Study on Rainfall Characteristics Based on Wind Profiler Data

국문 초록 (Abstract)

밝은띠는 강수 구름 내의 얼음 입자가 녹는층을 통과하며 부분 용융 및 형태 변화가 일어날 때 형성되는 반사도 강화 구간으로, 층운형 강수의 대표적인 특징이다. 본 연구는 2022–2023년 동안 우리나라 백령도, 북강릉, 창원에서 운영한 윈드프로파일러 관측자료를 이용하여 밝은띠의 고도를 탐지하고, 그 신뢰성을 평가하였다. 또한 지역별·월별 강우 연직 구조 특성을 분석하였다. 원시 스펙트럼으로부터 산출한 신호대잡음비(SNR)와 연직시선속도(w)가 밝은띠에서 나타나는 특성을 기반으로 밝은띠 최고점과 최저점 고도를 단계적으로 산출하였으며, 동일 시각의 S-밴드 기상레이더 QVP (Quasi-Vertical Profile) 밝은띠 고도 및 라디오존데 0 °C 등온선 고도와 비교하였다. 그 결과, 윈드프로파일러 기반 밝은띠 고도는 전반적으로 QVP 및 라디오존데 관측과 잘 일치하였으며, 차이가 크게 나타난 사례는 주로 관측 방식 차이에 기인하였다. 세 지역 모두 밝은띠 발생은 여름철에 집중되었고, 밝은띠 고도는 겨울철에 가장 낮고 여름철에 가장 높아지는 뚜렷한 계절 변동을 보였다. 밝은띠 두께는 백령도에서 상대적으로 크게 나타났으며, 이는 안정한 대기 구조 하에서 녹는층이 완만하게 형성되는 특성과 연관된 것으로 해석된다. 또한 밝은띠 두께가 증가할수록 밝은띠 최저점 부근의 연직시선속도가 빨라지는 공통 경향이 나타났으며, 이는 녹는층 하부에서 상대적으로 큰 강수입자가 우세해지는 미세물리적 특성을 반영한다. 밝은띠 사례에 한정한 SNR CFAD 분석에서는 지역과 월에 따라 연직 분포 구조의 특징이 확인되었고, 이는 지역별 강수 환경과 계절적 강수 특성 차이를 반영하는 결과로 해석된다. 본 연구는 국내 윈드프로파일러 자료를 활용하여 밝은띠를 정량적으로 탐지하고 교차 검증함으로써, 밝은띠 조건 하에서 강우 연직 구조와 강수입자 특성의 지역적·계절적 차이를 관측 자료에 기반해 제시하였다는 점에서 의의를 가진다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Observations and Methods 6
• 1. Instruments 6
• 1.1. Wind Profiler 6
• 1.2. S-band Dual-Polarization Weather Radar QVPs 10
• 1.3. Radiosonde 12
• 2. Site Characteristics 13
• 3. Methodology 20
• 3.1. Processing of Raw Spectrum Files 20
• 3.2. Bright-Band Height Estimation Method 22
• 3.2.1. Initial Bright-Band Height Estimation 22
• 3.2.2. Peak Existence Check 24
• 3.2.3. Validation Based on SNR and Vertical Radial Velocity Thresholds 27
• 3.2.4. Validation Based on Vertical Radial Velocity at the Bright-Band Top and Bottom 30
• 3.2.5. Additional Validation Using Vertical Radial Velocity near the Bright-Band Bottom 30
• Ⅲ. Results 38
• 1. Comparison of Bright-Band Estimation 38
• 1.1. Analysis of Differences in Bright-Band Estimation 38
• 1.2. Comparison of Bright-Band Heights 43
• 2. Regional Characteristics of Bright Bands 58
• 2.1. Monthly Frequency of Bright-Band Occurrence 58
• 2.2. Monthly Variations in Bright-Band Height and Thickness 62
• 3. Bright-Band-Based Analysis of Rainfall Structure and Particle Characteristics 67
• 3.1. Relationship between Bright-Band Thickness and Vertical Radial Velocity 68
• 3.2. Precipitation Particle Characteristics Based on Vertical Radial Velocity and SNR 70
• 3.3. Case Analysis of Rainfall Development 76
• 3.3.1. Changwon Case on 5 September 2022 76
• 3.3.2. Bukgangneung Case on 20 September 2023 79
• 4. SNR CFAD-Based Analysis of Bright-Band Precipitation Structure 81
• 4.1. Baengnyeongdo 84
• 4.2. Bukgangneung 87
• 4.3. Changwon 91
• 4.4. Integrated Comparison of SNR CFAD Characteristics among the Three Regions 94
• Ⅳ. Conclusions 97
• References 102