본 연구는 위성으로부터 유도된 강우자료 중 GPM IMERG의 정확도를 평가함으로써 미계측 혹은 비접근 지역에 대한 적용성을 판단하는 것을 목적으로 하였다. 연구대상 유역은 한반도 전역에 대하여 6개 권역으로 구분하여 분석을 수행하였다. 연구 유역에 대한 강우자료는 기상청에서 생산하고 있는 ASOS의 강우량 자료와 IMERG 위성강우자료를 이용하였다. 1시간의 시간해상도에서 평균 0.46의 상관계수를 가지며 24시간 해상도의 상관분석에서는 0.69로 높은 상관관계를 보이는 것으로 분석되었다. IMERG 강우량은 지상계측 강우량 보다 과소추정되는 것으로 분석되었으나, 시간 해상도가 낮아질수록 편이가 감소하는 것으로 분석되었다. 한편, 강우가 큰 기간의 사상 2개를 선정하여 분석한 결과 1시간 해상도의 상관계수는 0.68 및 0.69 값을 나타내었다. 또한 강우의 공간분포도 ASOS 및 IMERG 모두 유사한 분포를 보이는 것으로 분석되었다. 그러므로 IMERG 자료는 계측자료가 부족하거나 접근이 어려운 지역에서의 수문 기상 특성을 파악하는데 매우 유용할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 분석기간의 확장과 다양한 통계 분석 방법을 적용하여 위성강우의 정확도를 검증하는 연구를 수행할 계획이다.
본 연구는 위성으로부터 유도된 강우자료 중 GPM IMERG의 정확도를 평가함으로써 미계측 혹은 비접근 지역에 대한 적용성을 판단하는 것을 목적으로 하였다. 연구대상 유역은 한반도 전역에 대하여 6개 권역으로 구분하여 분석을 수행하였다. 연구 유역에 대한 강우자료는 기상청에서 생산하고 있는 ASOS의 강우량 자료와 IMERG 위성강우자료를 이용하였다. 1시간의 시간해상도에서 평균 0.46의 상관계수를 가지며 24시간 해상도의 상관분석에서는 0.69로 높은 상관관계를 보이는 것으로 분석되었다. IMERG 강우량은 지상계측 강우량 보다 과소추정되는 것으로 분석되었으나, 시간 해상도가 낮아질수록 편이가 감소하는 것으로 분석되었다. 한편, 강우가 큰 기간의 사상 2개를 선정하여 분석한 결과 1시간 해상도의 상관계수는 0.68 및 0.69 값을 나타내었다. 또한 강우의 공간분포도 ASOS 및 IMERG 모두 유사한 분포를 보이는 것으로 분석되었다. 그러므로 IMERG 자료는 계측자료가 부족하거나 접근이 어려운 지역에서의 수문 기상 특성을 파악하는데 매우 유용할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 분석기간의 확장과 다양한 통계 분석 방법을 적용하여 위성강우의 정확도를 검증하는 연구를 수행할 계획이다.
The purpose of this study was the assessment of the accuracy of Global Precipitation Measurement (GPM) Integrated Multi-Satellite Retrievals for GPM (IMERG), a rainfall data source derived from satellite images, for evaluation of its applicability to use in ungauged or inaccessible areas. The study ...
The purpose of this study was the assessment of the accuracy of Global Precipitation Measurement (GPM) Integrated Multi-Satellite Retrievals for GPM (IMERG), a rainfall data source derived from satellite images, for evaluation of its applicability to use in ungauged or inaccessible areas. The study area was the overall area of the Korean peninsula divided into six regions. Automated Surface Observing System (ASOS) rainfall data from the Korean Meteorological Administration and IMERG satellite rainfall were used. Their average correlation coefficient was 0.46 for a 1-h temporal resolution, and it increased to 0.69 for a 24-h temporal resolution. The IMERG data quantitatively estimated less than the rainfall totals from ground gauges, and the bias decreased as the temporal resolution was decreased. The correlation coefficients of the two rainfall events, which had relatively greater rainfall amounts, were 0.68 and 0.69 for a 1-h temporal resolution. Additionally, the spatial distributions of the ASOS and IMERG data were similar to each other. The study results showed that the IMERG data were very useful in the assessment of the hydro-meteorological characteristics of ungauged or inaccessible areas. In a future study, verification of the accuracy of satellite-derived rainfall data will be performed by expanding the analysis periods and applying various statistical techniques.
The purpose of this study was the assessment of the accuracy of Global Precipitation Measurement (GPM) Integrated Multi-Satellite Retrievals for GPM (IMERG), a rainfall data source derived from satellite images, for evaluation of its applicability to use in ungauged or inaccessible areas. The study area was the overall area of the Korean peninsula divided into six regions. Automated Surface Observing System (ASOS) rainfall data from the Korean Meteorological Administration and IMERG satellite rainfall were used. Their average correlation coefficient was 0.46 for a 1-h temporal resolution, and it increased to 0.69 for a 24-h temporal resolution. The IMERG data quantitatively estimated less than the rainfall totals from ground gauges, and the bias decreased as the temporal resolution was decreased. The correlation coefficients of the two rainfall events, which had relatively greater rainfall amounts, were 0.68 and 0.69 for a 1-h temporal resolution. Additionally, the spatial distributions of the ASOS and IMERG data were similar to each other. The study results showed that the IMERG data were very useful in the assessment of the hydro-meteorological characteristics of ungauged or inaccessible areas. In a future study, verification of the accuracy of satellite-derived rainfall data will be performed by expanding the analysis periods and applying various statistical techniques.
