선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 레이더의 중첩관측영역(overlapped observation area)을 활용한 정량적 강우량 추정방안을 제안하고자 한다. 이를 위해 국내의 조밀한 지상우량계 관측망과 레이더 관측망의 중첩관측영역을 이용하였다.
- 국내의 정량적 강수량 추정은 Z-R 관계식을 이용한 제한적인 방법으로써, 해안지역과 같은 특수한 지역에서 한계가 있다. 이 같은 지리적 영향으로 인한 한계를 보완하고자본 연구에서는 QREOA (Quantitative Rainfall Estimation using Overlapped Area) 방법의 알고리즘을 개발하였다. 참고로, 국내에서 적용되고 있는 일반적인 정량적 강수량추정방법은 Kim et al.
- 이들 연구 모두 해당 지역의 지리적·기후적 특징을 고려하고, 실제 설치되어 있는 레이더 관측망을 최대한 활용하여 정량적 레이더 강우추정을 개선하고자 수행되었다.
- 설명의 편의를 위해 호우의 이동방향에 따라 호우를 선행 관측하는 레이더를 'Radar A', 다음으로 관측하는 레이더를 'Radar B‘로 정의한다. 현재 설치된 레이더 기종을 고려하여 단일편파 레이더 적용을 목적으로 알고리즘을 구축하였다.
제안 방법
- (1) 중첩관측영역 내 두 레이더 반사도 자료를 이용하여 레이더간의 계통오차인 편의유무를 확인하였다. 적용 두 레이더 지점 모두에서 확인할 수 있었으며, 편의의 정도는 지점마다 상이한 것으로 나타났다.
- (2015)에 상세하게 설명되어 있다. QREOA 방법설명을 위해 호우의 이동에 따른 남해상과 남해안 지역의 레이더와 지상우량계의 일반적인 호우관측모식도를 Fig. 2에 나타내었으며, Table 1에 호우의 이동에 따른 각 단계(stage)별 제주도 및 남해안지역의 강우 관측 및 추정 가능여부를 정리하였다. 설명의 편의를 위해 호우의 이동방향에 따라 호우를 선행 관측하는 레이더를 'Radar A', 다음으로 관측하는 레이더를 'Radar B‘로 정의한다.
- 5°와 같은 저고도각 자료(low altitude data)를 사용하였다. 검증(validation)을 목적으로 지상우량계를 이용하였으며, 이 우량계는 4개의 레이더 사이트의 중심에 위치하도록 Shipboard에 설치하였다. 레이더간의 계통오차를 확인하기 위해 중첩관측영역에서 관측된 반사도 자료를 상호비교를 하였다.
- 두 레이더 반사도 자료의 상호비교를 통하여 오차형태를 파악하였다. Fig.
- 적용 두 레이더 지점 모두에서 확인할 수 있었으며, 편의의 정도는 지점마다 상이한 것으로 나타났다. 또한 편의가 시간에 따라 변동하는 것으로 확인되었으며, 이러한 결과를 바탕으로 레이더간의 편의 보정계수를 산정하였다. 레이더간의 편의발생에 대한 다양한 원인이 존재하겠으나, 레이더의 관측기종과 설치특성, 그리고 관측환경 등이 가장 크게 작용할 것으로 판단된다.
- 검증(validation)을 목적으로 지상우량계를 이용하였으며, 이 우량계는 4개의 레이더 사이트의 중심에 위치하도록 Shipboard에 설치하였다. 레이더간의 계통오차를 확인하기 위해 중첩관측영역에서 관측된 반사도 자료를 상호비교를 하였다. 이를 통해 레이더 자료간의 계통오차가 존재하는 것을 확인하였으며, 그 정도가 2 dB를 초과하지 않았다.
- 본 연구에서는 국내의 지리적·기후적 특성과 레이더 관측망을 활용하여 해안지역에서의 정량적 강우량 추정방법 QREOA를 제안하였다.
- 선정된 호우사상을 이용하여 QREOA 방법의 적용성을 검토하였다. 먼저, 기존방법(기상청의 RAR 시스템)과 QREOA 방법의 적용 성능을 비교하기 위해 기존방법으로 추정한 Z-R 관계식의 매개변수와 QREOA 방법으로 추정한 매개변수를 함께 Fig.
