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관측기술 지원 및 활용 연구(I);이중편파레이더 도입 및 기반연구
Research for the Meteorological Observation Technology and Its Application

  • 사업명

    관측기술 지원 및 활용 연구

  • 과제명

    관측기술 지원 및 활용 연구

  • 주관연구기관

    국립기상연구소

  • 연구책임자

    조천호

  • 참여연구자

    유철환   김정희   남경엽   장복수   고혜영   정찬기   채정훈  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2009-12

  • 과제시작년도

    2009

  • 주관부처

    기상청

  • 사업 관리 기관

    기상청
    Korea Meteorological Administration

  • 등록번호

    TRKO201000000841

  • 과제고유번호

    1365000829

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    The present research is to introduce the data analysis system of X-band dual polarization radar (X-Pol) and the summer intensive ...

    The present research is to introduce the data analysis system of X-band dual polarization radar (X-Pol) and the summer intensive field observation program in order to strengthen the X-Pol data application such as severe weather monitor, improvement of radar rainfall estimates and radar data quality control. And it also deals with the research on the improvement of Very Short-Range Forecast of precipitation system (VSRF), Radar-AWS Rain rate (RAR) system and wind fields retrieval system as a part of development techniques for the meteorological information product using operational radars. These improved systems are operated at the radar operation team in KMA after test and verification.
    The X-Pol of NIMR (National Institute of Meteorological Research) was installed at Muan of Jeollanamdo in May, 2009. The observational environments of X-Pol, the characteristics of instruments, operation method of software and system for data analysis were investigated.
    To verify the X-Pol, the ground observational and verification system was deployed, the summer field observation program was performed the characteristics of each instruments used during field observation period were analyzed. We investigated already developed hydrometeor classification algorithm and applied and analyzed in order to classify the hydrometeor types using X-Pol data.
    To improve the performance of VSRF for localized heavy rainfall predicting, we evaluated the VSRF performance using more accurate rainfall amount derived from improved RAR system which is the initial field of VSRF. The enhanced RAR system uses the rainfall amount obtained from the result of precipitation classification like stratiform/convective type and hence VSRF performance was also improved. Additionally, the forecasting time is reduced to 10-min intervals in order to get the result more quickly for the localized heavy rainfall have short lifetime.
    To enhance the accuracy of quantitative radar-estimated rain rate, the bias correction factor is applied to the existing RAR system. Using the summer heavy rainfall cases in 2008, we found that its accuracy was increased.
    The high-resolution Doppler radar wind field retrieval system was improved after change the spatial resolution from 5 km $\times$ 5 km $\times$ 1 km to 2 km $\times$ 2 km $\times$ 0.5 km. Moreover, the elastic fluid was assumed and we calculated the vertical wind. The calculated radar wind is compared with the wind profiler data and monitored the verification score in real time.


    본 과제는 이중편파레이더 활용 기반 연구를 위해서 이중편파기상레이더 자료분석 시스템 개요, 2009년 하계 집중관측 소개 및 현업레이더 기상 정보 산출기술 개선을 위한 초단기 강수예측시스템 개선, 레이더보정지수를 적용한 레이더 강수...

