• Magazine of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.3 no.3 s.10
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• pp.23-27
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• 2003

수문학자들의 주요 관심사 중 하나인 정확한 면적 강우량을 파악하는데 있어서 강우레이더는 아주 우수한 첨단 장비이다. 그러나 S 밴드나 C 밴드 레이더를 고지대에서 운영하는 것은 많은 시설비와 운영비가 필요하다. 따라서 연구 및 대도시 소유역에 대한 강우 관찰 목적으로는 차량 탑재가 가능한 소형 X 밴드 레이더가 유용할 수 있다. X 밴드 전파는 강우 도래시 전파특성상 감쇠(減衰:attenuation)가 크며, 감쇠도는 강우강도에 영향을 받는다. 이를 극복하기 위한 이중-편파 이론이 1970년대에 제시되었으나, 기술적인 어려움으로 20여년이 지난 1990년대에 실무적용이 가능하게 되었다. 현재 이중-편파 레이더의 도입으로 감쇠보정 알고리듬이 성공적으로 개발되고 있으며, 그와 같은 발상의 전환은 차등위상(differential phase)에 의한 강우 측정방법 개발로 전파 감쇠에 영향을 받지 않는 강우 관측이 가능하게 하였다. 본 기사에서는 소형 X밴드 이중-편파(偏波) 레이더의 강우량 산정방법에 대하여 간략히 검토하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.9-9
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• 2015

레이더 기술의 발전으로 말미암아, 현재의 기상 레이더는 그 관측 범위와 정밀성 뿐 아니라, 시공간 해상도의 월등한 향상을 이룩하였으며, 특히 이중편파 기술을 이용한 기상 관측을 통해 기존의 단일편파 레이더로 해석할 수 없었던 다양한 대기현상 분석을 가능케 하였다. 이처럼 기상레이더 관측 기술의 발전은 광범위한 관측반경과 높은 시공간해상도로 관측 정확성을 향상시킨 반면, 해상도 증가에 따른 기본적인 자료량이 증가되었으며 이중편파를 활용한 자료해석기법의 다양화로 인해 레이더 자료의 용량 또한 기하급수적으로 증가하게 되었다. 이러한 이유로 현재 도입이 진행중인 고성능의 기상레이더들로부터 광범위한 국토 범위에 대해 지속적으로 관측되는 방대한 양의 레이더 자료를 저장하고 분석하기 위해서는 많은 시간과 비용이 요구될 것으로 우려된다. 그러한 문제점을 해결하기 위해 레이더 자료의 유통 특성을 분석한 바, 기상레이더 자료는 자료의 획득시부터, 신호처리, 품질관리, 기상분석 등의 단계를 거치며, 각 단계의 사용자에 의해 각각 처리되고 가공되는 특성이 있음을 확인하였다. 따라서 제안 기법은 각 레이더 자료의 특성을 재해석하는 방법으로 압축함으로써 용량을 최소화시키는 동시에, 레이더 자료의 각 유통 단계의 여러 사용자들에게 서비스 될 수 있는 생성, 가공 및 단순화된 형태의 자료를 모두 포함하면서 각 단계의 사용자들에 적합한 자료의 형태로 제공할 수 있는 기법을 제안한다. 실험 결과, 기상레이더 자료의 특성과 기상 에코의 분포를 이용한 내용 기반 손실 압축 기법을 통해 다양한 사용자들을 위한 적응적이고, 효율적인 압축을 수행할 수 있음을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.18-18
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• 2016