- 시간의 변화에 따른 레이더간의 편의를 검토하기 위해 편의를 매시간 산정하였다. Fig.
- 5는 두 레이더 간의 위치, 설치고도, 상호거리, 빔폭, 그리고 고도각을 이용하여 중첩관측영역의 Beam 중첩시킨 모식도이다. 이를 통해서 본 연구에서는 레이더의 관측 고도각과 레이더간의 거리를 고려하여 레이더 반사도 편의 산정에 필요한 Bin을 선정하였다.
- 결과적으로 레이더간의 편의보정을 수행할 경우, 일정 값을 적용하기보다는 매시간 실시간 자료를 이용하여 보정을 수행하는 것이 적절할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 레이더 간의 편의를 보정하기 위해 보정계수를 실시간으로 산정하였다.
대상 데이터
- C 밴드 레이더는 0.9° 고도각 자료를 활용하여 2.13 km (7,000 ft) 상공의 자료를, S 밴드 레이더는 0.5° 고도각 자료를 활용하여 1.15km (3800 ft) 상공에서 관측된 자료를 사용하였다.
- 선정된 호우사상은 모두 남해안지역을 관통한 태풍사례들이다. 기간은 2010년 동안 발생한 호우사상을 대상으로 하였으며, Table 3을 통해서 호우사상이 실제 영향을 미쳤던 레이더 지점을 확인할 수 있다.
- 레이더 자료의 해상도는 4 km×4km이며, 주로 0.5°와 같은 저고도각 자료(low altitude data)를 사용하였다.
- 본 연구에서는 QREOA방법 적용을 위해 총 2개의 호우사상을 선정하였다. Table 3은 선정 호우사상의 강우발생 기간, 호우관측 가능 레이더 지점, 적용 시나리오 등을 정리한 것이다.
- Table 3은 선정 호우사상의 강우발생 기간, 호우관측 가능 레이더 지점, 적용 시나리오 등을 정리한 것이다. 선정된 호우사상은 모두 남해안지역을 관통한 태풍사례들이다. 기간은 2010년 동안 발생한 호우사상을 대상으로 하였으며, Table 3을 통해서 호우사상이 실제 영향을 미쳤던 레이더 지점을 확인할 수 있다.
- Willson and Pollock (1974)는 C-밴드 레이더와 S-밴드 레이더의 시간별 총 강우량을 상호비교하기 위해 중첩관측영역을 활용하였다. 이 연구에서 사용한 C 밴드 레이더와 중첩관측영역과의 거리는 88 km이며, S 밴드 레이더는 74 km이다. C 밴드 레이더는 0.
- Hudlow and Scherer (1975)와 Hudlow and Patterson(1979)는 중첩관측영역 내의 반사도 상호비교를 통해 계통오차(systematic error)를 보정하였다. 이 연구에서는 4개의 C밴드 레이더를 활용하였다. 레이더 자료의 해상도는 4 km×4km이며, 주로 0.
- 본 연구에서는 국내의 지리적·기후적 특성과 레이더 관측망을 활용하여 해안지역에서의 정량적 강우량 추정방법 QREOA를 제안하였다. 이를 위해 국내의 조밀한 지상우량계 관측망과 레이더 관측망의 중첩관측영역을 이용하고, 대상지역으로 남해안 지역을 선정하였다. 제주도에 설치된 성산 레이더와 남해안 지역에 설치된 구덕산 레이더를 이용하였다.
- 본 연구에서는 레이더의 중첩관측영역(overlapped observation area)을 활용한 정량적 강우량 추정방안을 제안하고자 한다. 이를 위해 국내의 조밀한 지상우량계 관측망과 레이더 관측망의 중첩관측영역을 이용하였다. 해상으로부터의 호우유입이 잦은 남해안을 대상지역으로 선정하였으며, 제주도에 설치된 성산 레이더와 남해안 지역에 설치된 구덕산 레이더를 이용하였다.
