초록 ▼

$\square$ 위성항법시스템인 GNSS를 이용한 고정밀 기상정보 산출 기술 개발
- GPS 관측데이터 기반
- 다양한 최첨단 오차모델 적응을 통한 고정밀 기상정보 산출
$\square$ 한반도에 최적화된 GNSS 기반 기상정보 산출을 위한 지역적 모델 개발
- 8년간(1998-2005) 수집된 국내 AWS, 라디오존데 관측데이터 활용
- 4가지 형태의 한국형 평균온도식 개발을 통한 지역모델 다양화
- 특히, 기존의 방식과 차별화되는 지상기온 관측치 없이도 사

$\square$ 위성항법시스템인 GNSS를 이용한 고정밀 기상정보 산출 기술 개발
- GPS 관측데이터 기반
- 다양한 최첨단 오차모델 적응을 통한 고정밀 기상정보 산출
$\square$ 한반도에 최적화된 GNSS 기반 기상정보 산출을 위한 지역적 모델 개발
- 8년간(1998-2005) 수집된 국내 AWS, 라디오존데 관측데이터 활용
- 4가지 형태의 한국형 평균온도식 개발을 통한 지역모델 다양화
- 특히, 기존의 방식과 차별화되는 지상기온 관측치 없이도 사용가능한 지역모델 개발
$\square$ 수치예보 현업 적용을 위한 GNSS 기반 기상정보 제공 기술 개발
- 국내 최초 GPS 기반 3차원 GNSS 수증기 분포도 산출
- 준실시간 3차원 수증기 분포도 결정 기술 확보
- 실시간 기상관측을 통한 준실시간 가강수량 분포 결정
$\square$ 국내 GNSS 기반 기상연구분야에 선진국 수준의 기술력을 확보함으로써 국제공동연구에 참여할 수 있는 기반 마련

Abstract ▼

$\square$ Computation of meteorological information using GNSS measurements
$\square$ Development of regional MTEs using Korean GNSS network
$\square$ NRT Determination of Precipitation Water Vapor (PWV) from Near-Time meteorological measurements
$\squa

$\square$ Computation of meteorological information using GNSS measurements
$\square$ Development of regional MTEs using Korean GNSS network
$\square$ NRT Determination of Precipitation Water Vapor (PWV) from Near-Time meteorological measurements
$\square$ NRT determination of three dimensional water vapor distribution using GNSS

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...16
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ...16
• 제 2 절 연구개발의 목표 및 내용 ...19
• 제 3 절 연구개발의 방법 및 추진계획 ...21
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...23
• 제 3 장 GPS 기상학 ...29
• 제 1 절 GPS 신호지연과 기상응용 원리 ...29
• 제 2 절 GPS 자료처리 프로그램 및 기상정보 산출 방법 ...35
• 1. GPS 자료처리 프로그램 ...35
• 2. 선험적 방법에 의한 GPS 기상정도 산출 방법 ...36
• 제 4 장 GPS 자료처리 ...38
• 제 1 절 GPS 기상정보 정확도 향상 전략 ...38
• 1. 주요 오차요인 ...38