최근 지구온난화의 영향으로 수 십분 만에 위험상황에 도달하는 돌발성 도시 집중호우가 빈발하고 이로 인한 피해가 급증하면서 기존 지상우량계 및 대형레이더 기반 도시홍수 관측체계에 대한 보완이 필요하게 되었다. 빠르고 정확한 도시홍수의 예측 및 예보를 위해서는 대형레이더 관측범위 이하의 빠른 저고도 관측이 필수이다. 이의 일환으로 우리나라에서도 소형 이중편파 X밴드 레이더를 도입하기 시작하였고 활용에 대한 연구가 시작단계에 있다. 일반적으로 소형레이더의 경우 빠른 운용이 가능하고 집중호우 관측과 같은 특정 목적에서 운영하기 때문에 도시 돌발홍수 예보를 위한 충분한 시간해상도의 자료 생산이 가능하다. 그러나 소형레이더를 이용하여 관측하더라도 고층 아파트나 빌딩이 밀집되어 있는 우리나라 도심 환경에서 관측반경내 전반에 대한 1km 이하 저고도 관측은 물리적으로 매우 어려운 현실이다. 따라서 본 연구에서는 한국건설기술연구원의 X밴드 이중편파 레이더로 관측된 다수의 연직 관측자료를 활용하여 호우의 연직 분포를 3차원으로 재생성한 후 이의 평균 단면 추세를 이용하여 관측고도 이하의 관측치를 추정하는 기법을 개발하였다. 기법의 적합성 평가를 위해 2013년, 2014년 주요 호우 사상에 대해 적용하였고, 검토결과 본 방법을 적용한 경우의 QPE가 기존 관측고도각을 이용한 QPE에 비해 정확도가 향상되는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the KSRS Conference
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• 2009.03a
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• pp.46-52
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• 2009

TerraSAR-X 자료를 이용하여 고해상 X-밴드 SAR 시스템을 이용한 조간대 적용 가능성을 시험하였다 연구대상지역은 강화도 남단과 영종도를 잇는 조간대이며, 단일편파자료와 이중편파자료를 이용하였다. 연구내용은 다음과 같은 세 가지로 분류된다. 첫째, X-밴드 영상에서의 연안의 레이더 반사도 특성 연구 및 waterline 추출 정밀도를 평가하였다. 연안지역의 wateline은 HH 편광자료의 레이더 반사도 특성을 통하여 추출하였을 때 가장 신뢰도가 높았으며, TerraSAR-X 시스템의 짧은 파장과 높은 제도정밀도로 인하여 정밀한 지리좌표로의 변환이 가능하였다 연구지역의 조간대 지형 경사도는 평균적으로 수평방향으로 60m당 20cm의 고도변화를 가지므로, TerraSAR-X HH 편광자료를 이용한 waterline 추출은 정밀한 조간대 DEM 추출로 응용될 수 있다. 둘째, 이중편파자료의 편파특성을 이용한 조간대 염생식물의 산란특성 관측하였다. 조간대에서 수륙의 경계부에서 잘 관측되는 칠면초와 같은 염생식물은 해수면변화에 따른 조간대의 육지화를 모니터링 하는데 좋은 표적이 된다. TerraSAR-X 이중편파자료의 산란특성을 이용한 염생식물 관측결과는 2007년에 현장에서 취득된 실측자료와 비교하여 3dB 이내의 정밀도로 일치하였다 셋째, 단일편파 자료의 레이더 간섭기법을 이용한 조간대 DEM 작성 시도하였다. 조간대 내에서 육지화가 진행된 지역은 표면에 염생식물이 발달하였음에도 불구하고 높은 간섭긴밀도를 나타내었다. 레이더 간섭기법을 통한 DEM의 제작은 일반적인 조간대에서는 적용이 제한적이며, TanDEN-X의 적용이 필요하다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.53 no.12
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• pp.1211-1220
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• 2020

This research detects the features of the bright band (BB) through analysis of the vertical profile of range height indicator (RHI) and the slant range beam profile of plane position indicator (PPI) of the polarimetric radar measurements-horizontal reflectivity (ZH), differential reflectivity (ZDR), and cross-correlation coefficient (ρHV). As a result of the analysis, it is possible to clearly detect the bright band using the polarimetric radar measurements, and it is confirmed that the result is consistent by double searching for the BB using the RHI and PPI scan data at the same time. Based on these results, the accuracy of QPE (quantification of precipitation estimation) can be improved by applying the BB search method by the PPI slant range in this research to large rainfall radars that only scan PPI volumes in the field without RHI observations.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.58-58
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• 2019

