레이더레이더 면적강수량면적강수량 산출산출 및및 정확도정확도 분석분석고혜영, 남경엽, 최재천, 최영진

국립기상연구소 응용기상연구과

서 론서 론 분석 결과분석 결과

§ 가뭄 발생을 조기경보하기 위해 누적강수량의 지속적인 감시 필요

§ 가뭄에 대한 관심이 증가함에 따라서 효율적인 물관리를 위해 지상공백지역(북한, 산악

지역 등)에 대한 강수량 정보 필요

§ 선행연구

- 2010년에 레이더-AWS 누적강수량을 산출하여 2009년에 대해 검증을 수행함

à RAR* 시스템의 경우 실시간 강수량 추정에 적합 à 장기간의 누적강수량 산출에 적합한 추정방법 필요

- Overeem et al. (2009)의 연구를 기초로 3가지 방법에 대해 테스트 수행

à (1)고도+ BF , (2) 공간, (3) 공간+BF 보정수행 à 공간보정방법으로 월,연누적강수량산출

§ 공간보정 방법으로 산출한 격자별 레이더 누적강수량 자료를 이용하여 유역별 레이더 면

적강수량을 산출하고 정확도를 분석하고자 함

Ø 배경 및 필요성

Ø 목적

Ø 격자별 레이더 누적강수량

7월 8월 9월 10월 11월 12월

1월 2월 3월 4월 5월 6월

§ 정량적 검증값JAN FAB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOB DEC JUN JUL AUG

자료 및 방법자료 및 방법

<AWS 및 레이더 네트워크(좌:검증, 우:보정)>

Ø 자료

§ 레이더 자료

- QCed 1.5 km CAPPI 반사도 격자자료

- 시/공간해상도 : 10분/ 1x1 km2

- 유효 반경 : 200 km

- 9개 레이더 : 2 C-band, 7 S-band

(광덕산, 관악산, 동해, 오성산, 진도, 면봉산, 구덕산, 고산, 성산)

§ 지상우량계 자료

- 일누적강수량 자료

- 총 642개 지점(검증: 95개 지점-유인관측소, 보정: 547 지점-무인관측소)

Accumulated rainfall(Monthly & Yearly)

Volumetric Reflectivityfor each radar

1 km ×1 km CAPPI at 1.5 kmfrom the sea level (reflectivity)

1. Radar rainfall

QC algorithm1

1 km ×1 km of CAPPI at 1.5 kmfrom the sea level (Rainfall intensity)

M-P relationship2

1 km ×1 km of CAPPI at 1.5 kmfrom the sea level

(daily rainfall, each radar)

1 km ×1 km of CAPPI at 1.5 kmfrom the sea level

(daily rainfall, composites)

Merging3

3. Daily spatial correction (RS)

å

å

=

== N

nnn

crawn

N

nnnn

cS

jiRjiw

jiGjiwjiF

1

1

),(),(

),(),(),(

÷÷ø

öççè

æ -= 2

2 ),(exp),(s

jidjiw nn

km15=s

),(),(),( jiFjiRjiR cS

craw

cS =

Correction factor

Weighting

: Smoothness

: Distance (km) between nth rain-gauge and grid (i,j)),(2 jidn

Corrected radar daily rainfall

G3, R3

(i,j)

