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수문기상학적 활용을 위한 레이더 강우자료 생산(I) : 편의보정 및 오차분포 산정
Generation of radar rainfall data for hydrological and meteorological application (I) : bias correction and estimation of error distribution 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.50 no.1, 2017년, pp.1 - 15  

김태정 (전북대학교 토목공학과, 방재연구센터) ,  이동률 (한국건설기술연구원 수자원.하천연구소) ,  장상민 (APEC 기후센터, 응용사업본부, 응용사업팀) ,  권현한 (전북대학교 토목공학과, 방재연구센터)

초록
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최근 기후변화로 인하여 발생하는 기상재해 및 위험기상 현상의 대비를 위하여 조밀한 시공간적 해상도를 갖는 레이더 강우가 활용되고 있지만 널리 사용되는 Marshall-Palmer의 Z-R 관계식으로 추정된 레이더 강우는 과소추정의 문제점이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 분위회귀 분석기법을 통한 레이더 강우자료 편의보정 기법Copula 함수를 연계한 강우자료 확충기법을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 모형을 통하여 편의가 보정된 시계열 레이더 강우자료 효율을 통계적으로 분석한 결과 우수한 모형성능을 확인하였으며 Copula 기법을 이용하여 지상강우 및 레이더 강우자료를 확충한 결과 기존의 강우특성을 현실적으로 재현하는 것을 확인하였다. Copula 기법을 통한 강우자료 확충기법은 레이더 강우의 오차분포를 평가하는데 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Information on radar rainfall with high spatio-temporal resolution over large areas has been used to mitigate climate-related disasters such as flash floods. On the other hand, a well-known problem associated with the radar rainfall using the Marshall-Palmer relationship is the underestimation. In t...

