• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.78-78
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• 2017

강우레이더 관측의 정확도는, 호우의 강도나 형태와 같은 기상학적 조건(변동 오차 요소) 외에도, 관측 지점의 레이더로부터의 거리, 고도, 관측유역의 형태나 크기 등 다양한 관측환경 조건(고정 오차 요소)에 의해서도 달라질 수 있기 때문에, 강우레이더 관측의 오차 성분을 정량화할 필요가 있다. 본 연구에서는 거리와 고도에 의한 오차 특성을 이중편파 변수의 특성을 이용하여 실증적으로 분석하였고, 이를 통해 감쇠의 영향과 산지효과(또는 지형효과)로 인한 오차 규모를 정량적으로 산정 비교하였다. 거리가 멀어짐에 따라 고도도 높아지기 때문에 QPE 불확실도의 거리와 고도에 따른 성분을 구분하는 것은 매우 어려운데, 거리에 대한 불확실도 성분이 매우 작은 R(KDP)를 이용한다면 효과적으로 분리가 가능하다. 이러한 원리를 이용하여, 관측 거리에 따른 오차가 매우 작은 R(KDP)를 기준으로 관측 거리에 따른 오차와 고도에 따른 오차를 분리하여 표준화[Z-score] 하였다. R(Z)의 경우는 관측 고도와 거리에 따른 오차가 중첩되어 나타나나, R(KDP)는 거리에 따른 오차는 거의 나타나지 않으므로 이를 기본 가정으로 하여 R(Z)와 R(KDP) 관계로부터 관측 고도에 따른 오차 성분만 분리하였다. 분리 결과, 관측 거리에 따른 표준 오차의 경우 100km 까지는 대략 10%(0.1) 이하로 나타났으나, 150km 이상에서는 30%(0.3)를 초과하는 것으로 나타났다. 관측 고도에 따른 표준 오차의 경우 2~3번째 고도각 까지는 대략10%(0.1) 이하로 나타났으나, 3번째 고도각 이상에서는 20%(0.2), 4번째 고도각 이상에서는 50%(0.5)를 초과하는 것으로 나타나, 고도에 의한 영향이 거리에 의한 영향보다 민감하게 나타났다. 1번째 고도각에서는, 100km 이내 근거리에서 관측 거리가 가까워질수록 오차가 증가하는 경향을 보이는데, 이는 저고도 빔 간섭(빔 차폐) 등의 영향으로 추정되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.176-176
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• 2011

전 세계적으로 국지성 집중호우의 발생이 증가하고 있다(건설교통부, 2007 ; 김광섭과 김종필, 2008). 특히, 국내의 경우 급속한 도시화에 의한 기상 변화의 영향으로 서울 및 중소도시 지역에 집중호우의 발생이 크게 증가하였고, 산악지역에 발생한 강도 높은 집중호우로 인하여 돌발홍수의 발생 또한 급증하고 있다. 이처럼 집중호우는 단시간에 큰 강우강도를 동반하여 돌발홍수를 유발할 뿐만 아니라 잦은 발생으로 인하여 막대한 재산 손실과 인명 피해를 초래하고 있다(유철상 등, 2007a). 현실적으로 이러한 이상호우에 의한 피해를 원천적으로 방지하는 것은 불가능하다. 그러나 어느 정도(accuracy) 이상의 강우예측이 전제된다면 피해의 규모를 크게 줄일 수 있는 것이 또한 사실이다(유철상 등, 2007b). 집중호우로 인한 피해의 주범은 수 시간이내에 발생하는 돌발홍수로서 이에 대한 피해를 최소화하기 위해서는 정확한 초단기예측 강우가 절실한 상황이다. 이에 본 연구에서는 초단기예측 강우의 보정을 목적으로 G/R 비를 예측하였다. 먼저, 강우의 임계치와 누적시간에 따른 G/R 비의 특성변화를 검토하여 G/R 비 산정방법을 개선하였다. 초단기예측 강우로 캐나다 McGill 대학교에서 개발된 MAPLE 예측강우를 사용하였으며, 이를 보정하기 위하여 칼만 필터를 이용하여 G/R 비를 실시간으로 예측하였다. 이러한 분석은 레이더 자료의 품질이 가장 양호할 것으로 판단되는 내륙지역을 대상으로 하였다. 결과적으로 강우의 임계치와 누적시간의 고려를 통해 안정화된 G/R 비의 산정이 가능하였으며, 이를 이용함으로서 예측 G/R 비의 정확성이 보다 향상되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.35 no.1
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• pp.25-36
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• 2002

