Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2017.05a
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pp.188-188
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2017
Rainfall is an important input to hydrological models. The accuracy of hydrological studies for water resources and floods management depend primarily on the estimation of rainfall. Thailand is among the countries that have regularly affected by floods. Flood forecasting and warning are necessary to prevent or mitigate loss and damage. Merging near real time satellite-based precipitation estimation with relatively high spatial and temporal resolutions to ground gauged precipitation data could contribute to reducing uncertainty and increasing efficiency for flood forecasting application. This study tested the applicability of satellite-based rainfall for water resources management and flood forecasting. The objectives of the study are to assess uncertainty associated with satellite-based rainfall estimation, to perform bias correction for satellite-based rainfall products, and to evaluate the performance of the bias-corrected rainfall data for the prediction of flood events. This study was conducted using a case study of Thai catchments including the Chao Phraya, northeastern (Chi and Mun catchments), and the eastern catchments for the period of 2006-2015. Data used in the study included daily rainfall from ground gauges, telegauges, and near real time satellite-based rainfall products from TRMM, GSMaP and PERSIANN CCS. Uncertainty in satellite-based precipitation estimation was assessed using a set of indicators describing the capability to detect rainfall event and efficiency to capture rainfall pattern and amount. The results suggested that TRMM, GSMaP and PERSIANN CCS are potentially able to improve flood forecast especially after the process of bias correction. Recommendations for further study include extending the scope of the study from regional to national level, testing the model at finer spatial and temporal resolutions and assessing other bias correction methods.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.35
no.5
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pp.423-430
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2017
Recently, data analysis research has been carried out using the deep learning technique in various fields such as image interpretation and/or classification. Various types of algorithms are being developed for many applications. In this paper, we propose a precipitation prediction algorithm based on deep learning with high accuracy in order to take care of the possible severe damage caused by climate change. Since the geographical and seasonal characteristics of Korea are clearly distinct, the meteorological factors have repetitive patterns in a time series. Since the LSTM (Long Short-Term Memory) is a powerful algorithm for consecutive data, it was used to predict precipitation in this study. For the numerical test, we calculated the PWV (Precipitable Water Vapor) based on the tropospheric delay of the GNSS (Global Navigation Satellite System) signals, and then applied the deep learning technique to the precipitation prediction. The GNSS data was processed by scientific software with the troposphere model of Saastamoinen and the Niell mapping function. The RMSE (Root Mean Squared Error) of the precipitation prediction based on LSTM performs better than that of ANN (Artificial Neural Network). By adding GNSS-based PWV as a feature, the over-fitting that is a latent problem of deep learning was prevented considerably as discussed in this study.
An unusual long-period and heavy snowfall occurred in the Yeongdong region from 6 to 14 February 2014. This event produced snowfall total of 194.8 cm and the recordbreaking 9-day snowfall duration in the 103-year local record at Gangneung. In this study, satellite-derived cloud-top brightness temperatures from the infrared channel in the atmospheric window ($10{\mu}m{\sim}11{\mu}m$) are examined to find out the characteristics of clouds related with this heavy snowfall event. The analysis results reveal that a majority of precipitation is related with the low-level stratiform clouds whose cloud-top brightness temperatures are distributed from -15 to $-20^{\circ}C$ and their standard deviations over the analysis domain (${\sim}1,000km^2$, 37 satellite pixels) are less than $2^{\circ}C$. It is also found that in the above temperature range precipitation intensity tends to increase with colder temperature. When the temperatures are warmer than $-15^{\circ}C$, there is no precipitation or light precipitation. Furthermore this relation is confirmed from the examination of some other heavy snowfall events and light precipitation events which are related with the low-level stratiform clouds. This precipitation-brightness temperature relation may be explained by the combined effect of ice crystal growth processes: the maximum in dendritic ice-crystal growth occurs at about $-15^{\circ}C$ and the activation of ice nuclei begins below temperatures from approximately -7 to $-16^{\circ}C$, depending on the composition of the ice nuclei.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2022.05a