- 이를 위해 국내의 조밀한 지상우량계 관측망과 레이더 관측망의 중첩관측영역을 이용하였다. 해상으로부터의 호우유입이 잦은 남해안을 대상지역으로 선정하였으며, 제주도에 설치된 성산 레이더와 남해안 지역에 설치된 구덕산 레이더를 이용하였다. 호우자료는 2010년에 발생한 우기자료를 이용하였다.
- 5 km를 사용하고 있다. 하지만, 본 연구에서는 CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator) 자료를 이용할 경우 두 레이더 간에 상호 적합한 레이더 Bin 선정이 물리적으로 어려워 PPI(the Plan Position Indicator) 형태의 레이더 자료를 이용하였다. Fig.
- 이를 위해 국내의 조밀한 지상우량계 관측망과 레이더 관측망의 중첩관측영역을 이용하였다. 해상으로부터의 호우유입이 잦은 남해안을 대상지역으로 선정하였으며, 제주도에 설치된 성산 레이더와 남해안 지역에 설치된 구덕산 레이더를 이용하였다. 호우자료는 2010년에 발생한 우기자료를 이용하였다.
- 해상으로부터의 호우유입이 잦은 남해안을 대상지역으로 선정하였으며, 제주도에 설치된 성산 레이더와 남해안 지역에 설치된 구덕산 레이더를 이용하였다. 호우자료는 2010년에 발생한 우기자료를 이용하였다.
이론/모형
- 하지만, 호우발생 초기시점임으로 Z-R 관계식의 매개변수를 정확하게 추정할 만큼의 지상우량계 자료의 확보는 어렵다. 따라서 기존의 단일 Z-R 관계식을 이용하여 레이더 강우의 추정이 가능하다. 지상우량계 확보가 충분히 가능한 시점부터는 실시간 Z-R 관계식 갱신을 통하여 보다 정확한 레이더 강우추정이 가능해진다.
- 반면에 Radar B로는 강우관측이 불가능한 상황이다. 본 연구에서는 지상우량계 자료가 충분한 경우에 대한 실시간 정량적 강수량 추정방법으로 최소자승법을 적용하였다. 최소자승법은 적용이 간편하고, 지상 우량계가 자료가 충분한 경우에서 적절한 Z-R 관계식의 매개변수 산정이 가능하다.
성능/효과
- (2) 기존방법과 본 연구에서 제안한 QREOA 방법으로 실시간 Z-R 관계식의 매개변수를 추정한 결과, QREOA 방법이 기존방법의 취약점을 보완할 수 있는 것으로 나타났다. 첫 번째는 호우의 내륙유입이전에 Z-R 관계식의 매개변수를 추정할 수 있다는 점이다.
- (3) 두 방법으로 정량적 강우량 추정을 수행한 결과, 기존방법으로 추정한 레이더 강우는 15 mm/hr 이상의 강우에 대해서는 지상우량계 강우강도보다 과소하게 추정되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 호우발생 초기시점에 지상 우량계 자료의 부족으로 인하여 단일 Z-R 관계식을 적용하였기 때문이다.
- 8은 성산과 구덕산 레이더 반사도에 대한 편의를 매시간 산정한 결과이다. 결과를 살펴보면, 레이더간의 편의는 -1.0-6.0 dBZ의 범위에서 발생하는 것으로 나타났다. 평균은 1.
- 7의 (a)는 두 레이더 지점간의 레이더 반사도의 편의를 확인하기 위해 산포도를 나타낸 것이다. 결과적으로 두 레이더 반사도 자료를 상호비교한 결과, 반사도 자료의 차이가 계통오차인 편의(bias) 형태로 나타나는 것을 확인하였다. Fig.
- 13으로 두 구간간의 편의평균 차이가 두 배 이상에 달한다. 결과적으로 레이더간의 편의보정을 수행할 경우, 일정 값을 적용하기보다는 매시간 실시간 자료를 이용하여 보정을 수행하는 것이 적절할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 레이더 간의 편의를 보정하기 위해 보정계수를 실시간으로 산정하였다.
- Warm Season의 경우, 레이더와 관측지점의 거리 30km 부근에서 두 기종의 레이더로 추정한 MR(Mean Hourly Accumulation, mm)의 첨두 값 차이가 2배정도 발생하는 것으로 나타났다. 두 레이더 강우의 PR(Probability of Rainfall)과 CMR(Conditional Mean Hourly Rainfall, mm) 주상도의 형태는 매우 흡사한 형태로 나타났다. Cold Season의 경우, 첨두 값 차이가 4배정도 발생하였다.