주제어

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문제 정의

  • Fig. 2에서 나타내었듯이 본 연구의 목적은 레이더 강우(R)를 조건부로 결정론적 오차 (p(DE /R))와 무작위 오차(p(RE /R))를추정하기 위한 함수식을 제공하는 것이다. 그러나 Fig.
  • 국내외적으로 원격탐측장비를 활용한 조기감시 뿐만 아니라 수치예보모델 및 수문기상모델의 입력 자료로 레이더 강우자료를 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 레이더 강우자료를 활용하는 주된 목적은 레이더 강우자료가 제공하는 강우량의 시공간적 해상도를 활용하여 현실적인 강우장의 공간분포를 사용한 유역단위 수문해석을 수행하기 위함이다. 하지만 현재의 구조적 및 비구조적 기술수준에서 레이더 강우자료를 직접 수문모형의 입력 자료로 사용하기는 신뢰성 측면에서 많은 문제가 있다.
  • 본 연구에서는 계산과정이 간편하고 다양한 함수형태를 표현이 가능한 매개변수적 Archimedean Copula 함수인 Clayton, Gumbel 및 Frank 분포를 고려하였으며, 각 지점별 Copula 함수를 선정하기 위해서 최우도법을 이용해 최적 Copula 함수를 결정하였다. 일반적인 시계열 자료를 대상으로 적용할 경우 Clayton Copula는 양의 상관관계를 가지고 있는 변량들의 확률변수 모의에 적합하며 자료의 극소값을 우수하게 반영하며, Gumbel Copula는 자료의 극대값을 나타내는 상단부를 우수하게 표현한다.
  • 본 연구에서는 수문학적으로 레이더 강우자료를 활용하기 위하여 정량적으로 레이더 강우를 추정하는 QPE 기법에 주안점을 두고 레이더 강우자료 편의보정 및 자료 확충기법을 적용하고 불확실성 구간을 동시에 제시 가능한 레이더 강우앙상블 생산기법을 개발하였다. 이를 위해 두 개의 연속논문으로 구성하였다.
  • 일반적으로 Z-R 관계식을 활용하여 레이더 강우를 추정하고 있지만 이 관계식은 경험식에 의존하고 있어 강우특성에 맞추어 조정 및 최적화가 필요하다. 이러한 관점에서 본 연구는 레이더 강우자료와 지상강우의 오차구조를 규명하고자 극치호우사상을 대상으로 지형클러터 및 에코오차를 제거하고 Z-R 관계식 적용한 레이더 강우자료와 시공간적으로 일치되는 지상강우를 시단위로 구축하였다. 본 연구에서 제안하는 분위회귀 분석기법을 이용하여 계통적 오차를 제거하였으며 편의보정 후 Copula 기법을 통하여 지상강우 및 레이더 강우 자료 확충을 수행하였다.
  • 이러한 문제점을 통계학적으로 해결하기 위하여 본 연구에서는 레이더 강우와 지상강우의 상관관계를 고려하여 모의할 수 있는 Copula 기법에 근거한 강우자료 확충 방안을 도입하였다. 즉, Copula 기법의 적용이유는 지상강우와 레이더 강우의 관계를 매개변수적으로 추정하는데 있어서 상대적으로 큰 강우량에 대한 자료의 부족으로 추정되는 지상강우와 레이더 강우의 관계정립과 더불어 회귀식을 산정하는데 있어 신뢰성이 결여되는 문제를 해결하기 위함이다.
  • 기존 연구에서 레이더 강우자료의 계통적 오차(편의오차)는 지상강우와 레이더 강우의 비율을 추정하고 추정된 비율을 단순히 레이더 강우자료에 곱해주는 과정을 통해 이루어졌지만 자료에 전체적으로 동일한 비율을 반영하여 다양한 범위의 강우자료를 효과적으로 반영하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 점에서 본 연구는 레이더 강우자료의 계통적 오차를 보다 효율적으로 제거하기 위한 목적으로 분위회귀 분석기법을 활용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Marshall-Palmer의 Z-R 관계식으로 추정된 레이더 강우는 어떤 문제점이 있는가? 최근 기후변화로 인하여 발생하는 기상재해 및 위험기상 현상의 대비를 위하여 조밀한 시공간적 해상도를 갖는 레이더 강우가 활용되고 있지만 널리 사용되는 Marshall-Palmer의 Z-R 관계식으로 추정된 레이더 강우는 과소추정의 문제점이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 분위회귀 분석기법을 통한 레이더 강우자료 편의보정 기법과 Copula 함수를 연계한 강우자료 확충기법을 개발하였다.
지상강우와 레이더 강우의 물리적인 특성을 명확히 파악하고 서로의 장점을 활용할 수 있는 방안수립이 필요한 이유는? 우리나라의 경우 1960년대부터 기상레이더가 설치되었지만 초기 시스템의 한계 및 레이더 자료의 품질문제로 인하여 1990년대부터 기상청 산하의 기상연구소를 중점으로 레이더 강우자료를 활용한 수문기상학적 연구가 본격적으로 수행되어오고 있다. 지상강우는 강우를 관측하는데 있어 양적 관점에서 정확성을 가지고 있지만 공간적인 측면에서는 한계를 나타낸다. 반면 레이더 강우의 경우 양적관점에서는 일반적으로 과소 추정되는 문제점을 가지고 있으나 강우장의 공간적 분포의 특성을 파악하는데 다양한 장점을 가지고 있다. 따라서 지상강우와 레이더 강우의 물리적인 특성을 명확히 파악하고 서로의 장점을 활용할 수 있는 방안수립이 필요하다.
무엇에 대비하여 조밀한 시공간적 해상도를 갖는 레이더 강우가 활용되고 있는가? 최근 기후변화로 인하여 발생하는 기상재해 및 위험기상 현상의 대비를 위하여 조밀한 시공간적 해상도를 갖는 레이더 강우가 활용되고 있지만 널리 사용되는 Marshall-Palmer의 Z-R 관계식으로 추정된 레이더 강우는 과소추정의 문제점이 있다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 분위회귀 분석기법을 통한 레이더 강우자료 편의보정 기법과 Copula 함수를 연계한 강우자료 확충기법을 개발하였다.
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참고문헌 (34)

  1. Berne, A. and Krajewski, W. F. (2013). "Radar for hydrology: unfulfilled promise or unrecognized potential?" Advances in Water Resources, Vol. 51, pp. 357-366. 