최근 기계학습기법에 대한 활발한 연구로 인하여 많은 기계학습기법들이 개발되었다. 이러한 최신기계학습기법은 기존에 사용되어온 기계학습기법과 경험식들보다 자연현상을 예측하고 재현하는데 높은 성능을 보이는 것으로 알려져 있다. 레이더 자료를 이용한 강우추정 기법으로는 ZR관계식이 널리 사용되고 있다. 이상적인 조건에서는 ZR 관계식을 이용한 레이더 강우추정이 양호한 성능을 보이나, 실제 레이더 자료를 이용한 강우추정은 이상적인 환경이 아닌 경우가 매우 많다. 이런 ZR관계식의 한계점을 보완하기 위한 방법으로 기계학습기법을 이용한 레이더 강우추정 기법들이 개발되었으나, 현재 한국의 레이더 자료를 대상으로 해서는 많은 연구가 진행되어 오지 않고 있다. 레이더 자료를 이용한 강우추정의 정확도 향상을 위해서는 최신 기계학습기법들의 레이더 강우추정 기법에 대한 적용가능성을 평가해 볼 필요성이 있다. 본 연구에서는 random forest, stochastic gradient boosted model, extreme learning machine의 강우 레이더 강우추정 기법으로의 적용성을 평가하였다. 강우추정 기법 개발 및 성능 비교를 위해서 2018년 광덕산 이중편파 레이더 자료를 이용하였다. 다양한 이중편파 매개변수 조합을 레이더 강우추정 기법의 입력변수로 적용하였다. 기존 연구의 사용되어 온 ZR관계식의 매개변수를 또한 강우사상과 이중편파 매개변수 조합을 이용하여 추정하였다. 기계학습을 적용한 레이더 강우추정 기법이 ZR관계식보다 상관계수와 제곱근오차를 기준으로 높은 강우추정 정확도를 보였다. 특히 개발된 강우추정 기법은 호우사상에서 높은 정확도를 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 적용된 기계학습 기법 중에서는extreme learning machine이 레이더 강우추정기법 개발에 가장 적합한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.17-17
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• 2016

이중편파 레이더는 수평 수직반사도($Z_H{\cdot}Z_V$), 차등반사도($Z_{DR}$), 교차상관계수(${\rho}_{HV}$), 차등위상차(${\Phi}_{DP}$) 등 다양한 변수 산출을 통하여 대기 수상체 구분, 우적분포에 영향이 적은 강우량 추정, 밝은 띠(BB, Bright Band)의 탐지 등이 가능하게 됨으로써 수문기상 및 재해관리 분야에 활용성이 점점 더 커지고 있다. 본 연구는 RHI, PPI에서 생산된 레이더 변수를 이용하여 BB를 탐지하고 그 특성을 평가하였다. BB는 레이더를 이용하여 상층대기를 관측할 때 수직단면에서 강수입자가 눈에서 비로 변하는 구간에서 과대하게 높은 반사도가 나타나는 층을 말한다. BB에서는 QPE가 과대 추정되기 때문에, BB의 특성 파악은 레이더의 관측전략 수립과 QPE 보정에 필수적이다. 본 연구에서는 RHI에 의한 $Z_H$의 연직단면분석, RHI와 PPI의 고도각 경사거리(slant range) 빔의 ${\rho}_{HV}$, $Z_{DR}$, $Z_H$에 의한 분석을 통하여 BB의 상단부($BB_{TOP}$), 최정점($BB_{PEAK}$) 및 하단부($BB_{BOTTOM}$)의 고도를 상호 비교 평가하였다. 분석 자료는 KICT X-밴드 레이더에 의한 관측한 2015년 10월 21일의 층상운에 의한 강우를 이용하였다. RHI에 의한 $Z_H$의 연직단면 분석결과 $BB_{top}$, $BB_{bottom}$ 및 $BB_{peak}$는 KICT 레이더 고도(MSL : 40m)를 기준으로 각각 3.26Km, 2.3Km($BB_{width}$: 0.96km) 및 2.7Km로 나타났다. 이 같은 결과는 다른 2가지 분석방법에서도 유사하게 나타나고 있으며, 이는 BB분석을 위해 다양한 변수를 통한 신뢰성 있는 BB의 특성을 파악할 수 있는 기반을 제공한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.12
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• pp.1227-1237
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• 2014

