연구용 X-band 이중편파 레이더를 이용한 강수량

연구용 X-band 이중편파 레이더를 이용한
강수량 추정 사례분석
,
강미영, 남경엽, 최재천, 최영진
국립기상연구소 응용기상연구과
소개
자료
§ 이중편파레이더는 반사도(ZH)뿐만 아니라 차등반사도(ZDR), 비차등위상차
(KDP), 상관계수(rHV)등의 편파변수의 산출로 레이더 자료품질의 개선과 강수에
코(snow, ground clutter, insects, birds, chaff)등의 구별에 도움되며, 이중편파
레이더의 가장 큰 장점은 정량적 강수추정에서 상당한 개선을 나타낸다
(Ryzhkov et al., 2005).
NIMR-X 105km
NIMR X-band Dual -Pol Radar at
Muan
§ 이중편파 레이더를 이용한 검증결과에서 단일 편파레이더보다 강수추정에서
상당한 개선을 보여주었다. 그러나 개선의 정도나 최적의 편파 관계를 산출하는
것은 각기 지역에 따라 달랐다 (Ryzhkov et al. 2000, Brandes et al. 2001,
May et al. 1999, Matrosov et al. 20002). 따라서 강우형태와 지역의 특성을
고려하여 정량강수추정을 하고 있다.
NIMR –JINDO Radar
distance : 67 km
Kwangju
Sounding
JINDO 250km
Jindo S-band Radar
Table1. Specifications of the NIMR X-band Polarimetric radar.
§ 국립기상연구소에서는 이중편파 레이더변수의 산출과 대기 수상체 분류를
포함한 강수추정 정확도 향상을 위해 2009년과 2010년
여름철 집중관측을 실시하였다(NIMR, 2009, 2010).
§ 본 연구에서는 NIMR X-band 이중편파레이더를 이용한 강수정량추정 알고리
즘의 개선을 위해 지상 AWS 자료를 이용한 편파관계식의 계수 산출에 앞서
AWS 우량자료와 이중편파 강수 추정 값을 비교 하였으며, 단일편파 레이더의
강수정량 추정 값과 비교 분석하였다.
Parameter
Characteristics
Peak Power
Frequency
250 KW (125 KW simultaneous H/V)
9360 MHz (X-band, λ=3.2cm)
Beam width (one-way 3 dB)
1o
Beam spacing
150 m
Antenna gain
>44.6 dB
Pulse width
0.2 ~ 2 μsec (0.2 μsec steps)
Side lobes (co-polar)
< -28 dB
Polarization switching
None (SHV with parallel receivers)
36°/sec velocity (6 rpm)
36°/sec2 acceleration
Max. Scanning Speed
l 방위각/거리 해상도 1 degree/150m, 관측반경:105km/65km
l 레이더 관측 반경 내에 존재하는 81개의 AWS 15분 누적강수의 강우강도자료
를 이용 강우량 추정의 정확도 비교 검증
l 이중편파 레이더 자료는 1.5 km 고도의 공간해상도 1kmx1km의 CAPPI
(Constant Altitude Plan Position Indicator)격자 자료를 이용
l AWS 지점 위 레이더 격자(9gates)에서 공간적으로 평균된 각각의 R(Z),
R(Corrected Z), R(KDP)를 이용
이중편파 레이더 강수추정
n 이중편파 레이더 강수추정 알고리즘(NIMR2009)
l 입력 변수
n NIMR-X 이중편파 강수량 추정 결과
l 사례1 (무안 2010.7.2 1015 LST)
• Radar reflectivity factor at horizontal polarization
ZH (dBZ)
§ AWS
§ JINDO
S-band
Radar
• Differential reflectivity ZDR, (dB)
• Total differential phase FDP (deg)
• Cross-correlation coefficient between radar
signals at horizontal and vertical polarizations rHV
l 이중편파 레이더 전처리 과정
§ Unfolding of F DP Radial smoothing
§ Correction of ZH and ZDR for bias
§ Correction of ZH and ZDR for attenuation
§ Computing specific differential phase KDP
l 사례2 (무안 2010.7.11 0530 LST)
§ AWS
l 이중편파 강수량 추정 산출식
* Criteria (R corresponds to about 5 mm/hr)
l 분석 사례
§ 2010년 7월 2일과 11일 두사례 모두 장마전선의 영향을
받은 경우로 2일은 Bright Band가 나타나지 않았고 남서
-북동 방향의 강수밴드형태로 에코가 무안을 통과하였다.