- 첫 번째는 호우의 내륙유입이전에 Z-R 관계식의 매개변수를 추정할 수 있다는 점이다. 두 번째는 호우의 내륙유입이후 초기시점에 대해 지상우량계 자료의 개수에 상관없이 안정적으로 Z-R 관계식의 매개변수를 추정할 수 있다는 점이다. 이러한 QREOA 방법의 강점은 해안지역과 같이 호우에 민감한 지역에 대해 정량적 추정 강우량의 정확도를 향상시킬 수 있는 방법으로 사료된다.
- 따라서 유입되기 이전에 매개변수를 추정할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 호우가 내륙으로 유입되는 초기시점에서 지상우량계 자료의 개수와 상관없이 기존방법보다 상대적으로 안정적으로 매개변수가 추정된 것을 확인할 수 있다. 아울러, 지상우량계 자료가 충분해진 67시점부터는 두 방법으로 추정된 매개변수가 유사한 값으로 상호 수렴하는 것을 확인할 수 있다.
- 10(a)는 기존방법을, (b)는 QREOA 방법에 대해 나타낸 것이다. 먼저, 기존방법으로 추정된 레이더 강우의 경우, 지상우량계 강우강도 기준으로 15.0 mm/hr 미만의 강우는 크게 과소하거나 과대하게 추정되지 않았으나, 15mm/hr를 초과하는 경우에는 레이더 강우가 대체적으로 과소하게 추정되었다. 이 같은 결과에 대한 대표적인 원인은 호우 발생 초기시점에서 사용된 일정한 Z-R 관계식이라 할 수 있다.
- 이러한 결과는 호우발생 초기시점에 지상 우량계 자료의 부족으로 인하여 단일 Z-R 관계식을 적용하였기 때문이다. 반면에 QREOA 방법으로 추정된 강우강도는 상대적으로 모든 강우강도 범위에서 정량적 강우가 적절하게 추정된 것으로 나타났다.
- 성산과 구덕산 레이더의 경우, 대부분의 호우가 성산 레이더를 거쳐 구덕산 레이더로 이동함으로, 성산 레이더 자료를 기준값으로 설정하였다. 보정 결과를 통해 보정 전에 발생한 편의 2.10 dBZ가 보정되어 두 레이더 반사도간의 평균적인 차이가 제거된 것을 확인할 수 있다.
- 11(a)는 기존방법으로 추정한 결과이며, (b)는 QREOA로 추정한 결과이다. 앞서 검토한 결과와 같이 기존방법과 QREOA방법을 함께 살펴보면, 기존방법이 QREOA방법에 비해 강우를 과소하게 추정하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 20 mm/hr 이상의 강우에 대해서는 두 추정방법의 정량적 추정결과 차이가 명확하게 나타났다.
- 특히, 20 mm/hr 이상의 강우에 대해서는 두 추정방법의 정량적 추정결과 차이가 명확하게 나타났다. 이러한 결과를 기반으로 볼 때, 실제로 해안지역에 위치한 도시유역 및 자연하천유역에서 동일한 호우가 발생할 경우 그 차이는 더 클 것으로 판단되며, 이러한 차이는 유출에 큰 영향을 미칠 것으로 사료된다.
- 레이더간의 계통오차를 확인하기 위해 중첩관측영역에서 관측된 반사도 자료를 상호비교를 하였다. 이를 통해 레이더 자료간의 계통오차가 존재하는 것을 확인하였으며, 그 정도가 2 dB를 초과하지 않았다. Patterson (1979)는 Hudlow et al.
후속연구
- 84으로 나타났다. 비록 두 레이더의 기종과 관측환경이 완벽하게 일치하지는 않지만, 이 같은 결과는 레이더간의 높은 상관성을 통해 중첩관측영역의 활용가능성을 보여줬다. 아울러, C 밴드와 S 밴드 레이더의 중첩관측영역에 설치된 지상 우량계와의 상관계수는 각각 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.