[국내논문]2차원 광학 우적계 자료를 이용한 대구지역 우적크기분포 특성 분석 Characteristic of Raindrop Size Distribution Using Two-dimensional Video Disdrometer Data in Daegu, Korea원문보기
본 연구는 우적크기분포의 통계적 특성과 변동성을 알아보기 위하여, 2011-2012년 대구지역 2차원광학우적계자료를 분석하여 Marshall and Palmer(1948)의 우적크기분포 특성과 비교하였다. 우적크기분포의 특성변수로 강우강도(R), 레이더 반사도(Z), 보편특성수농도($N{_0}^{\prime}$), 보편특성직경($D{_m}^{\prime}$)을 계산하였다. 또한 스케일링 법칙을 사용하여 우적크기분포의 정규화 여부를 확인하였다. 분석 결과, 대구지역의 우적크기분포는 평균적으로 ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.37$, $D{_m}^{\prime}=1.04mm$이며 형태 인자의 경우 c =2.37, ${\mu}=0.39$를 가졌다. 대구지역의 우적크기분포를 Marshall and Palmer의 우적크기분포로 가정하여 계산한 결과, 평균적으로 ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.27$, $D{_m}^{\prime}=0.9mm$, c =1, ${\mu}=1$를 가졌다. 이 차이로부터 대구지역 우적크기분포는 Marshall and Palmer(1948)의 우적크기분포보다 통계적으로 더 높은 액체수함량을 가짐을 알 수 있다. 우적크기분포의 형태를 비교한 결과, 대구지역 우적크기분포는 위로 볼록한 모양이었다. Z > 45 dBZ를 기준으로 우적크기분포 형태에 변화가 있었다. 35 dBZ ${\leq}$ Z > 45 dBZ에서 대구지역 우적크기분포 특성은 해양성 기후대와 유사하였으나 Z > 45 dBZ에서는 Marshall and Palmer의 우적크기분포 특성과 유사하였다.
본 연구는 우적크기분포의 통계적 특성과 변동성을 알아보기 위하여, 2011-2012년 대구지역 2차원광학우적계자료를 분석하여 Marshall and Palmer(1948)의 우적크기분포 특성과 비교하였다. 우적크기분포의 특성변수로 강우강도(R), 레이더 반사도(Z), 보편특성수농도($N{_0}^{\prime}$), 보편특성직경($D{_m}^{\prime}$)을 계산하였다. 또한 스케일링 법칙을 사용하여 우적크기분포의 정규화 여부를 확인하였다. 분석 결과, 대구지역의 우적크기분포는 평균적으로 ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.37$, $D{_m}^{\prime}=1.04mm$이며 형태 인자의 경우 c =2.37, ${\mu}=0.39$를 가졌다. 대구지역의 우적크기분포를 Marshall and Palmer의 우적크기분포로 가정하여 계산한 결과, 평균적으로 ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.27$, $D{_m}^{\prime}=0.9mm$, c =1, ${\mu}=1$를 가졌다. 이 차이로부터 대구지역 우적크기분포는 Marshall and Palmer(1948)의 우적크기분포보다 통계적으로 더 높은 액체수함량을 가짐을 알 수 있다. 우적크기분포의 형태를 비교한 결과, 대구지역 우적크기분포는 위로 볼록한 모양이었다. Z > 45 dBZ를 기준으로 우적크기분포 형태에 변화가 있었다. 35 dBZ ${\leq}$ Z > 45 dBZ에서 대구지역 우적크기분포 특성은 해양성 기후대와 유사하였으나 Z > 45 dBZ에서는 Marshall and Palmer의 우적크기분포 특성과 유사하였다.
This study analyzes Two-dimensional video disdrometer (2DVD) data while summer 2011-2012 in Daegu region and compares with Marshall and Palmer (MP) distribution to find out statistical characteristics and characteristics variability about drop size distribution (DSD) of Daegu region. As the characte...