    본 과제는 이중편파레이더 활용 기반 연구를 위해서 이중편파기상레이더 자료분석 시스템 개요, 2009년 하계 집중관측 소개 및 현업레이더 기상 정보 산출기술 개선을 위한 초단기 강수예측시스템 개선, 레이더보정지수를 적용한 레이더 강수량 산출, 고해상도 도플러 레이더 바람장 산출 시스템 개선 연구를 수행하는 것이다. 개선된 현업레이더 기상정보 산출 시스템은 시험운영을 실시한 후 레이더운영팀에서 현업예보 업무지원을 위해 활용되고 있다.
    2009년 5월에 도입된 국립기상연구소의 연구용 이중편파레이더는 전라남도 무안군에 설치되었다. 도입된 이중편파레이더의 관측 환경, 관측장비의 특성, 소프트웨어 운영방법 및 자료분석 시스템에 대하여 조사하였다.
    이중편파레이더의 검증을 위해서 지상강수 검증시스템 구축하였으며 하계집중관측을 수행하고 관측된 자료를 이용하여 장비간의 특성을 분석하였다. 또한 대기수상체 분류 알고리즘을 소개하고 강수형태 분류를 위해 관측된 이중편파레이더 자료를 대기수상체분류 알고리즘에 적용하여 분석하였다.
    초단시간 강수예측 시스템의 국지성 집중호우에 대한 예측 성능을 높이기 위하여 초기장으로 사용되는 RAR 시스템을 개선하여 예측 성능을 평가하였다. 개선된 RAR 시스템은 층/적운 강수를 분류하여 보다 정확한 강수량 추정을 할 수 있도록 개선하였으며, 초기장의 개선에 따라 초단시간 강수예측 시스템의 예측 성능도 개선되었다. 또한 국지성 집중호우를 즘 더 할리 예측하기 위하여 초단시간 강수예측 시스템의 예측 시간을 10분 간격으로 단축하여 예측 자료를 생산하였다.
    정량적인 레이더 추정 강우강도의 정확도를 향상시키기 위해서 레이더와 AWS 강수량에 대한 보정지수를 실시간으로 산출하여 기존의 레이더-AWS 강우강도 산출 시스템에 적용하였다. 2008년 여름철 사례에 대해 적용하고 사례분석 및 검증한 결과 강우강도의 오차가 감소한 것을 알 수 있었으며, 강우강도가 개선되었다.
    이중 도플러 바람장 산출 시스템 개선연구에서는 이중도플러 바람장 분석 영역을 산출하고 기존의 5 km ${\times}$ 5 km ${\times}$ 1km의 해상도를 2 km ${\times}$ 2 km ${\times}$ 0.5 km의 해상도로 개선하였다. 또한 연직 속도 산출시 대기를 탄성유체로 고려하는 등 레이더 바람자료의 정확성을 향상시켰으며 수직측풍장비의 자료와 비교하여 실시간으로 레이더 바람자료를 검증할 수 있도록 하였다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지...1
    2. 연구보고서...3
    3. 차례...4
    4. CONTENTS...8
    5. LIST OF FIGURES...11
    6. LIST OF TABLES...16
    7. 요약문...18
    8. SUMMARY...19
    9. 제 1 장 서론...22
    10. 제 2 장 이중편파기상레이...
    1. 표지...1
    2. 연구보고서...3
    3. 차례...4
    4. CONTENTS...8
    5. LIST OF FIGURES...11
    6. LIST OF TABLES...16
    7. 요약문...18
    8. SUMMARY...19
    9. 제 1 장 서론...22
    10. 제 2 장 이중편파기상레이더 자료분석 시스템...24
    11. 2.1 서론...24
    12. 2.2 관측 환경...24
    13. 2.2.1 설치 장소 및 환경...24
    14. 2.2.2 주변 지형...25
    15. 2.3 레이더 관측 및 장비구성...27
    16. 2.3.1 레이더 제원 및 관측 스케줄...27
    17. 2.3.2 레이더 장비 구성...28
    18. 2.4 시스템 실행...29
    19. 2.4.1 안테나 제어(Antenna Controller; AC) 시스템...29
    20. 2.4.2 송신기 제어(Tx BITE) 시스템...30
    21. 2.4.3 HiQ 시스템...30
    22. 2.5 자료 처리 및 표출 시스템...32
    23. 2.5.1 자료 처리...32
    24. 2.5.2 TITAN...35
    25. 2.5.3 CIDD...37
    26. 2.6 요약 및 향후계획...41
    27. 제 3 장 2009년 하계 집중관측...42
    28. 3.1 서론...42
    29. 3.2 집중관측 개요...44
    30. 3.2.1 소개...44
    31. 3.2.2 관측 장비...45
    32. 3.3 지상강수검증 관측 결과...49
    33. 3.3.1 비교 관측 결과...51
    34. 3.3.2 이중편파레이더 검증 관측 결과...56
    35. 3.3.3 요약 및 향후계획...57
    36. 3.4 대기수상체분류...58
    37. 3.4.1 자료...58
    38. 3.4.2 방법...59
    39. 3.4.3 분석 결과...63
    40. 3.4.4 요약 및 결론...67
    41. 제 4 장 초단기 강수예측시스템 개발...68
    42. 4.1 서론...68
    43. 4.2 모델개요...69
    44. 4.3 초기장 개선에 따른 예측정확도 향상...70
    45. 4.3.1 레이더-AWS 강우강도의 개선...70
    46. 4.3.2 사례분석...70
    47. 4.3.3 여름철 검증...80
    48. 4.4 1km 해상도 모형을 이용한 실황예측 시스템 구축...82
    49. 4.4.1 시스템 구성...82
    50. 4.4.2 사례 분석...82
    51. 4.4.3 여름철 검증...92
    52. 4.5 요약 및 결론...93
    53. 제 5 장 레이더보정지수를 적용한 레이더 강수량 산출...94
    54. 5.1 서론...94
    55. 5.2 자료...95
    56. 5.3 방법...96
    57. 5.3.1 레이더 반사도 산출...97
    58. 5.3.2 우량계 강우강도 산출...98
    59. 5.3.3 Z-R 관계식 산출...98
    60. 5.3.4 보정 지수 산출...99
    61. 5.3.5 합성 강수장 산출...101
    62. 5.4 분석결과...102
    63. 5.4.1 장마전선 사례...102
    64. 5.5 검증분석...107
    65. 5.5.1 사이트 검증 분석...108
    66. 5.5.2 합성장 검증 분석...109
    67. 5.6 요약 및 결론...110
    68. 제 6 장 이중 도플러 레이더 바람장 산출시스템 개선...111
    69. 6.1 서론...111
    70. 6.2 기상청 도플러 레이더 및 분석영역...112
    71. 6.2.1 한국 기상청 도플러 레이더 네트워크...112
    72. 6.2.2 한반도 분석 영역 산출...114
    73. 6.2.3 이중 도플러 레이더 바람장 산출 이론...118
    74. 6.3 한반도 이중 도플러 레이더 바람장 산출 시스템...120
    75. 6.3.1 자료처리...120
    76. 6.3.2 실시간 이중도플러 레이더 바람장 산출 시스템...123
    77. 6.4 결론 및 향후계획...125
    78. 제 7 장 요약 및 향후 계획...126
    79. 참고문헌...128
    80. 부록 A. 학술용역(Quantitative Precipitation Estimation and Hydrometeor Identification using Dual-Polarization Radar - Phase II...134
    81. 부록 B. 학술용역(레이더 강수 정량화를 위한 우적크기분포 추정연구)...232
    82. 부록 C. 제10회 기상레이더 워크숍...319
    83. 부록 D. 2009년 연구성과...321
    84. 부록 E. 레이더 운영일지...329
    85. 부록 F. 레이더 현업화 시스템 매뉴얼...352
    86. F.1 레이더-AWS 강우강도 산출시스템 매뉴얼...352
    87. F.2 고해상도 초단시간 강수예측시스템 매뉴얼...362
  • 참고문헌

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