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문제 정의
본 연구는 위성으로부터 유도된 위성강우자료인 GPM IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM) 위성강우의 정확도를 평가함으로써 향후 미계측 혹은 비접근 지역에 적용 여부를 판단하고자 하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 연구에서는 위성으로부터 유도된 위성강우 자료 중 가장 최근(2014년)에 발사된 GPM Core 위성 등으로부터 생산되어 제공하고 있는 GPM IMERG 위성강우의 정확도를 평가함으로써 향후 미계측 혹은 비접근 지역에 적용 여부를 판단하고자 하는 것을 목적으로 하고 있다.
제안 방법
1997년 미국 NASA와 일본 JAXA(Japanese Aerospace eXploration Agency) 공동으로 열대지역과 아열대 지역(37°N-37°S)의 강우를 추정하기 위해 TRMM 위성이 발사 되었으며, 본격적으로 성공적인 강우와 관련된 수문학적 지식을 획득하기 시작하였다. TRMM 위성의 성공적인 운영으로 인해 NASA와 JAXA를 중심으로 전지구 강우관측의 범위를 고위도까지 확장하고, 관측주기를 단축할 목적으로 GPM (Global Precipitation Measurement) 프로그램을 진행하였다.
gov)을 통해 제공하는 IMERG 데이터를 수집하였다. IMERG late 30분 단위 강우량 자료를 1hr 시간해상도로 맞추어 분석을 수행하였다.
자료분석은 WAMIS의 권역 분할에 따라 한강, 낙동강, 금강, 섬진강, 영산강, 제주도의 6개 권역으로 구분하여 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 2017년 7월 1일부터 7월 31일까지 1개월간의 기간을 선정하였다. 또한 1hr, 3hr, 6hr, 12hr 및 24hr로 시간해상도를 변화시켜서 분석을 수행하였으며, 분석 결과는 표 2와 같다.
자료의 좌표참조체계는 경위도 WGS좌표계이나, RASTER 자료의 각종 처리, 수문지형 처리 등 직교 좌표계가 용이하다. 또한 국내만으로 한정하면 TM, 좌표계 적용이 가능하지만, 물산업 해외진출 및 북한과 같은 미계측/비접근 지역 등 광역적인 지역의 적용을 위해 전세계를 커버하는 UTM 좌표계를 적용하였다.
대상 데이터
IMERG 위성 강우의 정확도 평가를 위한 적용 대상지역은 한반도 남한지역을 대상으로 하였으며, 지상계측 강우량 자료는 WAMIS의 기상청에서 관리하는 기상관측소의 1hr 시간 해상도를 갖는 데이터와 NASA Goddard의 강수처리시스템(The precipitation processing system at NASA Goddard, http://pps.gsfc.nasa.gov)을 통해 제공하는 IMERG 데이터를 수집하였다. IMERG late 30분 단위 강우량 자료를 1hr 시간해상도로 맞추어 분석을 수행하였다.
기상청 보도자료(170803_보도자료(2017년+장마특성))에 의하면 2017년 장마는 6월 24일에 제주도에서 시작되어 7월 29일에 남부와 중부지방에 비가 내린 후 종료되었다. 본 연구에서는 2017년 7월 1일부터 7월 31일까지 1개월간의 기간을 선정하였다. 또한 1hr, 3hr, 6hr, 12hr 및 24hr로 시간해상도를 변화시켜서 분석을 수행하였으며, 분석 결과는 표 2와 같다.
성능/효과
표 2에서 보는바와 같이 2017년 7월 강수는 중부지방에 많은 비가 내렸고 제주도에 가장 적은 비가 내린 것으로 분석되었다. 지상계측 강수 자료에 비해 IMERG 강우가 과소 추정됨을 알 수 있다. 상관계수는 1hr의 시간해상도에서 약 0.
지상계측 강수 자료에 비해 IMERG 강우가 과소 추정됨을 알 수 있다. 상관계수는 1hr의 시간해상도에서 약 0.46정도의 상관관계를 보였으며, 표 3 및 그림3에서 보는바와 같이 시간해상도를 확장했을 때 상관관계는 개선되는 것을 확인할 수 있다.
또한 그림 4의 한강권역 강우량자료의 산포도에서 시간해상도가 커질수록 관측강우량과IMERG 강우의 편이가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 과소 추정되는 1시간 해상도의IMERG 강우량이 24시간 해상도에서는 ASOS관측 강우량과 IMERG 강우량의 과소 추정되는 값의 정도가 감소하는 것으로 분석되었다.
