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목차
요약문 15
제1장 서론 18
제2장 레이더 강설강도 추정 기술개발 및 현업 적용 연구 20
제1절 한반도 레이더 강설강도 산출시스템 원형 개발 및 시험 적용 20
1. 서론 20
2. 한반도 레이더 강설강도 산출 시스템 20
제2절 기상청 기상레이더 관측망 확대 적용을 통한 레이더 강설 강도 추정 알고리즘 개선 27
1. 레이더 강설강도 추정 알고리즘 27
제3절 강설 지상관측 자료를 이용한 레이더 강설강도 산출시스템 검증 43
제3장 수도권 소형레이더 관측망 활용을 위한 기획연구 46
제1절 서론 46
1.1. 연구목적 및 필요성 46
1.2. 연구배경 46
1.3. 수도권 소형레이더 관측망 활용의 필요성 49
제2절 국내외 소형레이더 관측망 운영현황 및 활용 연구동향 52
2.1. 국내 소형 X-밴드 레이더 활용사례 52
2.2. 국외 소형 X-밴드 레이더 관측망 운영현황 및 활용 현황 55
제3절 수도권 소형레이더 관측망 활용을 위한 핵심연구과제 도출 및 분석시스템 운영기술 방안제시 100
3.1. 수도권 소형X-밴드 레이더 관측망 활용 연구과제 도출을 위한 단계설계 100
3.2. 소형 X-밴드 레이더 관측망 활용 연구 단계별 과제 및 기술방안제시 102
제4절 수도권 소형레이더 관측망 활용기술 개발 로드맵 수립 115
1. 수도권 소형 레이더 관측망 활용 기술 개발 단계별 목표설정 115
2. 수도권 소형 레이더 관측망 활용 기술 개발 단계별 세부연구내용 116
3. 수도권 소형레이더 관측망 구축 및 활용기술 개발을 위한 최종 로드맵 제시 119
제4장 연구용레이더 관측자료 활용연구 120
제1절 연구용 이중편파레이더 관측자료를 활용한 이중편파 감쇠보정 효과분석 120
1. 서론 120
2. 자료 121
3. 감쇠보정 효과 분석 알고리즘 134
4. 감쇠보정 및 검증 결과 138
제5장 요약 및 결론 145
제6장 참고문헌 147
별첨 152
별첨 1. 해외 선진 기술획득을 위한 국제교류(참고80p) 153
별첨 2. 해외 선진기술획득을 위한 기관 탐방(일본 NIED(방재과학연구소)) 및 자문 154
별첨 3. 일본 중장기 보고서 요약문(2006년~2010년) 156
표 2.1.2. HSR 합성장 설정 내용 22
표 2.2.1. 강설강도 추정 사례 32
표 2.3.1. 레이더별 추정강설 보정전·후 Bias, RMSE, Correlation 43
표 3.1.1. 각 기관별 레이더 관측망 현황 및 관측전략 및 향후 추진계획 50
표 3.2.1. 국내 도입된 X-밴드 소형레이더 특성 비교 54
표 3.2.2. CASA와 NEXRAD의 관측전략 비교 56
표 3.2.3. CASA 관측망 레이더의 제원 58
표 3.2.4. 미국 CASA 레이더 관측망에 관한 요약 64
표 3.2.5. CASA-ERC IP1과 DFW Test-bed 관측망 비교 65
표 3.2.6. X-NET 프로젝트에 구성된 MP 레이더 및 운영기관 목록 67
표 3.2.7. NIED 운용 X-NET 레이더(EBI, MKA, KSR) 기기정보 69
표 3.2.8. TokyoAMESH의 수행 이력 77
표 3.2.9. 2007년 전후의 TokyoAMESH의 가용 기상관측기기 수량 79
표 3.2.10. 교체이전과 이후 TokyoAMESH 레이더의 규격 80
표 3.2.11. TOMACS 핵심 연구기관 및 참여기관목록 83
표 3.2.12. TOMACS 프로젝트에 활용된 기상관측기기 목록 85
표 3.2.13. TOMACS 프로젝트의 주 연구 테마 85
표 3.2.14. 프랑스 소형 X-밴드 레이더 관측망에 관한 요약 90
표 3.2.15. PATTERN 소형레이더의 제원 92
표 3.2.16. 독일 소형 X-밴드 레이더 관측망에 관한 요약 95
표 3.2.17. 유럽 RainGain 소형 X-밴드 레이더 관측망에 관한 요약 99
