• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.24 no.5
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• pp.646-654
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• 2020

This paper is to develop an electromagnetic wave-based sensor that can measure the spatial distribution of precipitation, and to a electromagnetic wave rain gauge (hereinafter, "EWRG") capable of simultaneously measuring rainfall, snowfall, and wind field, which are the core of heavy rain observation. Through this study, the LFM transmission and reception signals were theoretically analyzed. In addition, In order to develop a radar transceiver, LFM transceiver design and simulation were conducted. In this paper, we developed a K-BAND pulse-driven 6W SSPA(Solid State Power Amplifiers) transceiver using a small HMIC(Hybrid Microwave Integrated Circuit). It has more than 6W of output power and less than 5dB of receiving NF(Noise Figure) with short duty of 1% in high temperature environment of 65 degrees. The manufactured module emits LFM and Square Pulse waveform with the built-in waveform generator, and the receiver has more than 40dB of gain. The transceiver developed in this paper can be applied to the other small weather radar.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.36 no.5_1
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• pp.749-762
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• 2020

Precipitation is closely related to various hydrometeorological phenomena, such as runoff and evapotranspiration. In Korean Peninsula, observing rainfall intensity using weather radar and rain gauge network is dominating due to their accurate, intuitive and precise detecting power. However,since these methods are not suitable at ungauged regions, rainfall detection using satellite is required. Satellite-based rainfall data has coarse spatial resolution (10 km, 25 km), and has a limited range of usage due to its reliability of data. The aim of this study is to obtain finer scale precipitation. Especially, to make the applicability of satellite higher at ungauged regions, 10 km satellite-based rainfall data was downscaled to 1 km data using MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) based cloud property. Downscaled precipitation was verified in urban region, which has complex topographical and environmental characteristics. Correlation coefficient was similar in summer (+0), decreased in spring (-0.08) and autumn (-0.01), and increased in winter (+0.04) season compared to Global Precipitation Measurement (GPM) based precipitation. Downscaling without calibration using in situ data could be useful in areas where rain gauge system is not sufficient or ground observations are rarely available.

• Journal of Wetlands Research
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• v.16 no.1
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• pp.113-124
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• 2014

The observed rainfall may be different along with the altitude of rain gauge, resulting in the fact that the characteristics of rainfall events occurred in urban or mountainous areas are different. Due to the mountainous effects, in higher altitude, the uncertainty involved in the rainfall observation gets higher so that the density of rain gauges should be more dense. Basically, a methodology for the rain gauge network evaluation, considering this altitude effect of rain gauges can account for the mountainous effects and becomes an important step for forecasting flash flood and calibrating of the radar rainfall. For this reason, in this study, we suggest a methodology for rain gauge network evaluation with consideration of the rain gauge's altitude. To explore the density of rain gauges at each level of altitude, the Equal-Altitude-Ratio of the density of rain gauges, which is based on the fixed amount of elevation and the Equal-Area-Ratio of the density of rain gauges, which is based on the fixed amount of basin area are designed. After these two methods are applied to a real watershed, it is found that the Equal-Area-Ratio generates better results for evaluation of a rain gauge network with consideration of rain gauge's altitude than the Equal-Altitude-Ratio does. In addition, for comparison between the soundness of rain gauge networks in other watersheds, the Coefficient of Variation (CV) of the rain gauge density by the Equal-Area-Ratio is served as the index for the evenness of the distribution of the rain gauge's altitude. The suggested method is applied to the five large watersheds in Korea and it is found that rain gauges installed in a watershed having less value of the CV shows more evenly distributed than the ones in a watershed having higher value of the CV.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.4
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• pp.245-255
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• 2015

This study used high density network of integrated meteorological sensor, which are operated by SK Planet, with KMA weather stations to estimate the quantitative precipitation field in Seoul area. We introduced SK Planet network and analyzed quality of the observed data for 3 months data from 1 July to 30 September 2013. As the quality analysis result, we checked most SK Planet stations observed similar with previous KMA stations. We developed the real-time quality check and adjustment method to reduce the error effect for hydrological application by missing and outlier value and we confirmed the developed method can be corrected the missing and outlier value. Through this method, we used the 190 stations(KMA 34 stations, SK Planet 156 stations) that missing ratio is less than 20% and the effect of the outlier was the smallest for quantitative precipitation estimation. Moreover, we evaluated reproducibility of rainfall field high density rain gauge network has $3km^2$/gauge. As the result, the spatial relative frequency of rainfall field using SK Planet and KMA stations is similar with radar rainfall field. And, it supplement the blank of KMA observation network. Especially, through this research we will take advantage of the density of the network to estimate rainfall field which can be considered as a very good approximation of the true value.