§ JINDO
S-band Radar
§ 7월 11일은 관측반경은 65km 이며 레이더 반경내 강한
에코가 넓게 존재하였고, Bright Band가 나타난 사례이다.
§ . 강수정량 분석에 앞서 감쇠보정은 NIMR(2009)에 의해
보정된 자료와 변수를 이용하여 강우량을 추정하였다.
§ 강우량의 추정 정확도를 비교하기 위해 사례1의 레이더
관측 반경 내(105km)에 존재하는 81개의 AWS 자료와
사례2의 관측반경(65km)에 존재하는 34개의 AWS자료를
이용하여 비교 검증 하였다.
요약
감사의 글
1.본 연구에서는 이중편파레이더를 이용한 강수추정 값과 지상 AWS강우량의 비교 분석 결과 편파
알고리즘이 기존 R(Z)알고리즘에 비해 다소 향상된 결과를 보였다.
본 연구는 국립 기상연구소 주요사업“ 관측기술 지원 및 활용연구” 과제의 지원으로 수행되었다.
2.두 사례 모두 AWS 강수분포 비교결과 감쇠 보정된 R(Z) 추정 값은 과대추정의 경향을 보였으며,
AWS 우량과 비교한 결과 R(Corrected Z), R(KDP) 강수 추정 값이 R(Z) 추정 값보다 잘 일치하는
것을 알 수 있다.
3.진도에 위치한 S-밴드 단일 편파 레이더(PPI(1.19 degree)) 강수 추정량과 비교시 AWS 강수분
포보다 다소 낮게 추정되는 경향을 보인다.
향후 계획
1.다양한 강수 data를 축적하여, 이중편파변수의 에러 및 문제점을 우선 해결하고, 강우 감쇠보정
알고리즘을 개선하는 등의 연구를 수행하고자 한다.
2. 이중편파 변수를 이용한 강수 유형(눈,비,우박)구분 결과에 따른 강수량 추정 관계식을 각각 적
용하여 강수량 추정 정확도를 평가 해보고자 한다.
3. 현업 단일 편파레이더의 정량적 비교시에는 동일 거리에서의 값과 비교하여, RAR를 이용한
정확도 높은 값을 이용하여 편파레이더 추정량 향상을 테스트 해보고자 한다.
참고문헌
§ 국립기상연구소, 2009: 이중편파레이더 도입 및 기반 연구,pp349
§ Brandes, E.A., A.V. Ryahkov, and D. S. Zrnic, 2001: An evaluation of radar rainfall estimates from specific
differentail phase. Journal of Atmos. Oceanic Technol., 18, 363-375.
§ Matrosov, S. Y., K. A. Clark, B. E. Martener, and A. Tokay, 2002: Measurements of rainfall with polarimetric Xband radar. Journal of Applied Meteorology, 41, 941-952.
§ May, P., T. D. Keenan, D. Zrnic , L. Carey, and S. Rutledge, 1999: Polarimetric radar measurements of
tropical rain at 5-cm wavelength. Journal of Applied Meteorology, 38, 750-765.
§ NIMR, 2009: Quantitative precipitation mation and hydrometeor identification using dual-polarization radar Phase II. pp74.
§ Ryzhkov, A., D. S. Zrnic, and R. Fulton, 2000: Areal rainfall estimates using differentail phase. Journal of
Applied Meteorology, 39,263-268.
§ Ryzhkov, A., and Scott E. Giangrande, and Terry J. Schuur., 2005: Rainfall Estimation with a Polarimetric
Prototype of WSR-88D. Journal of Applied Meteorology, 44, 502-515.