표 3.3.1. 일본 XRAIN 레이더 자료 수신 및 가공 처리변수 설정 103
표 3.3.2. 각 레벨별 생산된 소형레이더 자료의 형식 및 예시(일본MLIT레이더의 사례) 104
표 3.4.1. 수도권 소형레이더 관측망 구축 및 운영을 위한 세부연구 내용 117
표 3.4.2. 고해상도 강우, 강풍 알고리즘 및 예측 시스템 개발을 위한 세부연구 내용 118
표 3.4.3. 레이더 자료 표출 시스템 구축을 위한 세부연구내용 118
표 3.4.4. 수도권 소형 레이더 관측망 구축 및 활용기술 개발을 위한 최종로드맵 119
표 4.1.1. NIMR-XPOL의 제원 123
표 4.1.2. 전도형 우량계의 제원 129
표 4.1.3. NIMR-XPOL 및 우량계의 경위도 정보 130
그림 2.1.1. 레이더 강설강도 산출시스템 흐름도 21
그림 2.1.2. 레이더 강설강도 합성 알고리즘 21
그림 2.1.3. 2014년 12월 15일 22:01 KST 개별레이더 하이브리드 강설강도 자료 24
그림 2.1.4. 2014년 12월 15일 22:01 KST 한반도 레이더... 24
그림 2.1.5. 2014년 12월 20일 01:01 KST 개별레이더 하이브리드 강설강도 자료 25
그림 2.1.6. 2014년 12월 20일 01:01 KST 개별레이더 하... 25
그림 2.1.7. 2015년 2월 9일 14:01 KST 한반도 레이더 강설강도 합성자료 26
그림 2.1.8. 2015년 2월 9일 14:01 KST 한반도 레이더... 26
그림 2.2.1. 레이더 강설강도 추정 알고리즘 흐름도 27
그림 2.2.2. 하이브리드 반사도 지도 작성 개념도 29
그림 2.2.3. HSR 지도 작성 흐름도 30
그림 2.2.4. 레이더별 하이브리드 고도각 지도 31
그림 2.2.5. 레이더별 HSR 반사도 및 추정강설강도 32
그림 2.2.6. 기상청에서 운영 중인 무게식 강우량계 35
그림 2.2.7. 2014년 12월 15일 20:00 부터 16 일 10:00 까지 누적 강우량 사례 36
그림 2.2.8. 무게식 강우량계(수원) 품질관리 흐름도 예시 37
그림 2.2.9. 레이더 관측영역내 존재하는 지상 무게식 강우량계 38
그림 2.2.10. 관악산 레이더 보정인자 시계열 41
그림 2.2.11. 광덕산 레이더 보정인자 시계열 41
그림 2.2.12. 구덕산 레이더 보정인자 시계열 41
그림 2.2.13. 고산 레이더 보정인자 시계열 42
그림 2.2.14. 성산 레이더 보정인자 시계열 42
그림 2.2.15. 강릉 레이더 보정 인자 시계열 42
그림 2.3.1. 레이더별 추정강설 검증 결과 44
그림 2.3.2. 레이더 강설강도 보정 전·후 검증 결과 45
그림 3.1.1. 우리나라 강우변화 패턴(heavy rainfall); 30년간 전국 60개 지점 자료 통계 47
그림 3.1.2. 서울 경기지역 폭우로 인한 피해 현황 및 도시기능 마비 47
그림 3.1.3. 서울 및 수도권 지역에 발생한 국지적 돌발기상사례 48
그림 3.1.4. 경기도 고양시 부근 2014년 6월 발생한 토네이도를 KICT X-밴드 소형레이더로 고해상도... 48
그림 3.1.5. 한국의 레이더 관측망 구성 49
그림 3.2.1. 국립기상과학원 모바일 X-밴드이중편파레이더 53
그림 3.2.2. 국립기상과학원 모바일 X-밴드이중편파레이더의 집중관측 및 운영 현황 53
그림 3.2.3. KICT 수문레이더 및 관측반경 54
그림 3.2.4. 지상 1km와 3km에서 NEXRAD 관측망으로 자료 제공가능 영역 55
그림 3.2.5. 미국 CASA 관측망의 예시 56
그림 3.2.6. (a)NEXRAD 와 (b)NEXRAD와 CASA합성에서 레이더 관측범위 57
그림 3.2.7. CASA 오클라호마 테스트베드 관측망 58
그림 3.2.8. DFW Test-bed 단계별 운영현황 및 설치계획 59
그림 3.2.9. 2011년 5월 24일 발생한 EF-4 토네이도 터치다운 예시 60