Dual-polarization can distinguish precipitation type and dual-polarization is provide not only meteorological phenomena in the atmosphere but also non-precipitation echoes. Therefore dual-polarization radar can improve radar estimates of rainfall. However polarimetric measurements by transmitting vertically vibration waves and horizontally vibrating waves simultaneously is contain systematic bias of the radar itself. Thus the calibration bias is necessary to improve quantitative precipitation estimation. In this study, the calibration bias of reflectivity (Z) and differential reflectivity ($Z_{DR}$) from the Bislsan dual-polarization radar is calculated using the 2-Dimensional Video Disdrometer (2DVD) data. And an improvement in rainfall estimation is investigated by applying derived calibration bias. A total of 33 rainfall cases occurring in Daegu from 2011 to 2012 were selected. As a results, the calibration bias of Z is about -0.3 to 5.5 dB, and $Z_{DR}$ is about -0.1 dB to 0.6 dB. In most cases, the Bislsan radar generally observes Z and $Z_{DR}$ variables lower than the simulated variables. Before and after calibration bias, compared estimated rainfall from the dual-polarization radar with AWS rain gauge in Daegu found that the mean bias has fallen by 1.69 to 1.54 mm/hr, and the RMSE has decreased by 2.54 to 1.73 mm/hr. And estimated rainfall comparing to the surface rain gauge as ground truth, rainfall estimation is improved about 7-61%.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.78-78
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• 2015

조기에 홍수 위험을 예측하고, 빠르게 이동 또는 진화하는 강수 사상을 추적하기 위해서는 높은 시간 해상도의 실시간 강우 생산이 필요하다. 레이더는 순간 강우강도를 측정하기 때문에, 긴 시간 간격의 관측 주기는 빠르게 움직이는 폭풍의 레이더 QPE에 상당한 샘플링 오차가 발생하기 쉽다. 따라서 본 연구에서는 레이더 관측주기에 따른 강우량의 정량적 차이에 대한 검증을 실시하였다. 본 검토는 2013-2014년 한국건설기술연구원(KICT) X-Band 이중편파레이더로 관측된 사상을 대상으로 하였다. 최소 관측주기(관측전략에 따른 최소 관측주기)를 토대로 샘플링을 하여 긴관측주기 자료를 생산하였다. 비교결과, 약 5분 관측주기에서도 5 % 이상의 차이를 보이는 경우가 상당수 있었다. 이 결과를 토대로 보면 도시홍수 관측을 위해서는 대략 1-2분 정도의 관측주기를 유지해야 하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.429-429
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• 2015

면적감소계수(ARF)는 면적강우에 대한 지점강우의 비로 정의되며, 과거 면적확률강우량 산정시 유역 내의 여러 지점강우량을 티센기법, Kriging 기법 등을 통해 공간보정을 실시하고 면적강우량을 산정하였다. 하지만 이러한 방법은 강우의 시공간분포 특성을 정확히 반영하지 못하는 단점이 있기 때문에, 최근에는 많은 연구에서 레이더 강우를 활용한 ARF를 산정한다. 기존의 연구에서 이중편파레이더를 사용하여 낙동강 유역의 호우중심형 ARF를 산정한 바 있기 때문에, 본 연구에서는 산정된 ARF 값을 적용한 설계홍수량은 분석해보고자 한다. 대상유역은 낙동강 유역내의 유역들을 대상으로 하고자 한다. 낙동강 유역에는 약 $175km^2{\sim}2000km^2$의 다양한 면적의 유역들이 존재함을 확인하였다. 따라서 면적별로 대표적인 유역을 선정하여 설계홍수량을 산정하기에 적합한 지역이라 판단된다. 설계홍수량을 산정하기 방법으로는 강우-유출 모형을 이용하고자 한다. 이용할 모형은 호주에서 개발된 IHACRES 모형으로써, 개념적인 모형으로 장기 및 단기 강우사상을 모두 모의할 수 있는 특징을 갖고 있다. 따라서 낙동강 내의 선정된 유역들을 실제 강우자료를 통해 각 유역의 매개변수를 산정하고, 확률강우량과 Huff분포를 이용한 지속시간 24시간의 설계강우량을 산정하고자 한다. 산정된 설계강우량에 앞서 소개한 이중편파레이더 ARF를 적용하여 설계홍수량을 산정하고, ARF를 적용하지 않고 산정한 설계홍수량, 두 값의 차이를 통해 ARF를 통해 감소된 설계강우량의 비와 ARF 적용 유무에 따른 설계홍수량 차이의 비를 비교하여 이중편파레이더 ARF가 면적별로 미치는 영향을 알아보고자 한다.