슬라이드 1

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용만 묵
4 years ago
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1 레이더영상분석 기초이론 (3) 기상레이더센터레이더분석과

2 이중편파레이더기본개념이중편파레이더관측개요 전세계가이상기상현상으로게릴라성폭우, 폭설, 기습한파, 우박등자연재해급증 ( 폭설, ) ( 서울 104 년만의물폭탄, ) ( 대구, 경북지역우박, ) 기상레이더센터는 2018 년까지첨단성능의단일모델 (S 밴드 ) 이중편파레이더관측망으로전환추진 연도 2013 년 2014 년 2015 년 2016 년 2017 년 2018 년 지점 백령도테스트베드 진도 면봉산 관악산, 구덕산 광덕산, 고산 성산, 강릉, 오성산

3 이중편파레이더기본개념이중편파레이더관측특성 Table 1. The observation characteristics and application of RADAR. 레이더구분관측특성활용 일반레이더 (Conventional radar) 도플러레이더 (Doppler radar) 편파레이더 (Polarimetric radar) Z ( 반사도, 강도 ) 일반레이더 + ( 도플러속도 ), SW ( 스펙트럼폭 ) 도플러레이더 + Z dr, LDR, φ dp, K dp, ρ hv, 등 물체의존재및상대적위치파악물체의존재및상대적위치 + 물체의운동탐지물체의존재 + 물체의종류 ( 특성 ) + 물체의위치및운동탐지, 구름물리연구

4 이중편파레이더기본개념이중편파레이더정의 이중편파레이더란? 2 개의파 ( 수평파, 수직파 ) 를송신하여되돌아오는파를분석 수평파와수직파의수신신호와그차이를분석하여강수량, 강수종류, 형태등을산출 E v < 단일편파레이더 > < 이중편파레이더 >

5 이중편파레이더기본개념이중편파레이더관측변수 단일편파도플러레이더 반사도 (Z) - 물체의위치와강도파악 시선속도 (Vr) 스펙트럼폭 (SW) - 물체의운동탐지 이중편파레이더 반사도 (Z) 시선속도 (Vr) 스펙트럼폭 (SW) 차등반사도 Differential Reflectivity (Z DR ) 차등위상차 Differential Phase (Φ DP ) 비차등위상차 Specific Differential Phase (K DP ) 상관계수 Co-polar cross-correlation coefficient (ρ HV ) 이중편파레이더는입자의크기, 모양, 지향, 밀도, 수분함량등에대한 매우중요한정보를제공함.

6 이중편파레이더기본개념반사도인자 반사도인자 (Z h, Z v ) - 수평혹은수직편파에서단위체적 (unit volume) 당레이더반사도인자 (mm 6 /m 3 ) Dv D h (mm 6 /m 3 ) - 수평혹은수직편파반사도 = 10logZ h,v (dbz) - 레이더반사도는입자의수 (N(D)) 와직경 (D) 의 6 승에비례 => 반사도는입자의크기에더민감

7 이중편파레이더기본개념차등반사도 정의 - 수직편파반사도에대한수평편파반사도의비율 ( 단위 : db) Z DR ( db) = 10log 차등반사도 (Differential Reflectivity, Z DR ) 10 Z Z h v = Z H ( dbz) Z V ( dbz) 일반물리적해석 - 레이더관측샘플링안에지배적으로존재하는대기수상체의평균모양을나타내는좋은지표 - 강우 - 우박 - 강설 / 빙정입자 - 비기상에코

이중편파레이더기본개념차등위상차 Φ 차등위상차 (Differntial Phase,Ф DP ) 정의

빗방울의경우보통수평적으로퍼져있기때문에수평축이연직축보다더길어레이더파의전파경로가연직보다수평으로더길다

8 이중편파레이더기본개념차등위상차 Φ 차등위상차 (Differntial Phase,Ф DP ) 정의 - 차등위상차 (Ф DP ): 수평편파와수직편파펄스간의위상차이 ( 단위 : degree) DP = Φ HH Φ VV < 시간에따른차등위상차 > 주어진경로상의주어진지점에서수평편파와수직편파의위상차의합이전파경로를따라축적된값 빗방울의경우보통수평적으로퍼져있기때문에수평축이연직축보다더길어레이더파의전파경로가연직보다수평으로더길다 (Ф HH >Ф VV ) 대기수상체의크기, 형태, 방향, 양, 레이더로부터의거리등에따라다른시간 (time) 단위의누적위상편이 (accumulative phase shift) 가생김