그림 3.2.10. 2011년 5월 24일 발생한 토네이도 EF-4의 경로 61
그림 3.2.11. CASA DFW X-밴드 레이더 관측망 (XMDL)과 현업 NEXRAD S-band 레이더... 61
그림 3.2.12. NEXRAD만으로 표출된(왼) 것과 NEXRAD와 CASA와의 합성 시스템반사도... 62
그림 3.2.13. X-NET의 레이더의 총 수와 연직 2km에서의 관측반경을 나타낸 그림 68
그림 3.2.14. X-NET에서 개발된 QPE 프로시져 흐름도 70
그림 3.2.15. C-밴드를 기반으로 한 교차상관계수 결정 메카니즘 70
그림 3.2.16. X-NET 합성 QPE와 지상우량계 자료의 1시간 누적강우량 비교 71
그림 3.2.17. 현업용 C-밴드 레이더와 X-NET 레이더의 개별 및 합성 강수 분포 71
그림 3.2.18. 2008년 7월 28일 14시 16분부터 14시 44분까지 토야 강의 카부토 다리... 72
그림 3.2.19. 현업용 C-밴드와 XRAIN X-밴드 레이더로 각각 관측한 동일 강수... 73
그림 3.2.20. 국토 교통성에 의해 관리 운영 X-밴드 이중편파 레이더 관측망의 위치(2013년) 73
그림 3.2.21. XRAIN의 강수량 추정 알고리즘 흐름도 74
그림 3.2.22. JMA C-밴드 레이더로 추정된 지상강우분포(왼쪽)... 75
그림 3.2.23. MLIT 웹사이트에서 제공하는 XRAIN 강우에코정보(좌)와 스마... 75
그림 3.2.24. 대도시의 배수관의 구조 및 펌프시설 위치를 나타낸 모식도(좌). 대도시에서 시간 강수... 77
그림 3.2.25. TokyoAMESH인 미나토(좌), 이나기(우) 레이더... 78
그림 3.2.26. 사이타마(좌), 요코하마(중), 카와사키(우) 레이더 79
그림 3.2.27. 레이더 교체이전 TokyoAMESH 합성 레이더 강우지도(좌)와 교체... 81
그림 3.2.28. TokyoAMESH 구성도 81
그림 3.2.29. TokyoAMESH 홈페이지에서 보여주는 도심지역 강우강도 분포 및 기상재해 정보 82
그림 3.2.30. 1976년부터 2012년까지 일 누적 강우량 히스토그램 83
그림 3.2.31. TOMACS 연구 프로젝트 관측지점 및 영역 84
그림 3.2.32. TOMACS 프로젝트에 활용된 기상관측기기 설치 위치 및 활용목적 86
그림 3.2.33. 2010년 7월 5일 17시 40분 JMA가 호우경보를 발령할 당시 CAPPI 이미지 87
그림 3.2.34. 프랑스 RHYTMME 프로젝트에서 X-밴드 이중편파 레이더 관측망(2013) 88
그림 3.2.35. 프랑스 RHYTMME레이더 자료 처리흐름도 89
그림 3.2.36. 프랑스 RHYTMME레이더 관측망 강수추정 알고리즘 90
그림 3.2.37. PATTERN X-밴드레이더 관측망과 독일 함부르크 대학의 X-밴드 레이더 관측망 91
그림 3.2.38. 2012년 8월 3일 13:35 UTC MOD레이더 반사도 자료 처리 93
그림 3.2.39. (a) 2012년 8월 3일 BKM, HWT, MOD, QNS 레이더의 보정된 반사도장,... 94
그림 3.2.40. (a) 2012년 8월3일 13:35 UTC 4대의 관측망레이더... 95
그림 3.2.41. RainGain 관측망 96
그림 3.2.42. RainGain의 4가지 수행미션 97
그림 3.3.43. WP1의 4가지 수행과 output 모식도 97
그림 3.2.44. WP2의 5가지 수행과 output 모식도 98
그림 3.2.45. WP3의 4가지 수행 및 output 모식도 98
그림 3.2.46. WP4의 4가지 수행 및 output 모식도 99
그림 3.3.1. 수도권 소형레이더 관측망 활용 연구과제 도출을 위한 단계설계 101
그림 3.3.2. 소형레이더 관측망 구축시 고려사항(일본 XRAIN참고) 102
그림 3.3.3. 레이더 자료품질 항목 및 설정(일본 MLIT XRAIN 사용예시) 105