그림 5에서 보는 바와 같이 대체적은 공간분포는 지상계측강우와 IMERG가 유사하게 나타나는 것으로 분석되었다. 지상계측강우의 경우 천안 및 청주지방에 많은 비가 관측된 것으로 분석되었으며, IMERG의 경우에도 많은 비가 내린 것으로 나타났고, 낙동강 권역에 가장 적은 비가 내린 것으로 분석되었다.
표 4에 나타낸 바와 같이 위성으로부터 유도된 IMERG 강우량이 지상계측 자료인 ASOS보다 과소하게 추정됨을 알 수 있다. 두 강우량 자료의 상관계수는 0.50~0.89(평균, 0.68)로 분석되었으며(그림 6), 이는 표 2 및 표 3의 2017년 7월 1개월 간의 자료보다 상관관계가 매우 높게 나타났다. 또한 RMSE는 평균 5.
68)로 분석되었으며(그림 6), 이는 표 2 및 표 3의 2017년 7월 1개월 간의 자료보다 상관관계가 매우 높게 나타났다. 또한 RMSE는 평균 5.35정도로 분석되었고, NashSutcliffe 효율계수(NSEC)는 0.99정도로 매우 높은 값을 나타내고 있다.
표 5에 나타낸 바와 같이 위성으로부터 유도된 IMERG 강우량이 지상계측 자료인 ASOS보다 과소하게 추정됨을 알 수 있다. 두 강우량자료의 상관계수는 0.40~0.90(평균, 0.69)로 분석되었으며(그림 8), 이는 표 1 및 표 2의 2017년 7월 1개월 간의 자료보다 상관관계가 매우 높게 나타났다. 또한 RMSE는 평균 6.
69)로 분석되었으며(그림 8), 이는 표 1 및 표 2의 2017년 7월 1개월 간의 자료보다 상관관계가 매우 높게 나타났다. 또한 RMSE는 평균 6.78 정도로 분석되었고, Nash-Sutcliffe 효율계수(NS EC)는 0.97정도로 매우 높은 값을 나타내고 있다.
2017년 7월의 ASOS 관측강우와 위성으로부터 유도된 IMERG 강우량의 1시간 해상도의 상관계수가 0.19~0.78(평균 0.46)이었으나 일일 누가강우량의 상관계수는 0.36~0.99(평균 0.69)의 높은 상관관계를 보이고 있는 것으로 분석되었다. 또한 강우가 집중되었던 두 이벤트 기간 동안의 1시간 누가강우량의 상관계수가 0.
69)의 높은 상관관계를 보이고 있는 것으로 분석되었다. 또한 강우가 집중되었던 두 이벤트 기간 동안의 1시간 누가강우량의 상관계수가 0.68 및 0.69로 높은 상관관계가 있음을 확인하였다. 또한 2017년 7월 1개월간의 누가강우량 공간분포(그림 5), 7월 초순 누가강우량(그림 7), 그리고 7월 중순의 누가강우량의 공간분포(그림9) 모두 강우의 공간적 분포 특성이 유사한 것으로 분석되었다.
정확도 평가 결과 홍수분석 수행을 위한 시간 해상도가 높은 1hr의 경우 상관계수가 0.46정도로 평가되었으나 강우가 집중된 두 이벤트 분석에서는 0.68~0.69의 높은 상관관계가 있음을 확인하였다. 또한 유역의 장기유출 분석에 주로 사용되는 daily자료의 경우 상관계수가 우리나라 남한 전체 평균 약 0.
69의 높은 상관관계가 있음을 확인하였다. 또한 유역의 장기유출 분석에 주로 사용되는 daily자료의 경우 상관계수가 우리나라 남한 전체 평균 약 0.69 정도의 상관관계를 갖는 것으로 분석되었다. 이는 계측자료가 부족하거나 북한과 같은 비접근 지역에서의 수문 기상 특성을 파악하는데 매우 유용할 것으로 판단된다.
후속연구
향후 연구에서는 분석기간의 확장과 다양한 통계 분석 방법을 적용하여 위성강우의 정확도를 검증하는 연구를 수행할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IMERG란 무엇인가?
0mm/hr 구현을 목표로 하고 있으며, GMI와 DPR 모두 50km 공간해상도에서 10mm/hr 강우에 대해 bias/random error가 25%를 초과하지 않도록 정확도 향상을 목표로 하고 있다. IMERG는 GMI(GPM Microwave Imager)와 DPR(Dual-frequency Precipitation Radar)을 합성하여 생산하고 있는 강수량 자료이다.
위성강우의 최대 장점은 무엇인가?
위성강우의 최대 장점은 계측자료가 부족한 지역 혹은 북한과 같은 비접근 지역에 대한 수문기상 특성을 이해하는데 활용할 수 있다는 것이다. 그러나 위성으로부터 생성되는 강우는 간접측정에 의한 방법이므로 이에 대한 정확도 평가가 우선되어야 한다.
위성강우의 한계점은 무엇인가?
위성강우의 최대 장점은 계측자료가 부족한 지역 혹은 북한과 같은 비접근 지역에 대한 수문기상 특성을 이해하는데 활용할 수 있다는 것이다. 그러나 위성으로부터 생성되는 강우는 간접측정에 의한 방법이므로 이에 대한 정확도 평가가 우선되어야 한다.
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