초록 ▼

IV . 연구 내용 및 결과
이사업의 주목적은 위성 지구환경변화 감시기술 고도화 및 독자적인 GPM 위성 강수 산출기반 구축이다. 이를 위해 위성 지구환경변화 감시기술 고도화 연구에서는 수문·기후업무 지원을 위한 지구환경정보 산출 연구와 원격관측자료를 이용한 대기환경정보 산출기술 개선연구가 수행되었으며, 전지구강수관측위성(GPM) 활용기술 개발 연구에서는 독자 알고리즘 개발과 지상검증기술 개발이 수행되었다.
○ 수분·기후업무 지원을 위한 지구환경정보 산출
● 지구관측위성을 이용한 지구환경정보의 수문·기후업무 지

IV . 연구 내용 및 결과
이사업의 주목적은 위성 지구환경변화 감시기술 고도화 및 독자적인 GPM 위성 강수 산출기반 구축이다. 이를 위해 위성 지구환경변화 감시기술 고도화 연구에서는 수문·기후업무 지원을 위한 지구환경정보 산출 연구와 원격관측자료를 이용한 대기환경정보 산출기술 개선연구가 수행되었으며, 전지구강수관측위성(GPM) 활용기술 개발 연구에서는 독자 알고리즘 개발과 지상검증기술 개발이 수행되었다.
○ 수분·기후업무 지원을 위한 지구환경정보 산출
● 지구관측위성을 이용한 지구환경정보의 수문·기후업무 지원을 위한 연구들이 수행되었다. 2014년에 그동안 축척된 기술을 바탕으로 "지구환경감시시스템"을 구축하고 국립기상연구소 홈페이지를 통해 위성증발산량, 위성해수면온도, FT-IR 온습도 연직프로파일 등의 정보를 대외 제공하기 시작하였다. 특히 위성증발산량의 경우 2015년부터 우리나라의 수문기상 재해 및 대응 및 물 관리를 위한 유관기관 업부지원에 활용할 예정이다.
● 2014년 북극해빙의 연 최저면적은 2013년과 유사한 수준으로 역대 여섯 번째 최저면적을 기록하였다. 3월달 다년생 해빙이 증가한 보퍼트 해역의 해빙은 여름철 해빙감소가 2012년에 비해 적었다. 2014년 여름은 평년과 유사한 기온과 보퍼트 해의 고기압 발달 약화로 해빙감소가 2012년에 비해 적게 발생한 것으로 분석되었다.
● 천리안 위성자료를 이용한 NIMR 위성 증발산량 특성 분석은....NIMR 위성증발산량의 수문분야 활용연구의 일환으로, 우리나라 섬진강 유역에서의 NIMR 월평균 위성 증발산량의 시공간 분포 특서을 분석하였다. NIMR 월평균 위성 증발산량은 0~7mm/day 값의 분포를 보였으며, 기온의 증가와 감소 및 식생의 성장과 쇠퇴에 따른 계절적인 변화가 뚜렷하게 나타났다. PDF 분석에서도 가우시안 분포를 보이면서 뚜렷한 월별 변화경향을 보였다. 이러한 분석결과는 NIMR 위성 증발산량이 섬진강 유역의 특성을 잘 반영하고 있음을 의미하며, 수자원분야에서도 NIMR 위성증발산량을 매우 유용한 정보로 활용할 수 있을 것이다.
● 수치모델의 지면자료동화 과정을 개선하고 전지구예측시스템의 성능을 향상 시키기 위하여 다양한 위성자료를 활용한 자료동화 연구가 수행되었다. 특히 Metop-B/ASCAT 토양수분을 추가로 활용한 결과 현업과 비교하여 약 0.17%(평균 개선율) 정도의 예측 개선 효과를 보여주었다. 천리안 해빙/적설 자료는 과다모의하고 있는 현업의 위성 적설 자료를 보정하는 목적으로 두 위성 자료의 탐지 능력 분석 후 보정 알고리즘을 산출하는 연구가 진행 중이다.
○ 원격관측자료를 이용한 대기환경정보 산출기술 개선
● 온습도 프로파일 알고리즘 개선을 위해서 스펙트럼 편차 개선, 지역 자료 온습도 프로파일 DB 업데이트를 진행하였다. 집중관측 기간 동안의 라디오존데와 FT-IR 자료를 이용하여 스펙트럼 편차를 계산하고 알고리즘에 적용하였으며, 2013년 관측된 오산존데를 지역 자료에 추가하였다. 또한 계절별 기준 스펙트럼을 선정하여 청천판별법에 적용하였다.
● 대기의 안정도 변화를 연기하기 위하여 상당온위 산출 알고리즘을 개발하였다. 집중관측 기가 동안 관측한 FT-IR 자료를 통해 상당온위를 산출하였으며, 동 시간에 관측한 라디오존데 상당온위를 이용하여 검증하였다. FT-IR 상당온위 분석을 통하여 기상 현상에 영향을 줄 수 있는 대기 상태에 대한 연구를 할 수 있을 것으로 보인다.
○ 전지구강수관측위성(GPM) 활용기술 개발
● GPM 지상검증 국제공동연구 수행을 위해 2014년 2월 28일 GPM 핵심위성 발사 후 JAXA에서 개발된 DPR 자료를 공개하기 전 성능평가에 대한 요청에 따라 4월부터 8월까지 한반도 지상레이더를 이용한 GPM/DPR 단기 성능 평가를 수행하였다. 또한 NASA와의 국제공동연구로써 GPM 위성의 넓은 관측 영역 및 새로운 자료를 이용하여 지상검증을 수행할 수 있도록 기존 시스템을 개선하고 지속적인 GPM 지상검증 시스템을 운여아고 있다. 특히 한반도 Quantitative Precipitation Estimation(QPE)에 대한 자료 교환을 통해서 위성에서의 QPE와 지상관측 QPE의 검증자료를 제공하고 있다.
● 한반도 육상 마이크로파 위성강수 산출기술 개발을 위해 한반도에서 관측딘 마이크로파 밝기온도, 운량 및 레이더 강우 강도 자료에 대한 ROC 분석법을 통해 강수/비강수에 구분을 위한 정확도 평가를 수행하였다. 그 결과 봄과 가을에서는 기존 방법들이 상대적으로 낮은 정확도를 나타내고 있어 계절에 따른 적절한 계수 조정이 필ㅇ하고 카란 필터로 자료를 처리한 후 그 정확도가 향상된을 확인하였다. 또한, 최적화된 사전 데이터베이스를 이용한 베이시언 역변환 알고리즘에 기반을 둔 원형 시스템을 구축하였고 이를 바탕으로 서로 다른 사진 데이터베이스를 적용할 예정이다.