This study analyzes Two-dimensional video disdrometer (2DVD) data while summer 2011-2012 in Daegu region and compares with Marshall and Palmer (MP) distribution to find out statistical characteristics and characteristics variability about drop size distribution (DSD) of Daegu region. As the characterize DSD of Daegu region, this study uses single moment parameters such as rainfall intensity (R), reflectivity factor (Z) and double moment parameters such as generalized characteristics number concentration ($N{_0}^{\prime}$) and generalized characteristics diameter ($D{_m}^{\prime}$). Also, this study makes an assumption that DSD function can be expressed as general gamma distribution. The results of analysis show that DSD of Daegu region has ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.37$, $D{_m}^{\prime}=1.04mm$, and c =2.37, ${\mu}=0.39$ on average. When the assumption of MP distribution is used, these figures then end up with the different characteristics; ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.27$, $D{_m}^{\prime}=0.9mm$, c =1, ${\mu}=1$ on average. The differences indicate liquid water content (LWC) of Daegu distribution is generally larger than MP distribution at equal Z. Second, DSD shape of Daegu distribution is concave upward. Other important facts are the characteristics of Daegu distribution change when Z changes. DSD shape of Daegu region changes concave downward (c =2.05~2.55, ${\mu}=0.33{\sim}0.77$) to cubic function-like shape (c =3.0, ${\mu}=-0.13{\sim}-0.33$) at Z > 45 dBZ. 35 dBZ ${\leq}$ Z > 45 dBZ group of Daegu distribution has characteristics similar to maritime cluster of diverse climate DSD study. However, Z > 45 dBZ group of Daegu distribution has a difference from the cluster.
This study analyzes Two-dimensional video disdrometer (2DVD) data while summer 2011-2012 in Daegu region and compares with Marshall and Palmer (MP) distribution to find out statistical characteristics and characteristics variability about drop size distribution (DSD) of Daegu region. As the characterize DSD of Daegu region, this study uses single moment parameters such as rainfall intensity (R), reflectivity factor (Z) and double moment parameters such as generalized characteristics number concentration ($N{_0}^{\prime}$) and generalized characteristics diameter ($D{_m}^{\prime}$). Also, this study makes an assumption that DSD function can be expressed as general gamma distribution. The results of analysis show that DSD of Daegu region has ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.37$, $D{_m}^{\prime}=1.04mm$, and c =2.37, ${\mu}=0.39$ on average. When the assumption of MP distribution is used, these figures then end up with the different characteristics; ${\log}_{10}N{_0}^{\prime}=2.27$, $D{_m}^{\prime}=0.9mm$, c =1, ${\mu}=1$ on average. The differences indicate liquid water content (LWC) of Daegu distribution is generally larger than MP distribution at equal Z. Second, DSD shape of Daegu distribution is concave upward. Other important facts are the characteristics of Daegu distribution change when Z changes. DSD shape of Daegu region changes concave downward (c =2.05~2.55, ${\mu}=0.33{\sim}0.77$) to cubic function-like shape (c =3.0, ${\mu}=-0.13{\sim}-0.33$) at Z > 45 dBZ. 35 dBZ ${\leq}$ Z > 45 dBZ group of Daegu distribution has characteristics similar to maritime cluster of diverse climate DSD study. However, Z > 45 dBZ group of Daegu distribution has a difference from the cluster.
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제안 방법
Z에 따른 우적크기분포 특성을 알아보기 위하여 5 dBZ 간격으로 를 계산하였다.
각 광원으로부터 나온 빛은 높이가 다른 좁은 구멍(slit)을 통과하여 평면형태로 만들어지며, 교차하는 정사각형 영역 (10×10 cm2)에서 낙하하는 우적을 관측한다.
각 그룹에 대하여 R, N0' 그리고 Dm'의 특성을 NMP(D)와 비교하였다(Fig. 7-9).
대구 지역의 우적크기분포 특성을 알아보기 위해서 2011년과 2012년 여름철 관측된 2DVD 자료로부터 1분 우적크기분포 및 우적크기분포 특성변수를 계산 하여 NMP(D)의 결과와 비교하였다. 전체 및 Z 그룹별 우적크기분포에 대한 평균적인 특성을 Table 2에 정리하였다.