  2. Borga, M., Anagnostou, E. N., and Frank, E. (2000). "On the use of realtime radar rainfall estimates for flood prediction in mountainous basins." Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Vol. 105, No. D2, pp. 2269-2280. 

  3. Bringi, V. N., Rico-Ramirez, M. A., and Thurai, M. (2011). "Rainfall estimation with an operational polarimetric c-band radar in the United Kingdom: comparison with a gauge network and error analysis." Journal of Hydrometeorology, Vol. 12, No. 5, pp. 935-954. 

  4. Chumchean, S., Seed, A., and Sharma, A. (2006). "Correcting of real-time radar rainfall bias using a kalman filtering approach." Journal of Hydrology, Vol. 317, No. 1, pp. 123-137. 

  5. Ciach, G. J., Krajewski, W. F., Anagnostou, E. N., Baeck, M. L., Smith, J. A., McCollum, J. R., and Kruger, A. (1997). "Radar rainfall estimation for ground validation studies of the tropical rainfall measuring mission." Journal of Applied Meteorology, Vol. 36, No. 6, pp. 735-747. 

  6. Dai, Q., Han, D., Rico-Ramirez, M. A., and Islam, T. (2014). "Modelling radar-rainfall estimation uncertainties using elliptical and archimedean copulas with different marginal distributions." Hydrological Sciences Journal, Vol. 59, No. 11, pp. 1992-2008. 

  7. Dinku, T., Anagnostou, E. N., and Borga, M. (2002). "Improving radar-based estimation of rainfall over complex terrain." Journal of Applied Meteorology, Vol. 41, No. 12, pp. 1163-1178. 

  8. Goovaerts, P. (2000). "Geostatistical approaches for incorporating elevation into the spatial interpolation of rainfall." Journal of Hydrology, Vol. 228, No.1, pp. 113-129. 

  9. Goudenhoofdt, E. and Delobbe, L. (2009). "Evaluation of radar-gauge merging methods for quantitative precipitation estimates." Hydrology and Earth System Sciences, Vol. 13, No. 2, pp. 195-203. 

  10. Habib, E., Ciach, G. J., and Krajewski, W. F. (2004). "A method for filtering out raingauge representativeness errors from the verification distributions of radar and raingauge rainfall." Advances in Water Resources, Vol. 27, No. 10, pp. 967-980. 

  11. Hwang, S. H., Oh, B. H., and Lee, D. R. (2016). "Analysis on the optimal radar scan Interval for urban flood prediction." Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 16, No. 1, pp. 237-246 (in Korean). 

  12. Kang, B. S. and Moon, S. J. (2010). "Realtime stremflow prediction using quantitative precipitation model output." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 30, No. 6B, pp. 579-587 (in Korean). 

  13. Kim, K. B., Kwon, H. H., and Han, D. (2015). "Bias correction methods for regional climate model simulations considering the distribution parametric uncertainty underlying the observation." Jornal of Hydrology, Vol. 530, pp. 568-579. 

  14. Kim, T. J. and Kwon, H. H. (2016). "Development of tracking technique for the short term rainfall field forecasting." Procedia Engineering, Vol. 154, pp. 1058-1063. 

  15. Kim, K. H., Lee, G. W., Kang, D. H., Kwon, B. H., and Han, K. Y. (2014). "Adjustment of radar precipitation estimation based on the local gauge correction method." Journal of the Korean Earth Science Society, Vol. 35, No. 2, pp. 115-130 (in Korean). 

  16. Kim, Y. I., Kim, T. S., and Heo, J. H. (2009). "Adjustment of the mean field rainfall bias by clustering technique." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 42, No. 8, pp. 659-671 (in Korean). 

