이중 편파 레이더 자료를 이용한 강수 추정 알고리즘의 오차 분석

• 영문명: Comparison of Quantitative Precipitation Estimation Algorithms using Dual Polarization Radar Measurements in Korea
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 노성진 임상훈 최신우 황석환 이동률
• 간행물 정보: 『2. 한국방재학회 논문집』14권6호, 105~116쪽, 전체 12쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2014.12.31

국문 초록

강수량의 정확한 추정은 자연 재해의 예측 및 방지를 위해 필수적이다. 최근 강우레이더는 높은 시공간 해상도로 정량적 강수 추정(quantitative precipitation estimation; QPE)을 수행하는 기술로 주목받고 있다. 특히, 레이더의 강수 추정 성능은 다양한 규모에서 여러수문 기상 변수를 관측하는 이중 편파 기술의 도입에 의해 향상되었다. 이중 편파 레이더는 다양한 매개변수를 측정하기 때문에, 기존의 반사도-강수 관계만을 활용하는 단일 편파 레이더에 비해 강수 추정 정확도 향상이 가능하다. 본 연구의 목적은 이중 편파 레이더에대한 대표적인 강수 추정 방법인 JPOLE(Ryzhkov et al., 2005a)와 CSU(Cifelli et al., 2011) 알고리즘의 국내 강우레이더 자료에 대한 적용성 및 불확실성을 평가하는 것이다. 이를 위해 S밴드 이중 편파 레이더인 비슬산 강우레이더의 2012년 호우사상을 대상으로 두 가지 알고리즘을 적용하여 강수를 각각 추정하고, 일별 및 시간별 강수의 시공간 분포 정확성에 대해 지상관측 강수와 비교하였다. 또한 관측지점 별 오차를 분석하여 레이더로부터의 거리 및 관측지점 고도와 레이더 정확도와의 상관성을 분석하였다. 분석 결과, JPOLE 및 CSU알고리즘 모두 표준화된 평균절대오차(nMAE)를 기준으로 일별 강수에 대해 0.23, 시간별 강수 기준으로 0.35 이내의 비교적 정확한 강 수량 추정 결과를 산출하였다. 모든 정확도 평가 지표 및 기준에 대해서 JPOLE 알고리즘이 CSU 알고리즘에 비해 우수한 정확도를 보였으나, 그 차이는 평균제곱근오차(RMSE)를 기준으로 50 mm/day 이상 일별 강수에 대해 5.5 mm(약 17%차이), 10 mm/hr 이상 시간별 강수에 대해 0.6 mm(약 8%차이)였다. 관측소 위치 별 오차 분석 결과, 불확실성이 높은 지점의 위치는 일정한 경향이 없었으나, 지상관측지점이 레이더로부터 거리 60 km, 해발고도 고도 100 m 이내의 조건에서 정확도 높은 관측지점이 존재하였다.

영문 초록

Accurate estimation of precipitation is essential to predict and prevent natural disasters (e.g. flood, landslide, and heavy snowfall). Recently, weather radars have become a popular tool for quantitative precipitation estimation (QPE) with high spatio-temporal resolution.Especially, in the last decade, QPE performance has been improved by introduction of polarimetric technology to observe multiple hydrometeorological variables at various scales. By being able to measure variables such as the differential reflectivity, specific differential phase, and cross-correlation coefficient, the reliability of estimation has significantly improved as compared to the reflectivity-based method (Ryzhkov et al., 2005a). However, QPEs using dual polarization radar data are still subject to uncertainties resulting from rainfall conversion relationships, combination methods of different parameters, and sampling errors. In this study, we assessed the uncertainty and applicability of conventional QPE algorithms, such as JPOLE (Ryzhkov et al., 2005a) and CSU (Cifelli et al., 2011) algorithms, using the dual polarization radar at Mt. Biseul in the south-eastern part of the Korean Peninsula. Analysis results illustrated that the JPOLE algorithm outperformed the CSU algorithm slightly for daily and hourly rainfall analysis using various metrics. The higher accuracy was found in the stations located within less than 60 km from radar and 100 m in the elevation.

목차

1.서론

2.자료 및 분석 방법

3.분석 결과

4.결론

감사의 글

References

키워드

Dual polarization radar Quantitative precipitation estimation JPOLE Algorithm CSU Algorithm 이중 편파 레이더 정량적 강수 추정 JPOLE 알고리즘 CSU 알고리즘