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pp.329-329
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2022
Accurate characterization of terrestrial precipitation variation from high spatial resolution satellite sensors is beneficial for urban hydrology and microscale agriculture modeling, as well as natural disasters (e.g., urban flooding) early warning. However, the widely-used top-down approach for precipitation retrieval from microwave satellites is limited in several hydrological and agricultural applications due to their coarse spatial resolution. In this research, we aim to apply a novel bottom-up method, the parameterized SM2RAIN, where precipitation can be estimated from soil moisture signals based on an inversion of water balance model, to generate high spatial resolution terrestrial precipitation estimates at 0.01º grid (roughly 1-km) from the C-band SAR Sentinel-1. This product was then tested against a common reanalysis-based precipitation data and a domestic rain gauge network from the Korean Meteorological Administration (KMA) over central South Korea, since a clear difference between climatic types (coasts and mainlands) and land covers (croplands and mixed forests) was reported in this area. The results showed that seasonal precipitation variability strongly affected the SM2RAIN performances, and the product derived from separated parameters (rainy and non-rainy seasons) outperformed that estimated considering the entire year. In addition, the product retrieved over the mainland mixed forest region showed slightly superior performance compared to that over the coastal cropland region, suggesting that the 6-day time resolution of S1 data is suitable for capturing the stable precipitation pattern in mainland mixed forests rather than the highly variable precipitation pattern in coastal croplands. Future studies suggest comparing this product to the traditional top-down products, as well as evaluating their integration for enhancing high spatial resolution precipitation over entire South Korea.
Kim, Younghun;Le, Xuan-Hien;Jung, Sungho;Yeon, Minho;Lee, Gihae
Journal of Korea Water Resources Association
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v.56
no.2
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pp.75-89
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2023
As the Mekong River basin is a nationally shared river, it is difficult to collect precipitation data, and the quantitative and qualitative quality of the data sets differs from country to country, which may increase the uncertainty of hydrological analysis results. Recently, with the development of remote sensing technology, it has become easier to obtain grid-based precipitation products(GPPs), and various hydrological analysis studies have been conducted in unmeasured or large watersheds using GPPs. In this study, rainfall-runoff simulation in the Mekong River basin was conducted using the SWAT model, which is a quasi-distribution model with three satellite GPPs (TRMM, GSMaP, PERSIANN-CDR) and two GPPs (APHRODITE, GPCC). Four water level stations, Luang Prabang, Pakse, Stung Treng, and Kratie, which are major outlets of the main Mekong River, were selected, and the parameters of the SWAT model were calibrated using APHRODITE as an observation value for the period from 2001 to 2011 and runoff simulations were verified for the period form 2012 to 2013. In addition, using the ConvAE, a convolutional neural network model, spatio-temporal correction of original satellite precipitation products was performed, and rainfall-runoff performances were compared before and after correction of satellite precipitation products. The original satellite precipitation products and GPCC showed a quantitatively under- or over-estimated or spatially very different pattern compared to APHPRODITE, whereas, in the case of satellite precipitation prodcuts corrected using ConvAE, spatial correlation was dramatically improved. In the case of runoff simulation, the runoff simulation results using the satellite precipitation products corrected by ConvAE for all the outlets have significantly improved accuracy than the runoff results using original satellite precipitation products. Therefore, the bias correction technique using the ConvAE technique presented in this study can be applied in various hydrological analysis for large watersheds where rain guage network is not dense.