대구지역의 우적크기분포 특성의 Z에 따른 변동을 살펴보기 위하여 반사도를 5 dBZ 간격으로 하여 평균 우적크기분포를 계산한 후 MP분포와 비교하였으며, −20 < Z < 20 dBZ, 20 < Z < 35 dBZ, 35 < Z < 45 dBZ, 45 < Z < 55 dBZ의 4개 그룹으로 나누어 R, N0' 그리고 Dm'의 확률밀도함수를 분석하였다.
따라서 이 분류결과를 이용하여 N0'-Dm' 산포도 분석을 수행하였다.
'의 확률밀도함수를 분석하였다. 또한 Bringi et al. (2003)이 제시한 적운형 강우 시 우적크기분포 특성과 비교하였다. 대구 우적크기분포에서 적운형 강우를 분류하기 위해서, 일반적인 스톰 분류 기준인 Z ≥ 35 dBZ (Dixon and Wiener, 1993)를 사용하였다.
(2004)에서 제시한 우적크기분포 스케일링 법칙에 및 우적크기분포의 형태 인자 산출 방법을 사용했다. 또한 우적크기분포 특성 변수들의 계산 및 MP 우적크기분포와 대구지역 우적크기분포간 특성을 비교했다.
본 연구에서 얻은 Ndata(D)의 반사도 구간 별 특성을 Bringi et al. (2003)결과와 비교해 보았다. 파선 영역은 해양 기후대 특성, 점선 영역은 대륙 기후대의 특성을 나타낸다.
기존 수행된 연구를 통해 국내 산간지방 및 해안지역에서 우적크기분포 특성이 MP분포와 다름을 확인하였으나 내륙지역에서의 특성분석연구는 부족하였다. 본 연구에서는 대구에서 관측된 우적크기분포의 통계적 특성 및 반사도에 따른 변동성을 MP분포와 비교 분석하였다. 연구에 사용된 자료는 2011, 2012년에 2DVD로 관측된 강우사례를 사용하였으며, 도출된 결과를 선행연구결과(Bringi et al.
대상 데이터
대구 경북대학교 기상관측 노장(N35°53"10''8, E128º36'30''5, Fig. 2)에 위치한 2DVD로 관측된 2011년 8~9월과 2012년 5~9월 사이 강우사례를 사용하였다.
본 연구에서는 대구에서 관측된 우적크기분포의 통계적 특성 및 반사도에 따른 변동성을 MP분포와 비교 분석하였다. 연구에 사용된 자료는 2011, 2012년에 2DVD로 관측된 강우사례를 사용하였으며, 도출된 결과를 선행연구결과(Bringi et al., 2003)와 비교하였다.
2)에 위치한 2DVD로 관측된 2011년 8~9월과 2012년 5~9월 사이 강우사례를 사용하였다. 해당기간 동안 관측한 강우 사례 중 일 누적 강우량이 0.01 mm 미만인 사례는 분석에서 제외 하였으며, 총 55일의 강우사례를 사용하였다. Fig.
데이터처리
1 ≤ c ≤ 3, −3 ≤ μ ≤ 21 범위에서 c와 μ를 0.01 간격으로 변화시키며 제곱합을 계산하였다.
이론/모형
본 절에서는 대구지역 우적크기분포의 특성을 분석하기 위하여 Lee et al.(2004)에서 제시한 우적크기분포 스케일링 법칙에 및 우적크기분포의 형태 인자 산출 방법을 사용했다. 또한 우적크기분포 특성 변수들의 계산 및 MP 우적크기분포와 대구지역 우적크기분포간 특성을 비교했다.
2DVD로 관측된 자료 중 관측기기를 맞고 튀어 들어오는 입자의 경우 비정상적으로 큰 낙하속도가 관측될 수 있으므로, 해당 자료를 제거할 수 있도록 속도(V, ms−1)-직경(D, mm) 관계식을 사용하였다.