Window Probability Matching Method(WPMM) is achieved by matching identical probability density of rain intensities and radar reflectivities taken only from small window centered about the gage. The equation of $Z_{e}-R$ relationship is obtained and compared with data between a DWSR-88C radar and high density rain gage networks within 150km from radar site in summer season, 1998. The probability density of radar effective reflectivity is distributed with high frequency near 15dBZ. The frequency distribution of rain intensities shows that rain intensity is lower than 10mm/hr in most part of radar coverage area. As the result of $Z_{e}-R$ relationship using WPMM, curved line has shown to the log scale spatially and it can be explained more flexible than any straight-line power laws at the transformation to the rainfall amount from $Z_e$ value. During 3 months, total radar cumulative rainfall amount estimated by $Z=200R^{1.6}$ and WPMM relationships are 44 and 80 percentages of total raingage amount, respectively. Therefore, $Z_{e}-R$ relationships by WPMM may be widely needed a statistical method for the computation of accumulated precipitation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.383-383
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• 2021

강수는 수자원 분석 및 지리학적 연구에 가장 핵심적으로 쓰이는 수문인자이며, 최근 기후변화와 방재 관련한 다양한 연구에서 정확한 강수자료의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 강수는 지표에서의 유출, 침투, 증발 등 다양한 수문현상으로 이어지므로, 수문순환, 물수지 분석에 있어 강우강도 등 강수 발생 양상과 유형에 대한 정확한 자료는 필수불가결하다. 강수량은 Automatic Weather Station (AWS)을 통해 비교적 정확하게 측정되고 있으나, 이러한 계측자료는 기상학적, 지형적 영향을 크게 받으며 대표성이 좁다는 단점을 가지고 있어 유출 및 기후 등 공간적 범위를 대상으로 한 연구에 활용하기에 한계점을 가지고 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 지상강우레이더를 통한 국지적 강수자료 및 인공위성 기반 전 지구적 강수 관측 자료가 활용되고 있다. 특히 인공위성을 활용한 강우 측정방법은 미계측 유역에서 수자원 측정 및 관리 계획을 세우거나 전 지구적으로 장기적 변화를 분석하는데 있어 가장 활용도가 높다. National Aeronautics and Space Administration (NASA)의 Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)을 포함한 기존 강수측정 보조 위성에 더하여 2014년 Global Precipitation Measurement (GPM) 핵심 위성이 발사된 이후 다양한 기관에서 여러 인공위성을 결합한 강수 산출물들을 제공하고 있다(NASA-IMERG, JAXA-GSMAP, NOAA-CMORPH). 본 연구에서는 세 가지 위성 기반 강수 자료의 산출 알고리즘을 비교□분석하고, 강우강도에 따른 산출물들의 정확도를 평가하였다. 본 연구결과는 높은 강우강도 발생 시 나타나는 위성 강수자료의 불확실성을 개선하는 데 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 이후 신뢰도 높은 다중 위성 융합 강수 산출물을 구현하기 위한 바탕이 될 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.37 no.7
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• pp.420-433
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• 2016