• 가. 안테나 위상중심 변동량(PCV) ...38
• 나. OTL 지각변동 ...41
• 다. 방위각 방향으로의 수증기분포 변화량(GRD) ...43
• 2. 주요 오차요인 보정에 따른 GPS 기상정보 정확도 향상 전략 ...44
• 제 2 절 한반도 최적화 전략 ...49
• 1. 한국형 평균온도식 개발 방법 ...49
• 2. 한국형 평균온도식 ...52
• 가. HP06 ...52
• 나. HP 모델 ...58
• 다. $HP_M$ 모델 ...58
• 라. $HPt_Y$와 $HPt_M$ 모델 ...61
• 제 3 절 가강수량 산출 정확도 검증 ...67
• 1. 라디오존데 가강수량 산출 ...67
• 2. MWR 가강수량 산출 ...69
• 3. GPS 가강수량 정밀도 비교 ...70
• 가. 라디오존데와 GPS 가강수량 비교 ...70
• 나. 라디오존데 건조편향 ...74
• 다. MWR과 GPS 가강수량 비교 ...76
• 제 4 절 준실시간 가강수량 모니터링 자동화 시스템 ...83
• 1. GPS 궤도력 ...83
• 2. 준실시간 GPS 데이터 처리 기법 ...84
• 가. GPS-NRT ...84
• 나. GPS-SWT ...85
• 3. 준실시간 가강수량 산출에 따른 주요 오차요인 영향 분석 ...87
• 4. 준실시간 가강수량 산출에 따른 이상점 검출 ...90
• 가. 관측자료 품질평가 ...94
• 나. 궤도력 영향 분석 ...96
• 다. 준실시간 이상점 검출 자동화 전략 ...102
• 5. 관측데이터 수집 및 가강수량 모니터링 자동화 시스템 구축 ...103
• 제 5 장 준실시간 3차원 수증기 분포도 결정 ...108
• 제 1 절 습윤굴절률 추정 기법 ...108
• 1. GPS 토모그래피 ...108
• 2. 라디오존데 습윤굴절률 산출 방법 ...113
• 제 2 절 임시관측망 구성 및 준실시간 관측자료 수집 ...114
• 1. 제주 임시관측망 ...114
• 2. 강원 임시관측망 ...117
• 제 3 절 준실시간 습윤굴절률 산출 ...119
• 1. 이상점 검출 ...119
• 2. 습윤굴절률 산출 결과 ...122
• 3. GPS 기반 준실시간 습윤굴절률 정확도 비교 ...134
• 제 4 절 GPS 토모그래피 준실시간 성능 실험 ...137
• 1. 레이어 모델 변형 ...137
• 2. 자료처리 소요시간 분석 ...139
• 제 6 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...142
• 제 7 장 연구개발결과의 활용계획 ...145
• 제 1 절 연구활용 계획 ...145
• 1. 1단계 연구 수행에 따른 기술 노하우 내역 ...145
• 2. 연구 결과 활용 내용 및 계획 ...145
• 가. 연구 결과 활용 내용 ...145
• 나. 연구 결과 활용 계획 ...145
• 3. 기대효과 ...146
• 가. 기술적 측면 ...146
• 나. 경제.산업적 측면 ...146
• 제 2 절 추가연구의 필요성 ...147
• 제 8 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...149
• 제 1 절 GPS 주요오차요인 관련 정보 수집 ...149
• 제 2 절 지역모델 개발 관련 정보 수집 ...150
• 제 3 절 라디오존데 및 MWR 관측데이터 활용에 관한 정보 수집 ...150
• 제 4 절 준실시간 고정밀 GPS 자료처리 기법 관련 정보 수집 ...151
• 제 5 절 준실시간 기상정보 산출에 따른 이상점 검출 기법 관련 정보 수집 ...152
• 제 6 절 준실시간 3차원 수증기 분포도 결정 방법 관련 정보 수집 ...152
• 표 1-1. 연구개발 과제의 1단계 연차별 연구개발 목표 및 내용 ...20
