한국전자통신학회논문지 (The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences)

한국전자통신학회 (Korea Institute of Electronic Communication Science)
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UHF 윈드프로파일러 원시 자료의 이중 스펙트럼 첨두 분리

Partitioning Bimodal Spectrum Peak in Raw Data of UHF Wind Profiler

  • 조원기 (부경대학교 지구환경시스템과학부) ;
  • 권병혁 (부경대학교 환경대기과학과) ;
  • 윤홍주 (부경대학교 공간정보시스템공학과)
  • 투고 : 2018.11.09
  • 심사 : 2019.02.15
  • 발행 : 2019.02.28
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초록

비기상 에코뿐만 아니라 강수와 같은 산란 효과가 큰 기상 에코는 윈드프로파일러 바람 자료의 오류를 유발한다. 강우 상황에서 윈드프로파일러의 도플러 스펙트럼에는 강우 신호와 대기 신호가 모두 첨두로 나타난다. 낙하하는 강우 입자에 의해서 강우 신호의 시선 속도가 매우 크게 나타난다. 강우에 의해 오염된 시선 속도는 수평 바람 벡터의 정확도를 낮추고 부정확한 기상 분석을 초래한다. 본 연구에서는 윈드프로파일러의 원시 데이터를 처리하는 알고리즘을 개발하였고, 강우 환경에서 도플러 스펙트럼에 대한 이중 첨두를 분리하여 강우 신호와 대기 신호를 구분하였다.

In addition to non-meteorological echoes, meteorological echoes with large scattering effects, such as precipitation, cause errors in wind data measured by wind profiler. In the rainfall situation, the Doppler spectrum of wind profiler shows both the rainfall signal and the atmospheric signal as two peaks. The vertical radial velocity is very large due to the falling rain drop. The radial velocity contaminated by rainfall decreases the accuracy of the horizontal wind vector and leads to inaccurate weather analysis. In this study, we developed an algorithm to process raw data of wind profiler and distinguished rainfall signal and wind signal by partitioning bimodal peak for Doppler spectrum in rainfall environment.

키워드

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그림 1. UHF 윈드프로파일러 PCL1300 Fig 1. UHF wind profiler radar PCL1300

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그림 2. 이중 첨두 탐지 알고리즘 Fig 2. Bimodal peaks detection algorithm

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그림 3. 울진 자동기상관측 시스템에서 측정된 기상 인자. 음영 처리된 영역이 강우 기간이다. Fig 3. Measured meteorological parameters at Uljin AWS. Precipitation durations are indicated by shading area.

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그림 4. 울진에서 자동기상관측시스템으로 관측된 (a) 연직 바람과 (b) 신호대잡음비 Fig 4. (a) Vertical wind speed and (b) SNR measured by AWS at Uljin

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그림 5. 청천 대기에서 연직 빔으로 수신한 신호의 고도별로 정규화된 도플러 스펙트럼 (a) 원시 자료로부터 산출한 스펙트럼, (b) 제조사의 PCL1300으로 산출한 스펙트럼. 표시 기호 (+)는 최대 첨두를 나타낸다. Fig 5. Normalized doppler spectrum from vertical beam in clear air based on (a) raw data and (b) PCL1300. Cross mark indicates maximum peak with altitude

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그림 6. 강우가 있을 때 연직 빔으로 수신한 신호의고도별로 정규화된 도플러 스펙트럼 (a) 원시자료로부터 산출한 스펙트럼, (b) 제조사의PCL1300으로 산출한 스펙트럼. 표시 기호 (+)는최대 첨두를 나타낸다.Fig 6. Normalized doppler spectrum from verticalbeam during rain based on (a) raw data and (b)PCL1300. Cross mark indicates maximum peak withaltitude

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그림 7. 이중 첨두 분리 과정 (a) 첨두 탐지 (b) 도플러 스펙트럼 확장 (c) 가우시안 피팅 Fig 7. Bimodal peaks partitioning (a) peak detection (b) extension of doppler spectrum (c) Gaussian fitting

표 1. PCL의 장비 사양 Table 1. Basic specifications for PCL1300

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표 2. 원시 자료의 구조와 변수 Table 2. Structure and parameters in raw data

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