Abstract ▼

IV. Research Contents and Results
The main goal of this research is to enhance the satellite-based global environmental change monitoring technology and to develop the application technology of GPM. There are two research activities in the enhancement the satellite-based global environmental cha

IV. Research Contents and Results
The main goal of this research is to enhance the satellite-based global environmental change monitoring technology and to develop the application technology of GPM. There are two research activities in the enhancement the satellite-based global environmental change monitoring technology. One is the study on retrieval of global environmental information to support hydrological and climatic monitoring and the other is the improvement of atmospheric environmental information from remotely-based observations. In the development of the application technology of GPM, development of GPM retrieval algorithm optimized in the Asian region and study on GPM ground validation are carried out.
○ Study on retrieval of global environmental information to support hydrological and climatic monitoring
●There are application studies for support hydrological and climate monitoring using earth observation satellite. The “Earth Monitoring System” is constructed in 2014 on the NIMR homepage and is composed of ‘NIMR evapotranspiration’, ‘NIMR sea surface temperature’ and ‘FT-IR T/Q profile’.
● Annual arctic minimum sea ice extent recorded the sixth minimum. Sea ice over the Beaufort sea has more multi-year ice more than 2013 on March 2014 and was melted less than 2012 in summer. Temperature over the Artic region is similar to climatological normal and high pressure in Beaufort sea does not developed in summer 2014. So, amount of sea ice melting in summer 2014 is less than 2012.
●To application of NIMR evapotranspiration for the hydrological field, NIMR monthly mean evapotranspiration (NIMR ET) over Seomjin river basin was qualitatively analyzed. Seasonal variation of NIMR ET is clearly appeared according to increasing and decreasing of air-temperature and growing and decline of vegetation. PDF analysis of NIMR ET shows Gaussian-distribution and a range of NIMR ET is from 0 to 7 mm/day. The result is reflected remarkably monthly variation and characteristics in seomjin river basin. For the future, NIMR evapotranspiration will be useful information in the hydrological field.
●Study in date assimilation using various satellite-based surface date were performed to improve forecast results in global NWP model. Result of experiment using Metop-B/ASCAT soil moisture date show about 00.175 of improvement rate of RMSE against to operational verification results. COMS snow/seaice was used to adjust operational snow data having a tendency to overestimate and study on detecting ability of between two snow date is in progress.
○ Improvement of atmospheric environmental information form remotely-based observations
●In order to improve FT-IR T/q retrieval algorithm, correction of spectrum bias and update of local climatology on T/q profile were performed. Spectrum bias was calculated in the comparison of measured and simulated spectra from the FT/IR and radiosonde, respectively. The spectrum bias was used in T/q retrieval algorithm as well. In order to improve the cloud filtering method developed in 2013, seasonal reference spectra were selected.
●Estimation method on equivalent potential temperature from the FT-IR was developed in the research purpose of atmospheric stability. The equivalent potential temperature was estimated using FT-IR T/q retrievals and validated against that using T/q profile from radiosonde observation.
○ Development of the application technology of GPM
●In this year, we performed GPM/DPR quick evaluation using the ground radar over the Korean Peninsula before releasing date to the public after GPM launch In order to produce and exchange GPM GV results with NASA continuously, we improved the GPM GV system with GPM newly produced date we are also providing the Korean Quantitative Precipitation Estimation(QPE) date to NASA for ground validation with the Integrated Multi-satelliteE Retrievals for GPM(IMERG) date.
●For the development of satellite rainfall retrieval algorithm over land sensitivity tests were carried out with the satellite brightness temperature date with respect to COMS cloud date and radar rainfall estimates by ROC(Receiver Operating Characteristic) Analysis. In the results, spring and fall seasons show relatively low accuracy for rain/no-rain classification, and so it is needed to adjust the coefficients of scattering index(SI) over land in the Korean peninsula. The brightness temperature date with kalman filter method provides te increased accuracy for the classification. In addition, we developed a prototype system vased on the Baysian inversion algorithm with the optimized a priori database, which will be applied to the three different kinds of database(hybrid EOF+1dVAR, EnKF, and combined database).

