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[국내논문] 강수진단모형을 이용한 실시간 저수지 일유입량 예측
Daily Reservoir Inflow Prediction using Quantitative Precipitation Model 원문보기

한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집, 2007 May 17, 2007년, pp.291 - 295  

강부식 (단국대학교 토목환경공학과) ,  강태호 (서울대학교 지구환경시스템공학과) ,  오재호 (부경대학교 환경대기과학과) ,  김진영 (부경대학교 환경대기과학과)

초록
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강수진단모형을 이용하여 저수지 이수운영을 위한 실시간 유량예측기법을 개발하였다. 강수진단모형은 현재 기상청 현업에서 수행중인 강우수치예보를 기반으로 상세 지역의 지형 효과에 의한 강수를 예측하는 정량강수예측모형(QPM; Quantitative Precipitation Model)으로서 부경대학교 환경대기과학과에서 개발된 모형이다. QPM은 중규모 예측 모형으로부터 계산된 수평 바람, 고도, 기온, 강우 강도, 그리고 상대습도 등의 예측 자료를 이용하고, 소규모 상세지형 효과를 고려함으로써 중규모 예측 모형에서 생산된 강수량 예측 값을 상세 지역의 지형을 고려한 강수량 예측 값으로 재구성하여 결과적으로 3km 간격의 상세지역 강우산출과 지형에 따른 강수량의 분포 파악이 용이할 뿐만 아니라 계산 효율성을 개선된 모형이다. QPM 검증을 위하여 기상학적 평가와 수문학적 평가를 수행하였다. 호우 사례별 일강수량의 시공간 분포로 부터, QPM을 활용한 시스템에 의한 예측결과가 원시자료 RDAPS 보다 고해상도의 예측 및 지형효과의 반영도가 높았으며, AWS의 관측자료와 비교하여 보다 높은 예측성을 보여 주었다. 대상기간인 2006년 1월 1일부터 6월 20일까지 관측강우는 총 391.5mm 였으며 RQPM은 실적강우에 비하여 119.5mm 정도 과소산정하고 있으나 분위사상과정을 거치게 되면 351.7mm로서 실적강우에 불과 10.2% 못미치고 있다. 이는 고무적인 결과로 볼 수 있으며 현업에서의 활용성이 기대되는 수준이라 볼 수 있다. 강우-유출모의를 위한 QPM신뢰도를 높이기 위하여 분위사상법(Quantile Mapping)을 이용하여 QPM모의에 존재할 수 있는 계통오차에 대한 추가적인 보정을 수행하였다. 수문학적 평가를 위하여는 장기연속유출모형인 SSARR모형을 기반으로 개발된 RRFS(Rainfall-Runoff Forecast System)을 이용하여 2006년 1월${\sim}$9월까지의 용담댐 유입량에 대하여 모의예측결과와 관측유입량 비교를 통한 검증을 수행하였다. 위 기간중 예측유입량의 RMSE(Root Mean Squared Error), COE(Sutcliffe Coefficient of Efficiency), MAE(Mean Absolute Error), $R^2$값은 각각 7.50, 0.68, 2.59, 0.69 값을 보이고 있다. 본 연구에서는 QPM에 의한 예측성의 향상 및 구축된 시스템에 의한 일강수량의 장기예측 가능성을 확인하였고, 향후 시스템을 현업에 활용하기 위해서 생산된 예측자료의 보다 장기적인 검증을 통한 시스템의 안정화가 필요할 것으로 사료된다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • (2001), Bell(1978), Collier(1975)등이 제안한바 있는 Collier-type의 모형으로서 이들 모형은 소규모 지형 효과를 고려한 강수량을 산출하는 진단 모형이다. QPMe 중규모 예측 모형으로부터 계산된 수평 바람, 고도, 기온, 강우 강도, 그리고 상대습도 등의 예측 자료를 이용하고, 소규모 상세지형 효과를 고려함으로써 중규모 예측 모형에서 생산된 상대적으로 성긴 격자의 강수량 예측 값을 상세 지역의 지형을 고려한 강수량 예측값으로 재구성하게 된다. 강수진단모형의 개념도는 그림 1과 같다.
  • 강수진단모형을 이용하여 저수지 이수운영을 위한 실시간 유량예측기법을 개발하였다. 현업에서의 강우수치예보는 기상청에서 제공하는 GDAPS 전구모의결과와 RDAPS 지역모의 결과를 이용하고 있으나 유역규모강수에 대한 정량적 활용을 위해서는 정량적 오차의 보정을 위한 수치예보의 후처리 과정이 요구되어진다.
  • 기상청에서 제공하는 수치예보정보를 활용하여 48시간 중기유량예즉을 수행할 수 있는 시스템을 개발하였다. 기상청의 원시예보자료를 이용하여 특정유역에 강우상세정보를 생산할 수 있는 강수진단모형(QPM)이 개발되었고, QPM모의결과에 내재된 계통적 편이를 제거하기 위하여 분위 사상 과정(Quantile Mapping)을 적용하였다.
  • 따라서 수치예보(RDAPS)와 QPM의 기본적인 특징과 실제 적용결과를 비교하여 표 1과 같은 특징으로 정리하였다. 2006년 상반기(2006년 1월 1일 ~ 6월 20일의 RQPM강우예측성과는 그림 2에서 볼 수 있듯이 강수유무에 있어서는 신뢰성있는 예측이 이루어지고 있으며, 정량적 강수예측의 결과는 표 2에 정리되어 있다.
  • 현업에서의 강우수치예보는 기상청에서 제공하는 GDAPS 전구모의결과와 RDAPS 지역모의 결과를 이용하고 있으나 유역규모강수에 대한 정량적 활용을 위해서는 정량적 오차의 보정을 위한 수치예보의 후처리 과정이 요구되어진다. 본 연구에서는 정량적 강수진단모형과 분위 사상 법을 이용하여 수치예보에 내재된 계통적오차를 보정하고, 연속유출모의를 통하여 일단위 유량예측을 수행하였다.
  • - 2006년 1월 1일부터 5월 31일까지 용담댐 유역에 디]하여 소유역별.예보선행시간별 누적확률분포를 산정하여 분위사상(Quantile mapping)을 수행하였다. 그결과 RQPM의 경우 기간 총강수량을 기준으로 실적강우대비 90%정도로서 양호한 모의성능을 보여주었다.
  • 전절에서는 QPM예측강우의 원시모의자료에 대한 정성적.정량적 평가를 수행하였으며, 본 절에서는 QPM 모형의 통계적 후처리과정으로서 분위사상과정을 거친 후 최종 강우예측자료에 대한 평가를 수행하였다. 기상청 RDAPS예측자료에 대한 QPM 및 분위사상과정을 거치게 되면 특정일에서 각각 1일예보와 2일예보의 2가지 강우예측정보를 가지게 된다.