• Journal of Satellite, Information and Communications
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• v.12 no.4
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• pp.62-66
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• 2017

In this paper, we present the development of communication and data processing strategy for the electromagnetic wave precipitation gauge system. The electromagnetic wave precipitation gauge system is a small system for deriving area rainfall rates within 1 km radius through dual polarization radar observation at 24GHz band. It is necessary to take consider for measurement of accurate precipitation under limited computing resources originating from small systems and to minimize the use of network for the unattended operation and remote management. To overcome computational resource limitations, we adopted the fuzzy logic for quality control to eliminate non-precipitation echoes and developed the method by weighted synthesis of various rain rate fields using multiple radar QPE formulas. Also we have designed variable data packets rules to minimize the network traffic.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.94-94
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• 2011

최근에 산악지역에서의 국지성 강우에 의한 사고 발생이 증가하고 있고, 2009년에는 북한의 무단 댐방류로 인해 인명피해가 발생함에 따라서 산악이나 북한 지역과 같은 지역의 모니터링이 필요하게 되었으며, 강수량의 기후학적 분포의 특성과 같은 장기적인 강수량 정보가 필요하게 되었다. 레이더는 넓은 영역에 대해서 시 공간적으로 고해상도의 자료를 제공할 수 있기 때문에 국지 규모의 단시간 강수량 정보를 제공하는데 유용하다. 국립기상연구소(National Institute of Meteorological Research; NIMR)는 기존의 층운형 Z-R 관계식(Z=$200R^{1.6}$, Marshall-Palmer, 1948)을 이용한 레이더 강우강도 산출에서 과소추정 문제를 개선하기 위해 레이더-AWS 강우강도(Radar-AWS Rain rate; RAR) 산출 시스템을 개발하여 현재 운영하고 있다. RAR 산출 알고리즘은 각 레이더에 대해서 레이더 강우강도와 지상 AWS 우량계 자료를 비교하여 실시간으로 Z-R 관계식을 산출하여, 레이더 반사도를 강우강도로 변환하고, 이를 합성하여 한반도 영역에 대해서 강우강도 정보를 제공한다. 2010년에는 RAR 자료와 지상 AWS 우량계 자료를 이용하여 레이더-AWS 누적강수량을 산출하는 시스템을 구축하였으며, 현재 시험운영 중에 있다. 본 연구에서는 레이더-AWS 누적강수량의 정확도를 평가하기 위해서 2009년에 대해 레이더-AWS 누적강수량 자료와 지상 AWS 누적강수량 자료에 대해 RMSE, Bias 등의 통계값을 산출하였으며, 북한 지역에 대한 적용가능성을 분석하기 위해서 레이더 관측 반경 내의 북한 지역의 GTS 지점 자료를 이용하여 사례 분석하였다. 본 연구는 레이더 자료를 이용한 지상 관측 공백지역의 강수량에 대한 모니터링을 통하여 이러한 지역의 사고에 대비할 수 있고, 기후학적인 강수량 정보 제공 및 향후 유역별 레이더 면적강수지도 시험판 개발을 통하여 수문 기상 분야에 적용하여 효과적인 물관리에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.23-23
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• 2017