Precipitation is closely related to various hydrometeorological phenomena, such as runoff and evapotranspiration. In Korean Peninsula, observing rainfall intensity using weather radar and rain gauge network is dominating due to their accurate, intuitive and precise detecting power. However,since these methods are not suitable at ungauged regions, rainfall detection using satellite is required. Satellite-based rainfall data has coarse spatial resolution (10 km, 25 km), and has a limited range of usage due to its reliability of data. The aim of this study is to obtain finer scale precipitation. Especially, to make the applicability of satellite higher at ungauged regions, 10 km satellite-based rainfall data was downscaled to 1 km data using MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) based cloud property. Downscaled precipitation was verified in urban region, which has complex topographical and environmental characteristics. Correlation coefficient was similar in summer (+0), decreased in spring (-0.08) and autumn (-0.01), and increased in winter (+0.04) season compared to Global Precipitation Measurement (GPM) based precipitation. Downscaling without calibration using in situ data could be useful in areas where rain gauge system is not sufficient or ground observations are rarely available.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.176-176
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2023
The Tonle Sap is the richest and diverseness of freshwater ecosystem in Southeast Asia, receiving nurturing water flows from the Mekong and its immediate basin. In addition, the rapid development in the Tonle Sap Lake (TSL) Basin, and flood inundation may threaten the natural diversities and characteristics. The impacts of flood inundation in 11 sub-basins contributing to the Tonle Sap Lake were assessed using the Rainfall-Runoff-Inundation (RRI) model to quantify the potential magnitude and extent of the flooding. The RRI model is set up by using gauged rainfall data to simulate the information of river discharge and flood inundation of huge possible flood events. Moreover, two satellite precipitation products (SPPs), CHIRPS and GSMaP, within respectively spatial resolutions of 0.05° and 0.1°, are utilized as an input for the RRI model to simulate river discharge, flood depth, and flood extent for the great TSL Basin of Cambodia. This study used statistical indicators such as NSE, PBIAS, RSR, and R2 as crucial indices to evaluate the performance of the RRI model. Therefore, the findings of this study could provide promising guidance in hydrological modeling and the significant implications for flood risk management and disaster preparedness in the region.
It was studied the relationship between the red tide occurrence and the meteorological and oceanographic factors, the choice of potential area for red tide occurrence, and the satellite monitoring for red tide. From 1990 through 2001, the red tide continuously appeared and the number of red tide occurrence increased every year. Then, the red tide bloomed during the periods of July and August. An important meteorological factor governing the mechanisms of the increasing in number of red tide occurrence was heavy precipitation. Oceanographic factors of favorable marine environmental conditions for the red tide formation included warm water temperature, low salinity, high suspended solid, low phosphorus, low nitrogen. A common condition for the red tide occurrence was heavy precipitation 2∼4 days earlier, and the favorable conditions for the red tide formation were high air temperature, proper sunshine and light winds for the day in red tide occurrence. From satellite images, it was possible to monitor the spatial distributions and concentrations of red tide. It was founded the potential areas for red tide occurrence in August 2000 by CIS conception: Yeosu∼Dolsan coast, Gamak bay, Namhae coast, Marado coast, Goheung coast, Deukryang bay, respectively.
This study investigates the impacts of long-term climate variability on household consumption in Indonesia, a country highly vulnerable to climate change. The analysis combines household survey data from nearly 5,998 families with satellite-derived weather data from NASA POWER spanning 30 years. We use the long-term variability in temperature and precipitation as a proxy for climate change. This study examines the impact of climate change which proceeds over the long term, unlike previous studies concerning one-off or short-term climate events. In addition, using satellite data enhances the accuracy of households' exposure to climate variability. The analysis finds that households in a village with higher temperature and precipitation variability significantly consume less food. This implies that households more exposed to climate change are at higher risk of malnutrition in developing countries. This study has a limitation that it cannot rule out the potential endogeneity of choosing a climate-vulnerable residential location due to economic poorness.
Spatial downscaling with fine resolution auxiliary variables has been widely applied to predict precipitation at fine resolution from coarse resolution satellite-based precipitation products. The spatial downscaling framework is usually based on the decomposition of precipitation values into trend and residual components. The fine resolution auxiliary variables contribute to the estimation of the trend components. The main focus of this study is on quantitative analysis of impacts of trend component estimates on predictive performance in spatial downscaling. Two regression models were considered to estimate the trend components: multiple linear regression (MLR) and geographically weighted regression (GWR). After estimating the trend components using the two models,residual components were predicted at fine resolution grids using area-to-point kriging. Finally, the sum of the trend and residual components were considered as downscaling results. From the downscaling experiments with time-series Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) 3B43 precipitation data, MLR-based downscaling showed the similar or even better predictive performance, compared with GWR-based downscaling with very high explanatory power. Despite very high explanatory power of GWR, the relationships quantified from TRMM precipitation data with errors and the auxiliary variables at coarse resolution may exaggerate the errors in the trend components at fine resolution. As a result, the errors attached to the trend estimates greatly affected the predictive performance. These results indicate that any regression model with high explanatory power does not always improve predictive performance due to intrinsic errors of the input coarse resolution data. Thus, it is suggested that the explanatory power of trend estimation models alone cannot be always used for the selection of an optimal model in spatial downscaling with fine resolution auxiliary variables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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