• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.318-318
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• 2019

수문 기상레이더는 강우량을 바로 추정하지 못하고 여러 단계의 정량적 강우량 추정과정을 거치게 되므로 많은 불확실성 발생요소가 존재한다. 특히, 강수량 추정에서 어떤 식 혹은 어떤 관측변수를 사용하느냐에 따라 그 정확성은 매우 달라진다. 그 정확성을 높이기 위해 단일편파레이더에서 이중편파레이더로 변경하고 있으며, 널리 알려진 바와 같이 이중편파레이더에서 관측되는 다양한 이중편파변수를 활용하면 레이더기반 강수추정의 정확성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 우선 다양한 이중편파변수(반사도, 차등반사도, 비차등위상차 등)를 이용한 여러 레이더기반 강우량 추정식을 적용하고 그 정확성을 분석하고 비교하고자 한다. 또한 여러 강우사례를 적용하여 강우량 추정식에 따라 발생할 수 있는 불확실성을 정량화하고 분석하고 비교하고자 한다. 적용사례는 2012년부터 2014년 강우사례이며, 강우추정에 사용하는 강우량 추정식은 기존에 많이 활용되는 Marshall-Palmer 관계식, CSU 관계식, Bringi와 Chandrasekar의 $R(Z,Z_{DR})$ 관계식, Rhyzhkov의 $R(Z,K_{DP},Z_{DR})$ 관계식, CSU 방법, Beard and Chuang의 $R(K_{DP})$ 등을 활용할 예정이다. 또한 레이더기반 강우량 추정에 따른 불확실성 정량화를 위해 기존 연구에서 많이 활용되는 maximum entropy를 활용할 예정이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.209-209
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• 2018

국토교통부는 대하천에서의 홍수 감시를 위해 전국에 6기의 강우레이더를 도입 완료하였다. 비슬산레이더는 2009년에 맨 먼저 도입된 강우레이더로 국내 최초로 도입된 이중편파 S밴드 레이더이다. 이중편파레이더는 반사도 외에도 차등반사도, 차등위상차, 비차등위상차 등 다양한 레이더 편파변수들을 제공하고 있다. 이중 반사도, 차등반사도, 비차등위상차는 레이더 강수량 추정에 적용되는 편파변수들로 이 변수들에 오차가 내재 시 레이더 강우의 오차에 전파되게 된다. 이에 레이더 강우 추정에 적용되는 편파변수들에 내재되어 있는 오차를 정량화하고 제거하는 것은 레이더 강우 품질에 직결되는 문제이다. 본 연구에서는 2009년부터 2016년까지의 비슬산레이더로부터 관측된 총 351개의 강수사례를 수집하여 레이더 반사도와 차등반사도의 오차를 정량화 하였다. 그리고 이러한 편파변수들의 오차 제거시 레이더 강우량의 정확도가 어느 정도 향상되는 지를 확인하였다. 그 결과 레이더 강우량의 정확도는 편파변수 오차 제거 전에는 40 ~ 80% 범위에서 오차제거 후 60 ~ 80 % 범위로 정확도가 향상되었고 그 범위도 줄어들었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.12
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• pp.1227-1237
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• 2014

Dual-polarization can distinguish precipitation type and dual-polarization is provide not only meteorological phenomena in the atmosphere but also non-precipitation echoes. Therefore dual-polarization radar can improve radar estimates of rainfall. However polarimetric measurements by transmitting vertically vibration waves and horizontally vibrating waves simultaneously is contain systematic bias of the radar itself. Thus the calibration bias is necessary to improve quantitative precipitation estimation. In this study, the calibration bias of reflectivity (Z) and differential reflectivity ($Z_{DR}$) from the Bislsan dual-polarization radar is calculated using the 2-Dimensional Video Disdrometer (2DVD) data. And an improvement in rainfall estimation is investigated by applying derived calibration bias. A total of 33 rainfall cases occurring in Daegu from 2011 to 2012 were selected. As a results, the calibration bias of Z is about -0.3 to 5.5 dB, and $Z_{DR}$ is about -0.1 dB to 0.6 dB. In most cases, the Bislsan radar generally observes Z and $Z_{DR}$ variables lower than the simulated variables. Before and after calibration bias, compared estimated rainfall from the dual-polarization radar with AWS rain gauge in Daegu found that the mean bias has fallen by 1.69 to 1.54 mm/hr, and the RMSE has decreased by 2.54 to 1.73 mm/hr. And estimated rainfall comparing to the surface rain gauge as ground truth, rainfall estimation is improved about 7-61%.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.277-277
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• 2012