  17. Kitchen, M. and Blackall, R. M. (1992). "Representativeness errors in comparisons between radar and gauge measurements of rainfall." Journal of Hydrology, Vol. 134, No. 1-4, pp. 13-33. 

  18. Koenker, R. and Bassett Jr, G. (1978). "Regression quantiles. econometrica." Journal of the Econometric Society, pp. 33-50. 

  19. Koenker, R. and Hallock, K. (2001). "Quantile regression: An introduction." Journal of Economic Perspectives, Vol. 15, No. 4, pp. 43-56. 

  20. Krajewski, W. F. (1987). "Cokriging radar-rainfall and rain gage data." Journal of Geophysical Research, Vol. 92, No. D8, pp. 9571-9580. 

  21. Kwak, J. W. (2012). "Copula theory based drought analysis and impact of climate change on droughts." Ph. D. dissertation, University of Inha, Incheon, Korea. 

  22. Lee, J. K., Kim, J. H., Park, J. S., and Kim, K. H. (2014). "Application of radar rainfall estimates using the local gauge correction method to hydrologic model." Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 14, No. 4, pp. 67-78 (in Korean). 

  23. Lee, M. H. and Bae, D. H. (2013). "Evaulation of hybrid downscaling method combiend regional climate model with step-wise scaling method." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 46, No. 6, pp. 585-596 (in Korean). 

  24. Marshall, J. S. and Palmer, W. M. K. (1948). "The distribution of raindrops with size." Journal of Meteorology, Vol. 5, No. 4, pp. 165-166. 

  25. Marshall, J. S., Hitschfeld, W., and Gunn, K. L. S. (1955). "Advances in radar weather." Advances in Geophysics, Vol. 2, pp. 1-56. 

  26. Morin, E., Maddox, R. A., Goodrich, D. C., and Sorooshian, S. (2005). "Radar Z-R relationship for summer monsoon storms in Arizona." Weather and Forecasting, Vol. 20, No. 4, pp. 672-679. 

  27. Peleg, N., Ben-Asher, M., and Morin, E. (2013). "Radar subpixel-scale rainfall variability and uncertainty: lessons learned from observations of a dense rain-gauge network." Hydrology Earth System Sciences, Vol. 17, No. 6, pp. 2195-2208. 

  28. Piman, T., Babel, M. S., Gupta, A. D., and Weesakul, S. (2007). "Development of a window correlation matching method for improved radar rainfall estimation." Hydrology and Earth System Sciences Discussions, Vol. 11, No. 4, pp. 1361-1372. 

  29. Sklar, M. (1959). "Fonctions de repartition a n dimensions et leurs marges." Universite Paris 8. 

  30. Smith, J. A. and Krajewski, W.F. (1991). "Estimation of the mean field bias of radar rainfall estimates." Journal of Applied Meteorology, Vol. 30, No. 4, pp. 397-412. 

  31. So, B. J., Kwon, H. H., and An, J. H. (2012). "Trend analysis of extreme precipitation using quantile regression." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 45, No. 8, pp. 815-826 (in Korean). 

  32. Wang, G., Liu, L., and Ding, Y. (2012). "Improvement of radar quantitative precipitation estimation based on real-time adjustments to ZR relationships and inverse distance weighting correction schemes." Advances in Atmospheric Sciences, Vol. 29, pp. 575-584. 

  33. Wang, J. and Wolff, D. B. (2010). "Evaluation of TRMM groundvalidation radar-rain errors using rain gauge measurements." Journal of Applied Meteorology and Climatology, Vol. 49, No. 2, pp. 310-324. 

  34. Yoo, C. S., Yoon, J. S., Kim, B. S., and Ha, E. H. (2009). "Evaluation of spatially disproportionate rain gauge network for the correction of mean-field bias of radar rainfall: A case study of ganghwa rain radar." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 42, No. 6, pp. 493-503 (in Korean). 

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