Statistical analysis of single peak convective precipitation using X-­band polarimetric radar

Abstract

단시간에 좁은 지역에서 집중적으로 발생하는 대류성 호우는 강한 돌풍과 홍수를 유발하는 등 큰 피해를 일으킨다. Byers and Braham (1949)은 대류성 강수를 발단, 성숙, 소멸단계로 분류하였으며, 발단단계에서는 3-5분, 성숙단계에서는 5-10분, 소멸단계에서는 8-11분 정도의 강수 지속시간을 가진다고 하였다. 또한 Simpson et al. (1980)은 10㎝ 밴드 레이더와 우량계를 이용하여 대류성 강수의 단일 에코의 수명을 평균 24분으로 분석하였다. 지금까지 기상레이더를 이용한 대류성 강수에 대한 연구는 5분에서 10분 정도의 3차원 볼륨데이터를 이용하여 강수량의 변화를 분석해오고 있으나, 이는 대류성 강수에 대한 시간의 주기분석에 대한 해석이 힘들다. 본 연구에서는 최근 일본 국토 교통성에서 1분마다 관측되는 고해상도 자료인 X밴드 이중편파레이더를 이용하여 얻어지는 강우강도 자료를 통해 단일 피크의 대류성 강수에 대한 통계분석을 실시하였다. X 밴드 레이더 자료는 지상우량계 강수량자료로 검증하였다. 1분 강우강도 자료는 시간 해상도가 높아, 하나의 강수 주기성을 파악하기에는 용이하나, 반면에 불필요한 단주기성분이 포함되어 있다. 이러한 단주기 성분을 제거하고자 Finite Impulse Response (FIR) 필터를 사용하였고, 필터된 대류성 강수는 한 지점에서 강우강도 0.5 mm hr-1, 강수지속시간 5분의 임계값으로 정의되어 피크개수(Npeak), 피크 강우강도(Rpeak), 누적 강수량(Rac), 강수지속시간(Train), 강수시작에서 피크 강우강도까지의 시간(Tpeak) 등 5 가지 변수들을 사용하여 통계분석에 활용하였다. 단일 피크에 대한 샘플 수는 총 88,036개로, 최대 피크강우강도는 128.1 mm hr-1, 최대 누적 강수량은 40.4 mm, 최대 강수시간은 42분, 최대 강수시작에서 피크 강우강도까지의 시간은 21분으로 나타났으며, 이때 누적 강수량과 최대강우강도는 0.9 이상의 높은 상관 값을 보였다. 또한 일반적인 대류성 강수와 강한 대류성 강수의 특성을 살펴보기 위해 피크 강우강도를 10, 30, 50, 80 mm hr-1 이상으로 분류하여 상관분석을 실시하였다. 이때 누적 강수량과 최대 강우강도는 0.7 이상의 상관 값을 보였고, 누적 강수량과 강수지속시간은 최대 강우강도에 영향을 받지 않으면서 0.7과 0.8 사이의 일정한 상관 값을 보였다. 회귀분석을 통해 누적강수량과 다른 변수들 간의 선형 방정식을 도출하였으며, 누적 강수량 값을 이용하여, 단일 피크 대류성 강수에서의 피크 강우강도와 강수 지속시간, 강수시작에서 피크 강우강도까지의 시간을 예측함으로써 강한 대류성 강수에서의 단일피크에 대한 단시간 예보 및 nowcasting 능력 향상에 크게 기여 될 것으로 사료된다.