기상레이더는 강우량을 바로 추정하지 못하는 특성으로 인해 정량적 강우산출 과정 중에 다양한 원인으로 인해 불확실성 발생 요소가 존재하나 이를 정량화하고 저감하는데 많은 어려움이 있다. 원인을 살펴보면, 첫째, 기상레이더의 관측에서부터 정량적 강우량 추정까지 일련의 과정에 대한 포괄적으로 불확실성 정량화와 분석이 이루어지지 못하며, 둘째, 전체 불확실성이 어느 정도 되는지 제시하지 못하므로 각 단계별 불확실성이 전체 불확실성 대비 어느 정도 비율이 되는지 제시하지 못한다. 마지막으로 기존 연구들은 불확실성을 줄이고자 여러 방법을 사용하고 있으나 어느 정도 효용성이 있는지 불확실성 측면에서 제시하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 Maximum Entropy(ME)와 Uncertainty Delta Method(UMD)를 이용한 접근방법을 제안하여 기상레이더를 활용하여 정량적 강우량을 추정하는 일련의 과정에서 단계별로 불확실성이 어떻게 전파되는지 추정하였다. 본 연구에서는 한반도 전역을 대상으로 2012년 여름철(6~8월)에 발생한 18개 강우사례를 이용하여 품질관리(Open Radar Product Generator 품질관리 알고리즘, fuzzy 알고리즘), 강우추정(Window Probability Matching Method, Marshall-Palmer 관계식), 후처리보정(Local Gauge Correction 기법, Gauge to Radar ratio 기법)단계만을 수행하였으며, 이 결과를 바탕으로 기상레이더 정량적 강우추정 단계별 불확실성을 정량화하였다. 정량화결과, 최종적으로 관측단계의 불확실성보다 최종 불확실성이 줄어들었으나, 강우추정 단계에서 불확실성이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 어떤 강우추정식을 적용하느냐에 따라 레이더 강우추정결과가 매우 달라질 수 있음을 의미한다. 따라서 본 연구에서 제시한 불확실성 정량화 방법을 통하여 첫째, 전체 및 단계별 불확실성을 정량화할 수 있고, 둘째, 최종 불확실성 대비 각 단계별 불확실성을 비율을 제시할 수 있으며, 마지막으로 수행단계별로 불확실성 전파과정을 파악할 수 있다. 이는 향후 정량적 레이더 강우추정 과정에 있어서 불확실성을 발생시키는 주요 원인파악과 이에 대한 집중적인 투자를 가능하게 한다. 이러한 과정을 통하여 보다 정확한 정량적 레이더 강우추정이 가능할 것으로 판단된다.

• Atmosphere
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• v.29 no.3
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• pp.269-282
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• 2019

While it is important to obtain the accurate information on snowfall data due to the increase in damage caused by the heavy snowfall in the winter season, it is not easy to observe the snowfall quantitatively. Recently, snow measurements using a weighing precipitation gauge have been carried out, but there is a problem that high snowfall intensity results in low accuracy. Also, the observed snowfall data are sensitive depending on wind speed, temperature, and humidity. In this study, a new process of quality control for snow water equivalent (SWE) data of the weighing precipitation gauge were proposed to cover the low accuracy of snow data and maximize the data utilization. Snowfall data (SWE) observed by Pluvio, Parsivel, snow-depth meter using laser or ultrasonic, and rainfall gauge in Cloud Physics Observation Site (CPOS) were compared and analyzed. Applying the QC algorithm including the use of number of hydrometeor particles as reference, the increased SWE per the unit time was determined and the data noise was removed and marked by flag. The SWE data converted by the number concentration of hydrometeor particles are tested as a method to restore the QC-removed data, and show good agreement with those of the weighing precipitation gauge, though requiring more case studies. The three events data for heavy snowfall disaster in Pyeongchang area was analyzed. The SWE data with improved quality was showed a good correlation with the eye-measured data ($R^2$ > 0.73).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.281-285
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• 2007