국립기상연구소(National Institute of Meteorological Research; NIMR)는 기상청 이중편파 레이더 현업운영에 대비하여 2009년 X-band 연구용 이중편파 레이더를 도입하였고, 편파변수의 산출과 대기수상체 분류를 포함한 강수추정 등의 효용 가능성에 대한 연구를 지난 2년간 수행하고 있다. 이중편파 레이더는 반사도( )뿐만 아니라 차등반사도($Z_R$), 비차등 위상($K_{DP}$), 상관계수($_v$)등의 편파 변수의 산출로 강우감쇠보정과 기상에코-비기상의 에코(ground clutter, insects, birds, chaff)의 구별이 가능하다. 이러한 장점들을 이용해 레이더 자료품질 개선과 정량적 강수추정의 상당한 개선에 도움이 된다. 본 연구에서는 강수추정 관계식 R-Z, 감쇠 보정된 R-Z, R-$K_{DP}$ 관계식을 이용하여 레이더 관측 반경 내에 존재 하는 81개의 지상 우량계 자료와 강수량 추정의 정확도 비교 검증을 실시하였다. 그리고 Fuzzy logic 기법을 이용한 대기수상체 분류 알고리즘을 사용하였고 관측사례는 2011년 수도권 관측을 통해 강설/강수 에코 구별과 우박에코 사례를 분석하였다. 본 연구를 통해 이중 편파 레이더에서 산출된 고품질의 레이더기상자료를 기반으로 현업 예보지원 및 정량적 강우예측 향상에도 기여할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.18-18
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• 2016

최근 지구온난화의 영향으로 수 십분 만에 위험상황에 도달하는 돌발성 도시 집중호우가 빈발하고 이로 인한 피해가 급증하면서 기존 지상우량계 및 대형레이더 기반 도시홍수 관측체계에 대한 보완이 필요하게 되었다. 빠르고 정확한 도시홍수의 예측 및 예보를 위해서는 대형레이더 관측범위 이하의 빠른 저고도 관측이 필수이다. 이의 일환으로 우리나라에서도 소형 이중편파 X밴드 레이더를 도입하기 시작하였고 활용에 대한 연구가 시작단계에 있다. 일반적으로 소형레이더의 경우 빠른 운용이 가능하고 집중호우 관측과 같은 특정 목적에서 운영하기 때문에 도시 돌발홍수 예보를 위한 충분한 시간해상도의 자료 생산이 가능하다. 그러나 소형레이더를 이용하여 관측하더라도 고층 아파트나 빌딩이 밀집되어 있는 우리나라 도심 환경에서 관측반경내 전반에 대한 1km 이하 저고도 관측은 물리적으로 매우 어려운 현실이다. 따라서 본 연구에서는 한국건설기술연구원의 X밴드 이중편파 레이더로 관측된 다수의 연직 관측자료를 활용하여 호우의 연직 분포를 3차원으로 재생성한 후 이의 평균 단면 추세를 이용하여 관측고도 이하의 관측치를 추정하는 기법을 개발하였다. 기법의 적합성 평가를 위해 2013년, 2014년 주요 호우 사상에 대해 적용하였고, 검토결과 본 방법을 적용한 경우의 QPE가 기존 관측고도각을 이용한 QPE에 비해 정확도가 향상되는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.21-21
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• 2017