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구보고서 ... 6
• 목차 ... 8
• CONTENTS ... 12
• LIST OF TABLES ... 16
• LIST OF FIGURES ... 18
• 요약문 ... 26
• Summary ... 30
• 제1장 서론 ... 34
• 제2장 수문·기후업무 지원을 위한 지구환경정보 산출 ... 37
• 제1절 2014년 북극해빙 분석 ... 37
• 1. 서론 ... 37
• 2. 2014년 북극해빙 현황 ... 37
• 3. 요약 및 결론 ... 48
• 제2절 천리안 위성자료를 이용한 NIMR 위성 증발산량 특성 분석 ... 49
• 1. 서론 ... 49
• 2. 자료 ... 50
• 3. 섬진강 유역 NIMR 위성 증발산량 특성 분석 ... 52
• 4. 소결론 ... 66
• 제3절 위성 토양수분 및 해빙/적설 자료동화 ... 67
• 1. 서론 ... 67
• 2. 전지구예측시스템 지면자료동화 성능 개선 ... 67
• 3. 소결론 ... 87
• 제4절 지구환경감시시스템 대외 공개 ... 88
• 1. 서론 ... 88
• 2. 지구환경감시시스템 구축 ... 89
• 3. 요약 ... 94
• 제3장 원격관측자료를 이용한 대기환경저보 산출기술 개선 ... 95
• 제1절 지상 FT-IR 알고리즘 개선 ... 95
• 1. 서론 ... 95
• 2. FT-IR 온습도 프로파일 산출 알고리즘 개선 ... 96
• 3. FT-IR 스펙트럼을 이용한 청천판별기법 개선 ... 106
• 4. 소결론 ... 110
• 제2절 지상 FT-IR 상당온위 산출 ... 112
• 1. 서론 ... 112
• 2. 상당온위 산출 ... 112
• 3. 소결론 ... 117
• 제4장 전지구강수관측위성(GPM) 활용기술 개발 ... 118
• 제1절 GPM 지상검증 국제공동연구 수행 ... 118
• 1. 개요 ... 118
• 2. 국제공동연구 수행 현황 및 성과 ... 119
• 3. 한반도 GPM 지상검증 시스템 개선 ... 120
• 4. GPM 자료 수집 현황 ... 124
• 5. GPM/DPR 단기 성능 평가 ... 127
• 6. 용인 테스트베드 레이더 관측자료를 이용한 GPM 지상검증 ... 130
• 7. 소결론 ... 141
• 제2절 한반도 육상 마이크로파 위성강수 산출기술 개발 연구 ... 142
• 1. 서론 ... 142
• 2. 칼만 필터와 그 응용 ... 142
• 3. 육상 강수/비강수 구분 연구 ... 153
• 4. 육상 마이크로파 위성강수 원형시스템 ... 167
• 5. 소결론 ... 168
• 참고문헌 ... 169
• 부록 1. 약어 ... 173
• 부록 2. GPM 위성강수 산출 알고리즘 개발(Ⅱ) ... 178
• 부록 3. 위성정보를 활용한 북극 해빙면적 단기예측기술 개발 ... 417
• 부록 4. Invvestigation of Global Precipitation Measurement(GPM) Ground Validation (GV) in the Korean Peninsula ... 491
• 끝페이지 ... 505