본 연구에서는 보다 신뢰성 있고 정확한 정량적 강우예측자료를 생성하기 위하여 레이더강우 및 강우수치예보자료를 합성하는 기법을 제시하였고, 레이더 전처리 및 예측시스템, GIS와 연계한 물리적기반의 분포형모형인 Vflo모형 등 최신 수자원 IT기술을 활용하여 홍수기 돌발홍수에 대응한 초단기 정량적 강우-유출예측을 목적으로 향후 실시간으로 적용 가능한 분포형유출예측시스템의 기반을 구축하고자 하였다. 대상유역은 국지적인 고해상도 지형효과를 고려한 QPM이 개발되어 있는 금강권역의 용담댐유역이며, 예측 강우에 대한 호우사상은 2005년 이후 발생한 3개 강우사상을 대상으로 하였다. 한편, 기상 레이더 자료로부터 산정된 강수량의 수문학적 적용을 위하여 DEM, 토지피복도, 토양도 등의 기본 GIS자료들을 수집 및 구축하였고 물리적기반의 분포형모형(Vflo)의 입력인자로 사용하기 위한 12개의 공간분포형 수문매개변수들을 대표적인 GIS 소프트웨어인 ArcGIS 및 ArcView를 활용하여 추출하였으며, Vflo모형의 현업 적용가능성을 오프라인 상에서 검증해보았다. 모형 검증결과, GIS를 이용한 지형, 토양, 토지피복과 같은 물리적 특성을 사용한 모형의 초기 설정을 향상시킴에 의해 첨두유량, 유출량, 첨두도달시간차 등에서 만족할만한 결과를 보여주었다고 사료된다. 레이더 및 수치예보자료와 합성한 4가지의 형태(QPE, JQPE, QPM, BQPF)의 분포형 입력강우를 이용하여 적용해 본 결과 Nowcasting기법을 이용한 JQPF는 자료의 특성상 초기 1시간30분동안은 비교적 양호한 결과를 얻었으나 3시간 전후로 가면서 예측강우의 질이 저하되기 시작하였으나 QPM을 합성함으로써 생산한 BQPF는 보다 신뢰성있고 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과들은 향후 정량적 분포형강우 예측을 이용한 실시간 홍수유출 예측시 댐운영자는 리드타임(홍수선행시간)을 충분히 확보함으로서 안정적이고 예측 가능한 홍수조절을 하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 이와 같이 다양한 단기저수지 유입량의 예측정보 제공으로 다목적댐 저수지 운영모형의 효용성을 제고하여 향후 실제 저수지 유입량 예측에 이용함으로써 저수지 단기운영효율 개선에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.2-2
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• 2015

최근 국지성 집중호우 및 돌발홍수와 같은 급격한 기상변화로 인한 기상재해의 발생빈도가 증가함에 따라 기존 지상 기상관측소로부터 얻어지는 직접탐측 자료보다는 기상레이더와 위성영상 등 원격탐측 자료를 사용한 수문분야의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기상레이더는 넓은 지역에 걸쳐 실시간으로 강수현상 감시가 가능하며 지상우량계로는 파악이 불가능한 미계측 유역을 통과하는 국지적인 호우현상이나 강우장의 이동 및 변화의 파악도 빠른 시간에 가능한 장점이 있다. 본 연구는 기상레이더 공간적 분포와 지상관측소(AWS 및 ASOS) 자료를 연계한 통계적 레이더 강수량 추정(Quantitative Precipitation Estimation, QPE)과 레이더 강수장을 직접 추적하는 강수장 예측(Quantitative Precipitation Forecast, QPF)를 연계한 해석방안을 수립하였으며, 모형 적용과정은 다음과 같다. 첫째, 강우장의 공간적인 이동을 고려하기 위해 강우장으로 부터 이류(advection)패턴을 추출하여 각 강우세포가 가지는 이동방향 및 이동속도를 고려한 강우장 추적기법을 통하여 2시간의 선행시간을 가지는 강우장을 예측하고자 한다. 둘째, 과거 기상레이더 이미지와 지상관측소의 강수 특성을 파악한 후 앞서 예측된 레이더강우장의 형태와 가장 유사한 과거 레이더강우장과 동일 시간대에 지상관측소 강수시계열을 시나리오 형태로 구축한다. 본 연구를 통하여 개발된 기상레이더 영상 이미지 상관분석 기법을 활용한 초단기강우예측은 집중호우시 홍수 예 경보를 위한 수문모형의 입력자료로 활용이 가능하다. 즉, 수문모형과 연계한 고해상도 단기홍수 예측기술 적용이 가능할 것으로 판단되며, 향후 실시간 재해 예 경보에 활용성을 평가하고자 한다.