• 표 2-1. 국내외 GNSS 기상연구 관련 현황 ...25
• 표 3-1. Niell 건조사상함수 계수 ...34
• 표 3-2. Niell 습윤사상함수 계수 ...34
• 표 4-1. 오차요인 보정에 따른 시선방향 습윤지연 오차 비교 ...47
• 표 4-2. 국내 라디오존데 관측소 ...50
• 표 4-3. HP06을 기준으로 산출한 Bevis, WSH, 그리고 SDS의 평균차이와 RMS ...55
• 표 4-4. 2005년 1월 30일의 평균온도식별 PWV 차이와 RMS ...57
• 표 4-5. 2005년 7월 31일의 평균온도식별 PWV 차이와 RMS ...57
• 표 4-6. $HP_M$ 모델의 지상기온과 평균온도의 월별 상관관계 분석 결과 ...59
• 표 4-7. 평균온도 차에 따른 모델별 누적분포 ...65
• 표 4-8. 대관령 구름물리선도센터의 복원계수 ...70
• 표 4-9. 라디오존데 가강수량과 HP계열 평균온도식을 적용한 GPS 가강수량 비교 ...73
• 표 4-10. 라디오존데 가강수량과 한국형 모델을 적용한 GPS 가강수량의 월별 비교 ...74
• 표 4-11. 그림 4-29에 대한 GPS와 MWR 가강수량 비교 결과 ...82
• 표 4-12. GPS 제도력 및 궤도력 생성 소요시간 ...83
• 표 5-1. 제주 임시관측망 좌표 ...115
• 표 5-2. 강원 임시관측망 좌표 ...118
• 표 5-3. 강원 임시관측망의 준실시간 시선방향 습윤지연량 정확도 비교 ...122
• 표 5-4. 라디오존데 습윤굴절률과 GPS 습윤굴절률 비교 ...131
• 표 5-5. GPS 습윤굴절률 정확도 및 정밀도 비교 결과 ...133
• 표 5-6. YNSL 관측소의 복원된 시선방향 습윤지연량과 실측데이터 비교 결과 ...136
• 표 5-7. YNSL 관측소의 복원된 천정방향 습윤지연량과 실측데이터 비교 결과 ...136
• 표 6-1. 1차년도 연구 수행 내용 정리 및 분석 ...142
• 표 6-2. 2차년도 연구 수행 내용 정리 및 분석 ...143
• 표 6-3. 3차년도 연구 수행 내용 정리 및 분석 ...144
• 그림 1-1. 연구개발의 추진체계 ...22
• 그림 2-1. Radio Occultation 개념도 ...27
• 그림 3-1. 지구 대기에 의한 GPS 신호 굴절 모식도 ...30
• 그림 4-1. GPS 안테나 기준점과 위상중심 오프셋 개념도 ...39
• 그림 4-2. 고도각에 따른 PCV 변동량 ...39
• 그림 4-3. ASH701945E_M의 PCV 보정량 예시 ...40
• 그림 4-4. NGS PCV 보정량 파일 형식 ...40
• 그림 4-5. OTL 보정에 따른 GPS 상시관측소 수직좌표 변동량과 천정방향 습윤지연량 변동량의 상관관계 ...42
• 그림 4-6. OTL 보정량 예시 ...43
• 그림 4-7. 고도각에 따른 대류층 신호 통과 거리 ...44
• 그림 4-8. 주요오차요인 보정에 따른 시선방향 습윤지연량 변화 ...45
• 그림 4-9. 주요 오차요인 보정에 따른 GPS와 MWR 시선방향 습윤지연량 비교 ...46
• 그림 4-10. 주요오차요인 보정에 따른 5개 GPS 위성의 시선방향 습윤지연량 평균오차와 최대 오차 ...47
• 그림 4-11. GPS 천정방향 습윤지연량과 MWR 천정방향 습윤지연량 ...48
• 그림 4-12. 2008년 12월 현재까지 구축된 국내 GPS 상시관측소 및 라디오존데 관측소 현황 ...50
• 그림 4-13. 라디오존데 관측자료와 AWS 관측자료를 이용한 평균온도와 지상기온과의 선형회귀 분석 ...53
• 그림 4-14. 지상기온 250K~310K 범위에서의 평균온도식 비교 ...54
