Polarimetric attenuation correction at C-band Dual polarization weather radar using the modified Hot-spot method

Abstract

다양한 편파 인자들을 이용한 정량 강수추정 및 강수 시스템의 정성적 분석을 위한 이중편파레이더의 중요성이 점차 증대되는 만큼 자료의 품질관리가 매우 중요시되고 있으며, 특히, 단파장 레이더에서 쉽게 발생할 수 있는 반사도와 차등반사도의 감쇠에 대한 보정기술 개발이 요구된다. 편파레이더 인자 중 차등위상(differential phase; ΦDP)은 레이더 보정, 지형 반사장애 및 감쇠 등에 영향을 받지 않으므로 이를 이용한 반사도와 차등반사도의 감쇠보정이 가능하다. 거리에 따른 반사도와 차등반사도의 감쇠비는 AH=αKDP 와 ADP=βKDP로 비차등위상 (specific differential phase; KDP)과 비례하는 간단한 선형식으로 표현할 수 있다. 이전 연구들에서는 계수 α와 β 값들을 기후학적 경험 값으로 레이더 전체 자료에 적용해 왔으나, α와 β가 온도 및 강수 시스템의 입자분포(drop size distribution; DSD)와 매우 밀접한 관련이 있으므로 보다 세분된 계수 값 분포를 구하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 특히, C-band 레이더가 가지는 공진효과에 의한 반사도와 차등반사도의 급격한 감쇠에 영향을 주는 큰 강수 입자를 포함하는 강한 강수세포(hot spot)를 선행적으로 추정하고 이 영역의 차등위상 증량(∆ΦDP)을 이용하여 계수 α와 β의 변화를 고려하는 감쇠보정 방법(Hot-spot method)과 이 방법에 사용되는 배경 계수 값 α0와 β0를 Bringi et al. (2001)이 제안한 방법을 이용해 최적 값을 도출하여 적용하는 개선된 Hot-spot 방법을 제안하였다. 제안된 방법들은 기존 연구들이 소개한 선형 보정법(Bringi et al. 1990) 과 최적계수 도출법(Bringi et al. 2001)과 함께 각각 미국 오클라호마주와 인디애나주에 있는 C-band 이중편파레이더를 이용하여 오클라호마주에서 발생한 두 개의 강한 강수 사례와 시카고 도심 지역에서 발생한 하나의 강수 사례에 적용하여 성능을 비교하였다. 본 연구에서 새롭게 제안된 감쇠보정 기법들은 기존의 기법이 가지고 있는 감쇠 보정계수를 일정 상수값으로 가정하는 단점을 보완하고 큰 강수입자를 많이 포함하고 있는 강한 강수 세포 내에서의 감쇠 보정계수 증가를 객관적인 접근을 통해 도출함으로써 보다 정확하고 신뢰성 있는 감쇠보정 효과를 얻을 수 있었다. 보정된 자료를 각 C-band 이중편파레이더 인근에 있는 감쇠 영향이 적은 S-band 이중편파레이더 자료와 비교 검증한 결과, (시카고 사례는 S-band 단일 편파레이더 사용), 새롭게 제안된 기법들이 가장 좋은 결과를 보였다. 또한, 보정된 반사도 값을 Z-R 관계식을 이용해 강우량 값으로 변환하여 이를 지상의 우량계 자료와의 비교 검증을 한 결과, 개선된 Hot-spot 방법에서 도출된 값이 지상 우량계 값과 가장 작은 오차를 보이며 좋은 결과를 보였다. 감쇠현상이 큰 C-band 이중편파레이더를 이용하여 큰 감쇠를 보였던 대류형 강수시스템의 감쇠보정을 정확히 산출함으로써 이중편파레이더 자료의 품질을 크게 향상시켰으며, 아울러 C-band 레이더가 가지고 있는 전자기파의 공진효과에 대한 이해와 이중편파 인자들의 자기상관 특성 이해에도 본 연구가 좋은 참고자료로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.