대상 데이터

  • 유량예측의 성과분석은 2006년 1월 1일부터 6월 20일까지의 QPM예측자료를 가지고 수행되었다. 그림 3은 RQPM 원시예측자료와 분위사상과정으로 보정한 RQPM_QM의 2일 평균 예측 결과이며, 실적강우와의 시계열 패턴에 대한 비교를 시각적으로 확인할 수 있다.

이론/모형

  • 개발하였다. 기상청의 원시예보자료를 이용하여 특정유역에 강우상세정보를 생산할 수 있는 강수진단모형(QPM)이 개발되었고, QPM모의결과에 내재된 계통적 편이를 제거하기 위하여 분위 사상 과정(Quantile Mapping)을 적용하였다. QPM모의결과를 이용한 유출량 산정결과 도출된 결론은 다음과 같다.
  • 된다. 분위사상법을 이용하여 기상변수를 보정한 예는 Leung et al. (1999)나 Wood et al. (2002)를 들 수 있으며 전자는 기후변화모의에 후자는 장기수문예측에 각각 적용하였다.
  • 한반도의 상세 지역 강수량 예측을 위하여 중규모 수치 모형의 결과를 이용하여, 상세 지역의 지형 효과에 의한 강수를 예즉하는 강수진단모형(QPM; Quantitative Precipitatiom Model)을사용하였다. 강수량 산출 모형인 QPMe Misumi et al.
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