우적계를 이용한 연직지향레이더의 반사도와 도플러속도에 의한 강우추정 오차 분석 :Error analysis in rainfall estimation by reflecitivity and Doppler velocity from vertically pointing X-band radar using 2-dimensional video disdrometer

최윤

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최윤 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수: 이규원

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

우적계를 이용한 연직지향레이더의 반사도와 도플러속도에 의한 강우추정 오차 분석

최윤 천문대기과학과 2017.01 학위논문

2016

연직지향레이더 반사도와 시선속도를 이용한 강우추정 오차분석

최윤 , 방원배 , 염대진 외 2명 한국기상학회 학술대회 논문집 2016.10 학술대회자료

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본 연구에서는 R-(Z,VD) 관계식을 이용한 강우추정 방법을 연직지향레이더 자료를 이용해 강우 사례에 적용하여 강우추정 시 발생하는 오차 요인을 종합적으로 분석하고자 한다. 분석을 위해 보성표준기상관측소에서 설치된 X-밴드 연직지향레이더와 2DVD를 사용하였다. R-(Z,VD) 관계식을 이용한 강우추정은 도플러 스펙트럼에서 우적크기분포 변수의 추정하는 방식과 달리 반사도와 도플러속도를 이용해 강우강도를 산출하기 때문에 도플러 스펙트럼을 이용하여 우적크기분포 변수를 추정하는 방식에 비해 상대적으로 가정이 적다. 연직지향레이더 자료와 R-(Z,VD) 관계식을 이용하여 강우를 추정하고, 우적계 자료를 이용하여 강우추정 시 발생하는 계통오차(systematic error) 요인을 분리하였다. 분리한 계통오차 요인은 하드웨어 변동에 의한 반사도 오차, 연직 반사도 변동에 의한 반사도 오차, 연직 도플러속도 변동에 의한 도플러속도 오차, 우적크기분포 변동에 의한 강우추정 관계식의 오차이다. 각 오차 요인이 강우추정에 미치는 영향을 보기 위해 지상강우강도와 비교하였고, 지상강우강도를 계산하는 우적계의 관측오차를 고려하기 위해 모든 계통오차 요인이 제거된 대조군과 비교하여 계통오차를 계산하였다. 각 오차요인이 강우추정에 미치는 영향을 정량적으로 분석하여 연직지향레이더로 R-(Z,VD) 관계식을 사용할 때 발생하는 강우추정 계통오차를 효율적으로 줄이기 위해 고려되어야할 요인을 분석하고자 하였다.

This article is extension of the theoretical rainfall estimation using radar reflectivity and Doppler velocity. The theoretical relation between rainfall and reflectivity, Doppler velocity(R-(Z,VD)) is described in Uijlenhoet et al.(2005). The aim of the present study is to quantify error effects in rainfall estimation from radar calibration, vertical reflectivity variation, vertical Doppler velocity variation, relation of rainfall estimate.
Vertically pointing X-band radar(VertiX) and 2-Dimension Video Distrometer(2DVD) data during summer and fall season in 2015, 2016 was used in study. VertiX observed reflectivity(ZVertiX) and Doppler velocity(VD_VertiX). 2DVD observed size and fall speed of raindrop and can calculate drop size distribution(N(D)). The 15 case are used in study and each case classified according to process of raindrop growth(warm rain and cold rain).
This study considered error effects from 2DVD observational error about matching problem. The simulation are conducted in attempt to considering 2DVD observational error. Three kinds of theoretical drop size distribution(DSD) come up for comparison and three DSD moments are calculated(reflectivity, Doppler velocity, rain rate). All DSD moments are influenced by observational error and the quantitative values are describe. R0(Z0, VD_0) are is designated as the control group because the error that rain rate calculated from DSD of 2DVD(R2DVD) has influence on R-(Z,VD). R0(Z0, VD_0) is the values that eliminated all kind of systematic error in rainfall estimation.
The error effects in rainfall estimation about radar calibration, vertical reflectivity variation was derived from comparison between ZVertiX and reflectivity calculated from 2DVD(Z2DVD). The error is 242% ~ 470% from radar calibration, -36% ~ 65% from vertical reflectivity variation as a result of comparison with control group.
The error effects in rainfall estimation about vertical Doppler velocity variation was derived from comparison between VD_VertiX and Doppler velocity calculated from 2DVD(VD_2DVD). The error is ?36% ~ 45% from vertical Doppler velocity variation as a result of comparison with control group.
The error effects in rainfall estimation about relation of rainfall estimate were derived from comparison with relation of rainfall estimate calculated from R2DVD, Z2DVD, VD_2DVD during total period. The error is ?15% ~ 30% from relation of rainfall estimate as a result of comparison with control group.

#강우추정 #오차분석 #반사도 #도플러속도

1. 서론
2. 자료와 품질관리
2.1. 연직지향레이더 자료
2.2. 우적크기분포 및 우적계 자료 품질관리
3. 연구 방법
3.1. 반사도와 도플러속도에 의한 강우추정 오차 정의
3.2. 반사도 오차 요인 분리
3.3. 도플러속도 오차 요인 분리
3.4. 강우추정 관계식 오차 요인 분리
4. 연구 결과
4.1. 모든 계통오차가 제거된 반사도, 도플러속도, 강우추정 관계식
4.2. 하드웨어 변동에 의한 강우추정 오차
4.3. 연직 반사도 변동에 의한 강우추정 오차
4.4. 연직 도플러속도 변동에 의한 오차
4.5. 우적크기분포 변동에 의한 오차
4.6. 전체 사례의 오차 분석 결과
5. 결론
부록 A - 명명법
부록 B ? 연직지향레이더의 연직시계열프로파일
부록 C ? 우적계의 관측오차가 적률 계산 및 강우추정에 미치는 영향
부록 D ? 우적계를 이용한 연직지향레이더 보정
부록 E ? 테일러급수를 이용한 반사도 및 도플러속도 계통오차가 강우추정에 미치는 영향
참고문헌
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