d2 d3332211

332211),(RwRwRwGwGwGwjiF

++++

=

< 공간 보정 계수 산출 >

Ø 방법

§ Overeem et al. (2009)를 기본으로 알고리즘 작성

§ 격자별 레이더 누적 강수량 산출 알고리즘

Ø 유역별 레이더 면적강수량

1월 2월 3월 4월 5월 6월

7월 8월 9월 10월 11월 12월

ME(mm) 3.9 2.86 0.41 4.07 5.19 6.77 -11.60 3.89 3.67 6.53 -1.61 1.81

RMSE(mm) 15.96 12.42 12.85 13.88 32.53 32.88 61.12 26.57 11.70 12.35 21.65 11.88

R2 0.17 0.62 0.27 0.35 0.08 0.46 0.54 0.72 0.66 0.60 0.32 0.29

R/G 1.37 1.11 1.01 1.14 1.08 1.07 0.96 1.04 1.12 1.21 0.96 1.09

JAN FAB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOB DEC

ME(mm) 9.57 5.07 3.87 3.66 5.13 9.47 9.60 10.19 9.51 7.93 3.44 4.14

RMSE(mm) 21.02 9.52 8.55 6.58 8.31 14.13 24.99 17.72 17.64 12.73 9.78 7.65

R2 0.14 0.73 0.75 0.92 0.86 0.93 0.90 0.94 0.53 0.66 0.79 0.70

R/G 1.98 1.19 1.12 1.13 1.08 1.10 1.03 1.09 1.32 1.26 1.10 1.19

§ 정량적 검증값

- 전반적으로 경상도 지역에서 강수량이 낮게 나타나며, 서울을 포함한 중부지역과 전라도 지역에서 높은

강수가 나타남

- 격자별 레이더 누적강수량 분포에서는 튀는 값으로 인해 R2가 낮게 나타나지만, R/G 값은 0.96 ~ 1.37로

1월을 제외하고는 높게 나타남

- 유역별 레이더 면적강수량 분포에서는 1, 9월을 제외하고는 R2가 0.6 이상으로 나타나며, 격자별 레이더

누적강수량과 비교하여 낮은 RMSE를 보임

JUN JUL AUG

JUN JUL AUG

* ME : Mean Error , RMSE: Root Mean Square Error

Zhang, J., S. Wang, and B. Clarke, 2004: WSR-88D reflectivity quality control using

horizontal and vertical reflectivity structure. The 11th conference on aviation, range,

and aerospace meteorology. Hyannis, MA., P5.4.

Marshall, J. S., and W. M. Palmer, 1948: The distribution of raindrops with size. J. Atmos.

Sci., 5, 165-166.

Overeem, A, I. Holleman, and A. Buishand, 2009: Derivation of a 10-year radar based

Climatology of rainfall. J. Appl. Meteor. Climat., 48, 1448-1463.

본 연구는 국립기상연구소 주요사업 “시범지역 수문기상기술개발 연구” 및 “관측기술 지원 및

활용 연구” 과제의 지원으로 수행되었습니다.

감사의 글감사의 글

참고 문헌참고 문헌

Daily rainfall of each rain-gauge

2. Rain-gauge rainfall

1 km ×1 km of CAPPI at 1.5 kmfrom the sea level

(daily rainfall, composites)),(2 jidn

(Overeem et al., 2009)

G1, R1

G2, R2d1

1 Zhang et al. (2004)2 Z=200R1.6 (Marshall and Palmer,1948)3 Maximum value

332211

332211),(RwRwRwGwGwGwjiF

++++

=

÷÷ø

öççè

æ -= 2

21

1 expsdw

§ 유역별 면적 강수량 산출

- 유역 : 국토해양부 중권역(117개)

- 지상 강우량 : 티센(Thiessen) 방법 이용

<중권역 및 티센 강수량 산출 영역>

33221133

22

11 PTPTPTP

AAP

AAP

AAMAP ++=++=

321 AAAA ++=

321 ,, TTT : 티센(Thiessen) 계수

: 해당 유역의 총 면적

321 ,, PPP : 지상 강수량

요약 및 향후 계획요약 및 향후 계획Ø 요약

§ 격자 및 유역별 레이더 면적강수량 산출 및 2009에 대해 월별 정확도 분석

- 격자별 : ME가 -11.6 ~ 6.53로 나타나지만, R2가 낮게 나타남

- 유역별 : 1, 9월을 제외하고는 높은 R2(0.66 ~ 0.94) 나타남

- 격자별 레이더 누적강수량의 경우 튀는 값에 대한 보정 필요

- 겨울철에 격자 및 유역별 레이더 면적강수량에 대한 개선 방안 마련이 필요

Ø 향후 계획

§ 레이더 면적강수지도 시험판 구축 및 모니터링

§ 레이더 면적강수지도 개선 연구

- 전반적으로 경상도 지역에서 강수량이 낮게 나타나며, 서울을 포함한 중부지역과 전라도 지역에서 높은

강수가 나타남

- 격자별 레이더 누적강수량 분포에서는 튀는 값으로 인해 R2가 낮게 나타나지만, R/G 값은 0.96 ~ 1.37로

1월을 제외하고는 높게 나타남

- 유역별 레이더 면적강수량 분포에서는 1, 9월을 제외하고는 R2가 0.6 이상으로 나타나며, 격자별 레이더

누적강수량과 비교하여 낮은 RMSE를 보임