• 그림 4-15. SKMA 상시관측소의 PWV. (a)는 2005년 1월 30일의 PWV이며 (b)는 7월 31일의 PWV임 ...56
• 그림 4-16. 1998년부터 2005년까지 국내 기상관측데이터를 활용한 지상기온과 평균온도 상관관계 분석 결과 ...59
• 그림 4-17. 1998년부터 2005년까지 국내 기상관측데이터를 활용한 월별 지상기온과 평균온도 상관관계 분석 결과 ...60
• 그림 4-18. HP, HPM, 그리고 Bevis 모델의 월별 RMS 비교 ...61
• 그림 4-19. 1998년부터 2005년까지 국내 기상관측데이터를 활용한 평균온도 시계열과 관측시간($t_Y$)과의 상관관계 분석 결과 ...62
• 그림 4-20. 1998년부터 2005년까지 국내 기상관측데이터를 활용한 평균온도 시계열과 관측시간($t_M$)과의 상관관계 분석 결과 ...63
• 그림 4-21. (좌) 1998년부터 2005년까지 관측된 평균온도와 다섯 개의 평균온도식을 적용하여 계산된 평균온도와, (우) 관측된 평근온도과 모델 평균온도와의 차이 ...64
• 그림 4-22. 기상관측에 의한 평균온도와 (a)Bevis, (b) HP, (c)$HP_M$, (d)$HPt_Y$, (e)$HPt_M$ 모델을 이용하여 산출된 평균온도 사이의 온도차에 따른 오차 분포도 ...65
• 그림 4-23. (좌)속초기상대의 GPS 상시관측소 및 (우)라디오존대 GRS DFM-06의 외형 및 내부 모습으로 원으로 표시한 부분은 온도 및 습도 센서임 ...71
• 그림 4-24. (a) 속초기상대의 라디오존데 가강수량 및 HP 모델을 적용한 GPS 가강수량, (b) HP 모델을 적용한 GPS 가강수량과 라디오존데 가강수량 차이, (c) $HP_M$과 HP를 적용한 가강수량 차이, 그리고 (d) HP를 적용한 가강수량과 $HPt_Y$ 및 $HPt_M$을 적용한 가강수량 차이 ...72
• 그림 4-25. 속초기상대의 2006년 8월 18일부터 2007년 12월 31일까지 GPS와 라디오존데 가강수량 차이 ...75
• 그림 4-26. 대관령 구름물리선도관측센터에서의 GPS와 MWR 동시관측 ...76
• 그림 4-27. (a)2006년 9월 30일부터 10월 20일까지 21일동안 AWS에서 관측된 지상기온과 (b) (a)에 나타낸 지상기온 범위에서 평균온도, 그리고 (c) 평균온도식에 따른 가강수량 비교 ...78
• 그림 4-28. GPS 가강수량과 MWR 가강수량 비교 결과 ...79
• 그림 4-29. 강수가 발생한 시기의 GPS 가능수량과 MWR 가강수량 비교 ...81
• 그림 4-30. SWT의 개념도 ...85
• 그림 4-31. SWT의 시간창에 따른 가강수량의 정확도 비교 ...86
• 그림 4-32. 2008년 1월 1일 IHU1 상시관측소의 준실시간 시선방향 습윤지연량 ...87
• 그림 4-33. 주요 오차요인 보정 전후의 준실시간 시선방향 습윤지연량 차이 ...88
• 그림 4-34. 주요 오차요인 보정 전후의 준실시간 가강수량 차이 ...89
• 그림 4-35. 정밀궤도력과 예측궤도력의 GPS 위성위치 비교 ...90
• 그림 4-36. (a)IHU1관측소의 2008년 1월의 가강수량 산출 결과와 (b)정밀궤도력을 적용한 결과를 기준으로 GPS-SWT12와 GPS-NRT 가강수량 비교 결과 ...91
• 그림 4-37. 정밀궤도력과 초신속궤도력의 GPS 위성 3차원 오차 비교 ...92
• 그림 4-38. 이상점이 발생한 날의 정밀궤도력과 초신속궤도력 간 GPS 위성 3차원 오차 비교 ...92