The purpose of this study is to improve the calibration matrixes of 2-D and 3-D convective rainfall rates (CRR) using the brightness temperature of the infrared $10.8{\mu}m$ channel (IR), the difference of brightness temperatures between infrared $10.8{\mu}m$ and vapor $6.7{\mu}m$ channels (IR-WV), and the normalized reflectance of the visible channel (VIS) from the COMS satellite and rainfall rate from the weather radar for the period of 75 rainy days from April 22, 2011 to October 22, 2011 in Korea. Especially, the rainfall rate data of the weather radar are used to validate the new 2-D and 3-DCRR calibration matrixes suitable for the Korean peninsula for the period of 24 rainy days in 2011. The 2D and 3D calibration matrixes provide the basic and maximum CRR values ($mm\;h^{-1}$) by multiplying the rain probability matrix, which is calculated by using the number of rainy and no-rainy pixels with associated 2-D (IR, IR-WV) and 3-D (IR, IR-WV, VIS) matrixes, by the mean and maximum rainfall rate matrixes, respectively, which is calculated by dividing the accumulated rainfall rate by the number of rainy pixels and by the product of the maximum rain rate for the calibration period by the number of rain occurrences. Finally, new 2-D and 3-D CRR calibration matrixes are obtained experimentally from the regression analysis of both basic and maximum rainfall rate matrixes. As a result, an area of rainfall rate more than 10 mm/h is magnified in the new ones as well as CRR is shown in lower class ranges in matrixes between IR brightness temperature and IR-WV brightness temperature difference than the existing ones. Accuracy and categorical statistics are computed for the data of CRR events occurred during the given period. The mean error (ME), mean absolute error (MAE), and root mean squire error (RMSE) in new 2-D and 3-D CRR calibrations led to smaller than in the existing ones, where false alarm ratio had decreased, probability of detection had increased a bit, and critical success index scores had improved. To take into account the strong rainfall rate in the weather events such as thunderstorms and typhoon, a moisture correction factor is corrected. This factor is defined as the product of the total precipitable waterby the relative humidity (PW RH), a mean value between surface and 500 hPa level, obtained from a numerical model or the COMS retrieval data. In this study, when the IR cloud top brightness temperature is lower than 210 K and the relative humidity is greater than 40%, the moisture correction factor is empirically scaled from 1.0 to 2.0 basing on PW RH values. Consequently, in applying to this factor in new 2D and 2D CRR calibrations, the ME, MAE, and RMSE are smaller than the new ones.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.48 no.1
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• pp.57-67
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• 2015

One of main benefits of a dual polarization radar is improvement of quantitative rainfall estimation. In this paper, performance of two representative rainfall estimation methods for a dual polarization radar, JPOLE and CSU algorithms, have been compared by using data from a MOLIT S-band dual polarization radar. In addition, this paper presents evaluation of specific differential phase ($K_{dp}$) retrieval algorithm proposed by Lim et al. (2013). Current $K_{dp}$ retrieval methods are based on range filtering technique or regression analysis. However, these methods can result in underestimating peak $K_{dp}$ or negative values in convective regions, and fluctuated $K_{dp}$ in low rain rate regions. To resolve these problems, this study applied the $K_{dp}$ distribution method suggested by Lim et al. (2013) and evaluated by adopting new $K_{dp}$ to JPOLE and CSU algorithms. Data were obtained from the Mt. Biseul radar of MOLIT for two rainfall events in 2012. Results of evaluation showed improvement of the peak $K_{dp}$ and did not show fluctuation and negative $K_{dp}$ values. Also, in heavy rain (daily rainfall > 80 mm), accumulated daily rainfall using new $K_{dp}$ was closer to AWS observation data than that using legacy $K_{dp}$, but in light rain(daily rainfall < 80mm), improvement was insignificant, because $K_{dp}$ is used mostly in case of heavy rain rate of quantitative rainfall estimation algorithm.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.9
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• pp.679-686
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• 2022

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), K_DP 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-K_DP relationship; hence, an empirical approach was developed using multiple rain gauges for those two radars. The newly suggested relationship, R = 27.4K^0.81_DP, 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.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.33 no.2
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• pp.113-125
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• 2012

The estimations of the surface rain intensity and rain-related physical variables derived from two independent Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite sensors, TRMM Microwave Imager (TMI) and Precipitation Radar (PR), were compared over four different oceans. The precipitating clouds developed most frequently in the warmest sea surface temperature (SST) region of the west Pacific, which is 1.5 times more frequent than in the east Pacific and the tropical Atlantic oceans. However, the east Pacific exhibited the most intense rain intensity for the convective and mixed rain types while the tropical Atlantic showed the most intense rain intensity for all TMI rainy pixels. It was found that the deviation of TMI-derived rain rate yielded a big difference in region-to-region and rain type-to-type if the PR rain intensity value is assumed to be closer to the truth. Furthermore, the deviation by rain types showed opposite signs between convective and non-convective rain types. It was found that the region-to-region deviation differences reached more than 200% even though the selected tropical oceans have relatively similar geophysical environments. Therefore, the validation for the microwave rain estimation needs to be performed according to both rain types and climate regimes, and it also requires more sophisticated TMI algorithm which reflects the locality of rainfall characteristics.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.678-682
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• 2012