그림 3.3.4. 일본 X-밴드 관측망을 이용한 합성 예시 106
그림 3.3.5. X-밴드 레이더와 C-밴드레이더를 이용한 합성강수 예시 106
그림 3.3.6. X-밴드 레이더 강우강도와 C-밴드 레이더 강우강도의 지상우량계와의 비... 107
그림 3.3.7. 강우감쇠 보정 알고리즘 처리도 109
그림 3.3.8. Kim et al.(2010)이 제안한 강수감쇠 보정법에 의해 계산된 최적의 (a)αH, (b)αDP,...(이미지참조) 110
그림 3.3.9. 강수형태 구분에 따른 단일편파와 이중편파레이더... 111
그림 3.3.10. 일본 XRAIN의 강수정량추정 알고리즘 흐름도 112
그림 3.3.11. 4대의 도플러 레이더로 관측 실시간으로 수신된... 112
그림 3.3.12. 일본 MP 레이더를 활용한 실시간 강수예측 예시 113
그림 3.3.13. 일본 XRAIN의 국토교통성의 실시간 감시 시스템예시 114
그림 3.3.14. 미국 CASA 프로젝트 수행시 소형 X-밴드 레이더 관측망 구축 및 활용에서 선두주자인... 114
그림 3.4.1. 수도권 X-밴드 소형레이더 관측망 활용연구 기술개발 개요 115
그림 3.4.2. 수도권 소형 레이더 관측망 활용 기술 개발 단계별 목표설정 116
그림 4.1.1. 무안 관측지점에 위치한 철제 타워에 설치된 NIMR-XPOL 121
그림 4.1.2. 이동 가능한 트럭에 설치된 NIMR-XPOL 모습 122
그림 4.1.3. 1˚ 고도각에서 NIMR-XPOL의 관측결과(2010년 7월 10일 21:01 KST) 124
그림 4.1.4. 3˚ 고도각에서 NIMR-XPOL의 관측결과(2010년 7월 10일 21:01 KST) 125
그림 4.1.5. 4.5˚ 고도각에서 NIMR-XPOL의 관측결과(2010년 7월 10일 21:01 KST) 126
그림 4.1.6. 80˚ 고도각에서 NIMR-XPOL의 관측결과(2010년 7월 10일 21:01 KST) 127
그림 4.1.7. 89˚ 고도각에서 NIMR-XPOL의 관측결과(2010년 7월 10일 21:01 KST) 128
그림 4.1.8. 전도형 우량계의 모습 (좌) 외부, (우) 내부 129
그림 4.1.9. NIMR-XPOL의 위치(푸른점)와 우량계의 위치(붉은점) 130
그림 4.1.10. 우량계 1번을 사용하여 1분마다 관측되는 전도되 횟수로 산출한 1시간 강수강도(2010년 7... 131
그림 4.1.11. 우량계 1번을 사용하여 1분마다 관측되는 전도되 횟수를 10분 누적한 후 평균하여 산출한... 132
그림 4.1.12. 우량계 1번을 사용하여 1분마다 관측되는 전도되 횟수를 1시간 누적한 후 평균하여 산출한... 132
그림 4.1.13. 그림 4.1.9의 자료를 우량계 10대에 대해 평균하여 구한 1시간 강수강도(2010년 7월 10일... 133
그림 4.1.14. 그림 4.1.10의 자료를 우량계 10대에 대해 평균하여 구한 1시간 강수강도(2010년 7월 10일... 133
그림 4.1.15. 감쇠 보정과정 흐름도 134
그림 4.1.16. 3˚ 고도각에서 65˚방위각의 관측된 ψDP(붉은선), 품질관리 후 φDP(검은선, FIR 필터 적...(이미지참조) 135
그림 4.1.17. φDP전처리 모습(이미지참조) 138
그림 4.1.18. 반사도와 차등반사도의 감쇠 보정 결과 139
그림 4.1.19. 거리에 따른 레이더 변수의 모습 140
그림 4.1.20. 각 우량계의 위치에서 보정 전과 후의 반사도에 대한 차등반사도의 분포 141
그림 4.1.21. 각 우량계 및 레이더의 10분 누적 강수량으로 산출한 1시간 강수강도 142
그림 4.1.22. 각 우량계 및 레이더의 60분 누적 강수량으로 산출한 1시간 강수강도 143
그림 4.1.23. 우량계 10대 평균 및 우량계 전체영역에 대한 레이더 평균값의 10분 누적 강수량으로... 144
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