9 이중편파레이더기본개념비차등위상차 비차등위상차 (Specific Differential Phase, K DP ) 정의 - 비차등위상차 (KDP): 단위거리에차등위상차의변화율 ( 단위 : degree/km) (ZDR 과유사점 ) r1, r2: 각각레이더로부터의거리 (ZDR 과차이점 ) 장점 : 레이더하드웨어의보정, 부분적인빔차폐의영향을받지않음부분적인빔차폐발생의경우, 레이더반사도인자는감소하지만 K DP 는전파가산란되고되돌아오는한부분적인빔차폐의영향을받지않아정량적인강수량추정활용에좋음

10 이중편파레이더기본개념교차상관계수 교차상관계수 (Cross-correlation Coefficient, ρ hv ) 정의 - 수평편파와수직편파펄스신호의상관관계 (0~1, 무차원 ) ρ HV = s vv s hh s hh 2 s vv 2 수평편파와연직편파의후방산란중동일편파성분만고려하여상관계수계산 <> : 강수입자의크기, 모양, 경사각이통계적으로분포한다고가정했을때의기대치 s hh* 는 s hh 의공약복소수, 90 위상차이가있음을의미 - 강수입자의형태, 크기, 종류, 개수등의성질이균일하게분포하는경우와눈과비가혼재된상태와 같이 2 가지이상다른형태의강수입자가공존하는경우, 강수입자와비강수입자가섞여있을경우를 구분해서판단할수있게해주는이중편파변수 S : power < > : mean => 즉, 레이더의관측샘플링안에입자가얼마나잘정렬되어있는지를나타내는것으로지형에코등의 비기상에코는값이낮게나타나고, 눈이나비등의강수입자는값이높게나타남. 따라서교차상관계수는강수에코와비강수에코를구분하는데유용함

11 이중편파레이더기본개념이중편파레이더변수적용및장점 Table Applications and advantages of Radar observables (Bringi et al., 2005). 적용및장점 Z h Z dr K dp /φ dp ρ HV 강우강도의추정의정확성향상 O O O 대기수상체분류 ( 예, 우박, wet/dry 눈 ) O O O O 녹는층고도결정 O O 레이돔효과와강수감쇠보정 강수에대해 Z 보정의자체일관성 체크 O O O O AP 에코와지형클러터확인 O O 바다의 AP 에코와파랑에코구별 O 생물학적에코확인 ( 예, 새, 벌레등 ) O 빔차폐문제해결 O 구름에서눈결정의영역확인

12 이중편파레이더기본개념대기수상체분류 레이더표출시스템 브리핑 대기수상체분류 시험운영 ( 12.12~) 현업화 ( 14.1~)

13 이중편파레이더기본개념대기수상체분류사례 ( 비 / 건설 / 습설, , 04:00KST, 소백산 ) PPI=0 밝은띠 Z Z DR ρ hv KLAPS 온도장 (850hPa)

14 이중편파레이더기본개념대기수상체분류검증 ( 기사관측, , 21:00KST, 소백산 ) PPI=-0.5

15 이중편파레이더기본개념이중편파레이더강수량추정 R = π v( D) D N( D) dd; mmh R MP ( Z) = Z R WSR ( Z) = 0.017Z R( Z H, Z DR ) R = c Z mmh a 0.1b1 Z 1 10 DR H ; 1 1 GHz(band) c 1 a 1 b 1 3 (S) 6.7ⅹ (C) 5.8ⅹ (X) 3.9ⅹ R( K DP ) R = c mmh b 2 K DP ; 2 1 GHz(band) c 2 b 2 3 (S) (C) 10 (X) R( K DP, Z DR ) R = c mmh a 0.1b3 Z 3 K 10 DR DP ; 3 1 GHz(band) c 3 a 3 b 3 3 (S) (C) (X)

16 이중편파레이더기본개념이중편파레이더강수량추정 정확도비교 ( 관계식별 )

17 이중편파레이더기본개념이중편파레이더강수량추정 정확도비교 ( 관계식별 )

18 이중편파레이더기본개념채프에코영상분석 ( ) CZ PPI0 ( KST) Z DR PPI0 ( KST) 위성적외영상 ( ) 채프에코 채프에코 K DP PPI0 ( KST) ρ HV PPI0 ( KST) 채프에코 채프에코

차등위상차 PPI0 (2011.1550 KST) 상관계수 PPI0 (2011.

19 이중편파레이더기본개념채프 + 강설영상분석 ( ) 반사도 PPI0 ( KST) 차등반사도 PPI0 ( KST) 레이더해설영상 진눈깨비 채프 기상에코와비기상에코구분어려움 차등위상차 PPI0 ( KST) 상관계수 PPI0 ( KST) 이중편파강수유형산출물 진눈깨비 채프 진눈깨비 채프 기상에코와비기상에코확연히구분됨 기상에코와비기상에코확연히구분됨 건설과비강수에코구분됨

20 이중편파레이더기본개념이중편파레이더표출

21 이중편파레이더기본개념이중편파레이더표출