의 명목상 화소 크기에서의 결과와는 상당히 다르다. 비록 두 연구 결과가 대류형과 비대류형의 비율의 크기에 있어서 서로 다르지만 두 결과 모두 동태평양이 서태평양에 서보다 비대류형으로 분류되는 강수구름이 더 많은 것에 일치하고 있다.
- TMI의 강우강도의 편향은 강수유형과 지역에 따라 매우 다르게 나타났다. 즉, 대류형과 비대류형에서 각각 음과 양의 체계적 편향을 지니면서 강수유형별로 매우 다르게 나타났다. 이러한 서로 다른 부호 사이의 상쇄로 인해 18-36%의 편향을 보였다.
- 각 유형별 평균 강우강도에서 동태평양이 대류형과 혼합형에 대해 가장 강한 강우강도를 가졌으며, 전체적으로는 대서양이 가장 강한 강우강도를 보였다. 한편 PR의 강우강도를 참값으로 볼 때 해수면의 온도가 가장 낮은 EP 지역에서 강우강도가 비교적 높게 나타남으로써 다른 어느 지역보다도 TMI 강우강도의 편향이 크게 나타났다. TMI의 강우강도의 편향은 강수유형과 지역에 따라 매우 다르게 나타났다.
후속연구
- 또한 TMI의 명목상 화소 크기마다 강수유형을 규정함으로써 다른 연구와는 달리 강수유형별로 강수구름 변수들을 비교하였다. 특히 강우강도의 체계적 편향과 열대해양에서의 강수계 특성의 관련성을 조사하는 것은 TMI 강수 추정 알고리즘의 개선 방향성을 설정하는데 매우 중요한 기반 연구가 될 것으로 사료된다.
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