Algorithm development for the high resolution spatio-temporal radar data production

Abstract

국지성 호우는 좁은 지역에서 매우 짧은 시간에 급격히 발달하여 많은 양의 비를 내리게 한다. 기후변화로 인해 국지성 호우가 발생하는 빈도는 매년 증가하고 있으며 그 피해 또한 심각하다. 기상레이더는 높은 시·공간 해상도로 국지성 호우의 탐지 및 이동 정보를 파악할 수 있으며, 이러한 정보를 이용하여 초단기예보에 적극 활용되고 있다. 현재 일본의 X-band 이중편파레이더는 5분의 높은 시간해상도를 가지고 다양한 편파변수 (ZH, ZDR, KDP, ρhv 등)를 생산하기 때문에 정량적 강수량 추정, 강수의 미세물리과정 및 운동학적 특성을 이해하는데 유용하게 사용되고 있다. 그러나, 5분 이내에 급격히 발달하는 대류성 강수시스템의 초기 단계를 분석하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 convective cells의 초기 발달단계를 분석하고자, 일본에서 운영 중인 X-band 이중편파레이더 네트워크를 이용하여 고해상도 시·공간 레이더 볼륨자료를 생성하는 알고리즘을 개발하였다. 두 대의 레이더 관측 자료를 활용하여 Tracking Radar Echoes by Correlation (TREC) 방법과 linear interpolation 방법을 사용하여 이류속도를 계산하였다. 이동벡터를 활용하여 선형내삽법으로 PPI 반사도 자료를 1분 간격으로 산출하였으며, 이는 전체 자료에서 추출된 반사도 자료의 추세선을 회수하여 보정되었다. 1분 간격의 PPI 반사도 자료로 선형내삽법을 이용하여 0.2도 간격의 연직 볼륨 자료를 산출하였다. 또한 합성자료의 정확도 향상을 위하여 신뢰도가 높은 레이더 자료를 이용하여 이웃하는 레이더 자료를 보정한 후 1분 간격의 CAPPI 자료를 생산하여 합성하였으며, 레이더 간 중첩영역은 최대값을 사용하였다. 산출된 고해상도 자료의 정확도를 평가하기 위하여 2012년 7월 19일 칸토지역에서 발생한 localized convective cell을 분석하였다. 기존의 자료로 분석한 결과, 0323 UTC에 10 dBZ로 관측된 cell은 0328 UTC에 두 개의 강한 core (약 37 dBZ)를 가진 cell로 급격히 성장하였다. 알고리즘을 통해 얻은 데이터로 cell을 분석한 결과, 35.58–35.65°N, 139.04–139.10°E의 위치에서 관측된 cell은 5분 동안 서서히 소멸하지만, 35.64–35.74°N, 139.00–139.08°E의 위치에서 관측된 cell은 0325 UTC에 23 dBZ까지 성장하고, 0327 UTC에 강한 두 개의 peak (35 dBZ)를 보였다. 본 연구를 통해 개발한 알고리즘은 localized convective cell의 초기 단계를 분석하는데 유용하게 이용되고, 나아가 국지성 강수를 탐지하는 알고리즘 개발에 도움이 되리라 생각된다.