대구 우적크기분포에서 적운형 강우를 분류하기 위해서, 일반적인 스톰 분류 기준인 Z ≥ 35 dBZ (Dixon and Wiener, 1993)를 사용하였다.
우적크기분포 특성 변수를 비교할 대상으로 Marshall and Palmer(1948)가 제안한 우적크기분포(식 (12))를 사용하였다.
이론적 낙하속도 V는 Atlas et al. (1973)에서 제안된 V(D)=9.65−10.3exp(−0.6D)를 사용하였다.
성능/효과
−5 dBZ < Z < 45 dBZ에서 Ndata(D)는 작은 우적(D 0.75Dmax)의 수농도는 NMP(D)보다 높지만 중간크기 우적(0.5Dmax < D < 0.75Dmax)의 수농도는 NMP(D)보다 낮은 결과를 보였다.
45 dBZ에서 Ndata(D)는 두번째 채널 또는 세번째 채널의 수농도가 NMP(D)보다 커졌으며 정규화된 우적크기분포 비교에서도 x2 < 0.5에서 동일한 결과가 나타났다.
본 연구로부터 Ndata(D)의 통계적 특성 및 NMP(D)에 대한 상대적 특성, 그리고 Z에 따른 특성 변동도 알 수 있었다. 또한 35 dBZ < Z < 45 dBZ의 강우에 대해 대구와 부산 간 우적크기분포 특성이 서로 유사함을 알게 되었다.
, 2016)과 유사하다. 본 연구로부터 Ndata(D)의 통계적 특성 및 NMP(D)에 대한 상대적 특성, 그리고 Z에 따른 특성 변동도 알 수 있었다. 또한 35 dBZ < Z < 45 dBZ의 강우에 대해 대구와 부산 간 우적크기분포 특성이 서로 유사함을 알게 되었다.
Z가 증가할 때 우적의 직경 범위가 넓어지고 1 mm 미만 직경의 우적 수농도가 증가하였다. 우적 수농도의 최대값은 0.375 mm (채널의 중간값)에서 나타났으며 관측 원리의 한계로 작은 우적의 수를 과소 추정하여 직경 0.125 mm에서 우적수농도가 작았다. Fig.
3은 1분 우적크기분포로 계산된 사례별 누적 강우량(mm)의 확률밀도함수이다. 일 누적 강우량이 5 mm 미만인 사례가 60%정도였으며 강우사례 중 일 누적 강우량의 최대값은 85.9 mm이다.
후속연구
아직 한반도의 우적크기분포 특성에 대한 연구는 특정지역들에 국한되어 있다. 향후 한반도 내 다양한 지역에서 우적크기분포 관측 및 특성 비교가 수행된다면 한반도 내 강수시스템의 변동성 이해 향상 및 강수물리 모델 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우적크기분포 자료의 활용 분야는?
우적크기분포(Drop Size Distribution) 자료는 강수물리과정 이해, 기상수치모델의 물리과정 모수화, 토양침식 모델링, 레이더 강우추정 등 다양한 분야에 활용된다. 특히 우적크기분포의 변동은 레이더를 이용한 강우추정 정확도에 큰 영향을 미친다(Lee et al.
우적크기분포의 변동은 어떤 정확도에 큰 영향을 미치는가?
우적크기분포(Drop Size Distribution) 자료는 강수물리과정 이해, 기상수치모델의 물리과정 모수화, 토양침식 모델링, 레이더 강우추정 등 다양한 분야에 활용된다. 특히 우적크기분포의 변동은 레이더를 이용한 강우추정 정확도에 큰 영향을 미친다(Lee et al., 2004; Uijlenhoet et al.
부산에서 이중편파레이더로 관측한 우적크기분포로부터 Nw와 Dm을 계산한 결과로 밝혀진 내용은?
(2003)의 결과와 비교하였다. 이로부터 부산에서 적운형 강우 시 우적 크기분포 특성이 해양성 기후대에 가까움을 밝혔다. Cha et al.
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