Retrieval of Humidity Profile Using Refractive Index of UHF Windprofiler Radar

Abstract

수증기량을 측정하는 관측 장비로는 레윈존데가 가장 일반적으로 사용된다. 현업에서 레윈존데는 6시간 ~ 12시간 간격의 낮은 시간 해상도로 비양 되어 국지적으로 발생하거나 급격하게 변하는 수증기량에 대한 파악이 어렵다. 시간 해상도가 높은 지상 기반 라디오미터를 이용하여 정확도에 관한 여러 연구가 진행되었으나 라디오미터에서 습도 산출에 이용되는 22 GHz 주변의 주파수는 대기 하층의 수증기량을 정확하게 파악하지 못하는 단점을 보였다. 라디오미터 외에도 시간 해상도가 높은 원격탐지장비로 위성이 이용되었지만, 위성 또한 구름에 의해 지표가 가려지면 관측이 어렵고 라디오미터와 마찬가지로 하층의 수증기량을 구하는 데 한계가 있다. UHF 윈드프로파일러에서 방출되는 고주파의 전자기파가 대기 열역학적인 요소(온도, 습도, 기압)에 의해 영향을 받는 것을 이용하여 정확한 하층 수증기량을 산출하였다. 라디오미터의 온도자료와 지상 ASOS의 지상자료로 기압을 산출해 습도 프로파일을 산출하였다. 대기굴절률 연직 변화량(M)은 습도의 연직 변화에 가장 큰 역할을 하여 최적의 M을 결정하는 알고리즘을 개발하였다. 윈드프로파일러에서 추정되는 경계층 고도와 혼합층에서 습도의 특성을 고려하여 M을 보정하였고, 부호 결정의 기준에 따라 2 km 이상 상층에서 습도의 오차가 증가하는 경향을 보였다. 이는 라디오미터 자료로 대체하여 최종적으로 윈드프로파일러의 대기굴절률과 라디오미터 온·습도를 결합한 습도(qC)의 연직 프로파일을 산출하였다. 레윈존데의 습도를 참값으로 qC 프로파일의 정확도를 평가하였다. 태양복사가 강해서 혼합이 활발하게 일어나는 여름철 주간에 RMSE가 1.72 g/kg으로 레윈존데와 라디오미터 비습의 RMSE 3.42 g/kg에 비해 두 배 가량 낮게 산출되는 개선 효과를 보였다. qC 프로파일을 통해 하층의 가강수량을 구하여 해륙풍, 태풍, 강수 전과 후의 변화를 조사하였다. 해풍의 시작과 함께 강수량이 증가하였고, 태풍의 접근에 따라 가강수량이 증가하였다. 또한, 강수 전부터 가강수량이 증가하여 강수 후에는 가강수량의 감소를 확인하였다. 본 연구에서 개발한 원격관측 자료를 이용하여 높은 시공간 해상도로 하층 수증기량의 변화를 감시하는 방법은 관측자료만으로 입체적인 기상 변화와 악기상을 파악하고, 대기경계층 특성을 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다.