경험적 관계식을 이용한 X밴드 레이더의 정량적 강우 추정 = Quantitative precipitation estimation of X-band radar using empirical relationship

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the occurrences of flash floods have increased due to climate change, faster and more accurate precipitation observation using X-band radar has become important. Therefore, the Ministry of Environment installed two dual-pol X-band radars at Samcheok and Uljin. The radar data used in this study were obtained from two different elevation angles and composed to reduce the shielding effect. To obtain quantitative rainfall, quality control (QC), KDP retrieval, and Hybrid Surface Rainfall (HSR) methods were sequentially applied. To improve the accuracy of the quantitative precipitation estimation (QPE) of the X-band radar, we retrieved parameters for the relationship between rainfall rate and specific differential phase, which is commonly called the R-KDP relationship; hence, an empirical approach was developed using multiple rain gauges for those two radars. The newly suggested relationship, R = 27.4K0.81DP, slightly increased the correlation coefficient by 1% more than the relationship suggested by the previous study. The root mean square error significantly decreased from 3.88 mm/hr to 3.68 mm/hr, and the bias of the estimated precipitation also decreased from -1.72 mm/hr to -0.92 mm/hr for overall cases, showing the improvement of the new method.

국문 초록 (Abstract)

기후변화로 인한 돌발홍수의 발생 빈도 증가에 따라 X밴드 레이더를 이용한 보다 빠르고 정확한 강수 관측이 중요해지고 있다. 이에 환경부는 삼척과 울진에 2기의 이중편파 X밴드 레이더를 설치했다. 본 연구에서는 차폐 효과를 최소화하기 위해 설치된 2기의 각 레이더에서 2개의 고도각 관측을 수행한 뒤 얻어진 관측자료를 합성하여 정량강우를 산정하였다. 정량강우산정을 위해서 먼저 품질관리(QC) 기법을 적용한 뒤 비차등위상차(KDP)를 산출하고 하이브리드 고도면 강수추정(HSR) 기법을 적용하였다. 본 연구에서는 산출된 KDP를 이용해 R-KDP 관계로 불리는 강우강도와 비차등위상차의 관계식을 적용하여 얻어지는 정량적 강우추정(QPE)의 정확도 상승을 위해 해당 관계식의 매개변수를 추정했다. 매개변수 추정을 위해서 여러 개의 강우량계와 레이더 자료를 바탕으로 경험적 방법을 개발하였다. 새로 제안된 매개변수를 이용한 관계식(R = 27.4K0.81DP)은 관측된 강수량에 대해 추정된 강수의 상관계수를 선행연구대비 1% 정도 약간 상승시켰다. 마찬가지로, 제곱평균 제곱근오차는 3.88 mm/hr에서 3.68 mm/hr로 감소했고 편차는 -1.72에서 -0.92로 상관계수보다 유의미하게 감소해 정확도가 상승했음을 보였다.

참고문헌 (Reference)

1 이건행 ; 임상훈 ; 장봉주 ; 이동률, "분포형 비차등위상차를 이용한 S-밴드 이중편파레이더의 정량적 강우 추정" 한국수자원학회 48 (48): 57-67, 2015

2 Chen, H., "Urban hydrological applications of dual-polarization X-band radar:Case study in Korea" 22 (22): E5016001-, 2017

3 Testud, J., "The rain profiling algorithm applied to polarimetric weather radar" 17 (17): 332-356, 2000

4 Seed, A. W., "The impact of radar and raingauge sampling errors when calibrating a weather radar" 3 (3): 43-52, 1996

5 Lim, S., "Small weather radar application for flash flood management" 45 (45): 8-14, 2012

6 Lim, S., "Rain microphysical properties based on radar observation in Korea" 1-2, 2014

7 Wang, Y., "Quantitative precipitation estimation in the CASA X-band dual-polarization radar network" 27 (27): 1665-1676, 2010

8 Zhang, Y., "Projection of changes in flash flood occurrence under climate change at tourist attractions" 595 : 126039-, 2021

9 Lim, S., "Precipitation classification and quantification using X-band dual-polarization weather radar: Application in the hydrometeorology testbed" 30 (30): 2108-2120, 2013

10 Alexander Ryzhkov, "Polarimetric Radar Quantitative Precipitation Estimation" MDPI AG 14 (14): 1695-, 2022

11 Ciach, G. J., "On the estimation of radar rainfall error variance" 22 (22): 585-595, 1999

12 Lee, D., "KICT hydrologic radar and flash flood forecasting service in the capital area of Korea" 65 (65): 12-18, 2017

13 윤정수 ; 황석환 ; 이동률 ; 오병화, "KICT X밴드 이중편파레이더의 레이더 강우량에 대한 정량적 평가" 한국방재학회 18 (18): 329-337, 2018

14 Kundzewicz, Z. W., "Flood risk and climate change: Global and regional perspectives" 59 (59): 1-28, 2014

15 Intergovernmental Panel on Climate Change, "Climate Change 2021: The Physical Science Basis" Cambridge University Press 2021

16 Yue Zhang, "Assessment of future flash flood inundations in coastal regions under climate change scenarios—A case study of Hadahe River basin in northeastern China" Elsevier BV 693 : 133550-, 2019

17 Ministry of Interior and Safety, "2020 disaster statistics" 2020