• 그림 4-39. (a)예측궤도력 이상점 제거 후 산출한 IHU1관측소의 2008년 1월 가강수량과 (b)정밀궤도력을 적용한 결과를 기준으로 GPS-SWT12와 GPS-NRT 가강수량 비교 결과 ...93
• 그림 4-40. IHU1 상시관측소의 TEQC 품질평가 결과 ...95
• 그림 4-41. 2008년 1월 30일 NANU 이메일 서비스 ...97
• 그림 4-42. 1월 30일 IGS BRDC 궤도예측 결과와 초신속궤도력의 GPS 위성 3차원 좌표차이 비 교 ...98
• 그림 4-43. 1월 30일 IHU1 관측소의 항법파일을 이용한 궤도 산출 결과와 초신속궤도력의 GPS 위성 3차원 좌표차이 비교 ...99
• 그림 4-44. 2007년 8월 30일 SKCH 관측소의 GPS 위성별 시선방향 습윤지연량 ...100
• 그린 4-45. 8월 30일 SKCH 관측소의 항법파일을 이용한 궤도 산출 결과와 초신속제도력의 GPS 위성 3차원 좌표차이 비교 ...100
• 그림 4-46. 8월 30일 SKCH 관측소의 17시 항법파일을 이용한 skyplot ...101
• 그림 4-47. 8월 30일 SKCH 관측소의 17시 PRN 13번 위성의 방위각과 고도각 ...102
• 그림 4-48. 인하대학교 GPS 상시관측소 ...104
• 그림 4-49. 수도권 지역의 소규모 GNSS 가강수량 관측망 ...105
• 그림 4-50. 준실시간 가강수량 모니터링 자동화 시스템 구조도 ...106
• 그림 4-51. 준실시간 가강수량 모니터링 자동화 시스템 구동 결과 ...107
• 그림 5-1. voxel 기반 GPS 토모그래피 개념도 ...108
• 그림 5-2. 레이어 기반 GPS 토모그래피 개념도 ...109
• 그림 5-3. GPS 신호경로 교차점 ...111
• 그림 5-4. 제주도 임시관측망 ...115
• 그림 5-5. 제주 임시관측망 GPS 장비 설치 모습 ...116
• 그림 5-6. 강원도 임시 관측망 ...117
• 그림 5-7. 강원 임시관측망 GPS 장비 설치 모습 ...118
• 그림 5-8. 2007년 7월 26일부터 9월 2일까지 강원 임시관측망 자료 품질점검 결과 ...119
• 그림 5-9. 2007년 7월 26일부터 9월 2일까지 강원 임시관측망 준실시간 시선방향 습윤지연량 산출 결과 비교 ...120
• 그림 5-10. 2007년 7월 26일부터 9월 2일까지 강원 임시관측망 준실시간 이상점 검출 과정 후 산출한 GPS-NRT와 GPS-SWT12 시선방향 습윤지연량 결과 비교 ...121
• 그림 5-11. 2007년 8월 14일 00시 강원 임시관측망의 준실시간 시선방향 습윤지연량 분포도 ...124
• 그림 5-12. 고도에 따른 관측소 시야각과 신호 교차점 변화 ...127
• 그림 5-13. 2007년 8월 14일 00시 강원 임시관측망의 준실시간 고도별 습윤굴절률 ...127
• 그림 5-14. 위.경도에 따른 습윤굴절률 변화 ...130
• 그림 5-15. 2007년 8월 14일 00시 강원 임시관측망의 습윤굴절률 ...131
• 그림 5-16. 2007년 7월 26일부터 9월 2일까지 강원 임시관측망 습윤굴절률 산출 결과로 (a)는 3km 상공, (b)는 5km 상공, 그리고 (c)는 8km 상공의 습윤굴절률임 ...132
• 그림 5-17. 제주 임시관측망을 이용한 시선방향 습윤지연량 복원 실험 개요 ...134
• 그림 5-18. YNSL관측소의 복원된 시선방향 습윤지연량과 실제 관측된 시선방향 습윤지연량 ...135
• 그림 5-19. 레이어 모델 변형에 따른 제주 임시관측망 습윤굴절률 비교 ...138
• 그림 5-20. 관측소 개수에 따른 자료 처리 속도 ...139
• 그림 5-21. 관측소 개수에 따른 습윤굴절률 산출 예상소요시간 ...140