최근 서울, 부산, 울산 등에서 도시 돌발홍수가 빈번히 발생하고 있고 이에 따른 인명 손실 및 재산 피해가 빠르게 증가하고 있다. 그러나 집중 호우의 대부분은 저고도 대기에서 생성 및 발달되며, 소멸까지의 시간은 2-3 시간에 불과하여 기존의 우리나라 수문기상 관측시스템은 이러한 유형의 강우량 예측에 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이 문제를 해결하기 위해 기상, 재난 관련 정부 기관들이 저고도 수문기상 관측을 위한 도시형 X-밴드 레이더 네트워크 구축을 계획하고 있다. 본 연구의 목적은 그보다 선행하여 돌발성 수문기상 재해연구를 위해 한국건설기술연구원에서 도입한 X-band 이중 편파 레이더 시스템을 이용하여 보다 간단하고 정확한 재난 감시 및 예경보 시스템을 개발하는데 있다. 본 연구에서는 X-밴드 레이더 데이터로부터 추정된 정량적 강수량을 모니터링 하여 도시 지역의 돌발홍수를 자동으로 경고하는 방법을 제안한다. 또한 Google 어스 플랫폼을 사용하여 정확한 3D QPE-GIS 매칭 기법을 개발함으로써, 심각한 수문기상 현상이 발생하는 정확한 위치를 추적하고 직관적인 경보서비스를 가능케 한다. 본 연구에서 제안하는 경보시스템은 레이더 데이터 분석도구, 위험결정 도구 및 위험경고 표시 도구의 세 가지 기술로 구성된다. 제안된 돌발홍수 경보시스템은, 시뮬레이션을 통해 X-밴드 레이더 데이터로부터 정량적 강수량이 계산되며, GIS 상에서 레이더 반사도 및 강우강도가 3차원 이미지 형태로 표시된다. 그런 다음 Google 어스에서 3D 큐브 블록으로 대표되는 강수량이 동시에 누적표출 되도록 설계되었다. 또한 분석된 X-밴드 레이더 데이터로부터 지역별 누적 강수량을 업데이트 및 모니터링하고 기 설정된 돌발홍수 발생 한계치(trigger)에 도달하면 홍수경보 메시지를 표시한다. 향후, 제안된 경보시스템에 대한 기술적 도구를 개선하면서 대규모 수문기상 레이더 네트워크로 광범위한 강우를 모니터링하면 전국적인 돌발홍수 경보시스템으로 확대가 가능하다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.220-220
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• 2016

최근 국지적 기상변화에 따른 도시 산악지역의 돌발홍수 발생빈도가 증가함에 따라 위험기상 관측 및 홍수의 사전감지 대응에 대한 관심과 필요성이 증대되고 있다. 이에 발맞춰 국토교통부 및 기상청 등에서는 이중편파레이더를 설치 운영 중에 있으며, 이를 이용한 정량적 레이더강수량 추정 및 예측에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 레이더를 이용한 정량적 강우추정을 위해서는 레이더관측, 신호처리, 품질관리(QC), 강우추정 알고리즘 적용, 보정 등 일련의 과정을 거치게 되며, 이러한 과정 속에서 다양한 불확실성 요소가 존재하기 때문에 레이더자료의 정확도에 대한 평가가 요구되고 있다. 그러나 레이더강우량의 불확실성이 어느 정도 수준인지 정량적으로 제시하기는 어려우며, 그 기준 또한 모호하다. 따라서, 본 연구에서는 총 25개 강우사상(2012 ~ 2014년)을 대상으로 비슬산강우레이더 관측자료와 관측영역 내 지상강우자료를 이용하여, 누적강우량, 평균차, 상대분산, 변동계수 등을 통해 레이더강우의 정량적인 불확실성을 요약 제시하고자 하였다. 본 연구는 레이더강우의 정량적인 불확실성을 파악할 수 있는 기초적인 과정이며, 도출된 연구결과는 현재 레이더강우 추정의 수준을 파악하고 추후 레이더강우의 개선 수준을 비교 검토 할 수 있는 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.114-114
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• 2023