본 연구는 한국건설기술연구원의 주요사업인 "산지하천 유역의 홍수예측을 위한 수문조사(2011~2015년)"의 Test-bed 유역중의 하나인 설마천 유역(경기도 파주시 적성면)을 운영하면서 신뢰성 있는 수문자료를 지속적으로 획득함과 동시에 산지하천 유역의 홍수량 예측과 재해방지 설계기법을 개선하고 수문정보를 제공하는데 있다(Test-bed 유역중의 또 하나인 차탄천 유역은 2011년 수문관측 기반구축 완성). 이를 위하여 2011년에도 지속적인 수문조사를 하였으며, 수문자료의 품질 향상을 위한 관측기기의 유지관리와 수집된 자료의 처리절차를 통하여 신뢰성 있는 수문자료를 생성하고, 이들 자료를 바탕으로 유역의 수문특성을 분석하였다. 또한 홍수량 예측과 재해방지 설계기법 개선을 위해서는 관련 기술조사, 평가와 취약 설계인자를 도출하였으며, 정량화를 위한 시험 및 조사방법을 결정하는 과정을 진행하고 있다. 설마천-차탄천 수문정보시스템(http://seolmacheon.kict.re.kr)은 Test-bed 유역(설마천 유역 이외에 차탄천 유역 포함)에서 생성되는 수문자료를 수집, 저장, 공유하는 기능을 포함하고, 홍수예측 모형(집중형 모형)과 강우레이더 자료(RDAPS 자료)를 결합한 산지하천의 홍수예측을 모의할 수 있는 기능을 추가하였으며, 향후 모의의 정도를 개선하고자 다른 모형과 다른 강우레이더 자료 도입을 목표로 진행할 예정이다. 그리고 Test-bed 유역을 기반으로 한 홍수량 예측 모형의 적용성 평가를 통해 중 소규모 산지하천 유역에 적합한 실시간 홍수예보 시스템 개발과 유역 수문조사 지침서 작성을 통해 가이드를 제시하고자 한다. 2011년 설마천 유역에서 생성된 자료로는 6개 우량관측소의 우량자료, 2개 수위관측소의 하천수위 및 지하수위, 유량측정성과 등이 있으며, 이로부터 산정된 유역평균우량과 유량자료 등이 있다. 확정된 강우-유출자료를 이용하여 강우의 호우사상 분석(강우강도, 지속기간), 강우의 지속기간별 최대강우량, 강우의 시 공간 분포 특성 분석, 월별 유출 및 주요 호우사상의 유출특성 분석 등 기본적인 강우-유출 특성을 분석하였다. 그리고, 유량측정성과의 불확실도 분석을 통하여 측정한 유량자료의 정확도를 제고하였다. 설마천 유역에서 축적된 수문자료는 자료의 공유를 통하여 자료의 검증을 확보함과 동시에 연구성과가 수자원 개발 분야에 활용되기 위해서는 지속적이고 안정적인 자료확보와 수문관측 기술개발을 위한 노력과 투자가 더욱더 필요한 상황이다.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.36 no.1
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• pp.109-124
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• 2015

A novel approach, hybrid surface rainfall (KNU-HSR) technique developed by Kyungpook Natinal University, was utilized for improving the radar rainfall estimation. The KNU-HSR technique estimates radar rainfall at a 2D hybrid surface consistings of the lowest radar bins that is immune to ground clutter contaminations and significant beam blockage. Two HSR techniques, static and dynamic HSRs, were compared and evaluated in this study. Static HSR technique utilizes beam blockage map and ground clutter map to yield the hybrid surface whereas dynamic HSR technique additionally applies quality index map that are derived from the fuzzy logic algorithm for a quality control in real time. The performances of two HSRs were evaluated by correlation coefficient (CORR), total ratio (RATIO), mean bias (BIAS), normalized standard deviation (NSD), and mean relative error (MRE) for ten rain cases. Dynamic HSR (CORR=0.88, BIAS= $-0.24mm\;hr^{-1}$, NSD=0.41, MRE=37.6%) shows better performances than static HSR without correction of reflectivity calibration bias (CORR=0.87, BIAS= $-2.94mm\;hr^{-1}$, NSD=0.76, MRE=58.4%) for all skill scores. Dynamic HSR technique overestimates surface rainfall at near range whereas it underestimates rainfall at far ranges due to the effects of beam broadening and increasing the radar beam height. In terms of NSD and MRE, dynamic HSR shows the best results regardless of the distance from radar. Static HSR significantly overestimates a surface rainfall at weaker rainfall intensity. However, RATIO of dynamic HSR remains almost 1.0 for all ranges of rainfall intensity. After correcting system bias of reflectivity, NSD and MRE of dynamic HSR are improved by about 20 and 15%, respectively.