기상레이더는 대류권의 기상 관측에 널리 사용되며, 기상예보를 비롯하여 항공, 농업, 수문학 등 다양한 분야에서 활용하고 있다. 기상레이더센터는 SSPA(Solid State Power Amplifier) 기반 X-Band 주파수대역(9GHz)을 사용하는 연구용 소형기상레이더 관측망을 운영하고 있다. 주로 수도권 저층 대기에서 발생하는 위험 기상현상을 1분 단위로 빠르게 관측하면서 정확한 강수 정보생산을 위한 연구를 수행하고 있다. 레이더 관측 자료는 전파를 이용하여 넓은 범위에 분포하는 눈, 비, 우박 등 대기수상체를 관측하여, 강수량 추정을 통해 강수 정보를 생산한다. 이에 따라 레이더 관측 자료의 정확성과 신뢰도를 높이기 위해서 레이더 품질관리 기술 적용은 필수적이다. 기상레이더센터는 소형기상레이더로 관측한 이중편파 자료의 효과적인 품질관리를 위한 각종 자료처리 모듈을 개발하여, 실시간 자료처리 프로그램에 적용하였다. 우선, 저층 대기 관측 시 기상에코와 더불어 강한 반사도로 나타나는 지형에코를 판별하는 모듈과 선형 또는 쐐기형태의 전파간섭에코를 비롯한 비기상에코를 효과적으로 제거하는 기술을 개발하였다. 다음으로, X-Band 주파수대역 기상레이더 관측 자료의 취약점인 강한 강수 시 발생하는 반사도 감쇠 현상을 보정하기 위한 기술도 개발하였다. 소형기상레이더 품질관리 개발과 적용을 통하여 생산된 자료는 HSR(Hybrid Surface Rainfall), 레이더 강수량 추정, 대기수상체 등 다양한 기상 산출물 생산과 동시에 기상 감시 및 연구 분야에 효과적으로 활용하고 있다.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.38 no.7
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• pp.496-510
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• 2017

This study presents a new nationwide quantitative precipitation estimation (QPE) based on the hybrid surface rainfall (HSR) technique using the weather radar network of Korea Meteorological Administration (KMA). This new nationwide HSR is characterized by the synthesis of reflectivity at the hybrid surface that is not affected by ground clutter, beam blockage, non-meteorological echoes, and bright band. The nationwide HSR is classified into static (STATIC) and dynamic HSR (DYNAMIC) mosaic depending on employing a quality control process, which is based on the fuzzy logic approach for single-polarization radar and the spatial texture technique for dual-polarization radar. The STATIC and DYNAMIC were evaluated by comparing with official and operational radar rainfall mosaic (MOSAIC) of KMA for 10 rainfall events from May to October 2014. The correlation coefficients within the block region of STATIC, DYNAMIC and MOSAIC are 0.52, 0.78, and 0.69, respectively, and their mean relative errors are 34.08, 30.08, and 40.71%.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.9
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• pp.679-686
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• 2022

As the occurrences of flash floods have increased due to climate change, faster and more accurate precipitation observation using X-band radar has become important. Therefore, the Ministry of Environment installed two dual-pol X-band radars at Samcheok and Uljin. The radar data used in this study were obtained from two different elevation angles and composed to reduce the shielding effect. To obtain quantitative rainfall, quality control (QC), K_DP retrieval, and Hybrid Surface Rainfall (HSR) methods were sequentially applied. To improve the accuracy of the quantitative precipitation estimation (QPE) of the X-band radar, we retrieved parameters for the relationship between rainfall rate and specific differential phase, which is commonly called the R-K_DP relationship; hence, an empirical approach was developed using multiple rain gauges for those two radars. The newly suggested relationship, R = 27.4K^0.81_DP, slightly increased the correlation coefficient by 1% more than the relationship suggested by the previous study. The root mean square error significantly decreased from 3.88 mm/hr to 3.68 mm/hr, and the bias of the estimated precipitation also decreased from -1.72 mm/hr to -0.92 mm/hr for overall cases, showing the improvement of the new method.