일반기술

이중 도플러 레이더 바람장 산출 기술 개발

기상 레이더는 고해상도의 반사도 자료를 생산함으로 정량적인 강수량의 추정에 필수적인 장비이다. 또한 고해상도의 정량적 강수 자료를 제공할 뿐만 아니라 바람자료도 도출할 수 있다. 바람 자료는 수치모델의 입력 자료로도 활용될 뿐만 아니라 실황예보(nowcasting)에도 유용한 자료이다. 이러한 바람자료는 레이더 사이트에 대한 시선방향으로의 속도만을 표현하기 때문에 레이더 바람자료를 이용한 악기상 분석을 위해서는 u,v,w 방향으로의 바람성분을 계산해야만 한다. 이러한 계산방법에는 여러 가지가 있다. 그 중에서도 단일 도플러 레이더 자료의 바람정보를 이용한 방법에는 VAD(Velocity azimuth display; Browning and Wexler 1968)와 EVAD(Extended VAD: Srivastava et al., 1986) 방법 그리고 레이더의 부피 자료를 이용하는 VVP (Volume velocity processing; Waldteufel and Corbin, 1979) 방법 등이 있다. 이들 방법은 단일 도플러 레이더 관측 자료를 처리하여 주어진 한 고도면에서 바람장이 일정하다는 가정하에서 바람장을 추정하는 방법이다. 따라서 전선이나 대류성 폭풍 등과 같은 바람의 변화가 심한 악기상에는 적용하기가 어려운 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하고 시선 방향으로의 속도를 이용한 3차원 바람장을 추정하기 위해서는 적어도 두 대 이상의 도플러 레이더 관측 자료가 필요하다. 일반적으로 3차원 바람장은 두 대의 도플러 레이더에 의한 방법(Kropfli and Miller, 1975; Brandes, 1977)과 세 대의 도플러 레이더에 의한 방법(Ray and Sangren, 1983)에 의해 계산될 수 있다. 두 대의 도플러 레이더를 이용한 3차원 바람장의 계산은 시선속도로 연속 방정식을 이용하여 추정하지만, 세 대의 도플러 레이더를 이용하면 연속 방정식의 의존 없이도 3차원 바람장을 직접 계산할 수 있다. 그러나 계산이 복잡하고 시간도 많이 걸리기 때문에 보통 두 대의 도플러 레이더 관측에 의한 3차원 바람장을 산출한다(Scialom and Testud, 1986).두 대의 도플러 레이더를 이용한 3차원 바람장 분석에는 COPLAN 방법과 이중 도플러 레이더 방법이 있다(Atlas, 1990). COPLAN 방법은 두 대의 도플러 레이더를 연결한 축을 포함하고 어떤 한 지점을 향한 각 레이더 빔을 포함한 어떤 평면상에 시선속도 자료가 존재한다고 가정한다. 정해진 지점에 해당하는 각각의 레이더의 반사도 자료를 이용하여 바람장을 계산하게 되는데 계산 방법이 복잡하다(Lhermitte and Miller, 1972). 이에 반해 이중 도플러는 각각의 레이더 자료를 3차원 직각 좌표계의 격자 자료로 변환한 뒤 동일 위치에 대한 두 레이더 자료를 이용하여 분석하는 방법이다(Ray et al., 1980). 이중 도플러 분석 방법은 COPLAN 방법에 비해 분석이 용이하기 때문에 악기상 분석에 주로 사용되며 최근에는 항공기를 이용한 이중 도플러 분석으로 한랭전선의 상세한 연직 구조 분석한 사례도 있다(Geerts et al., 2006).국내 관련 연구는 이중 도플러 레이더 방법에 의한 열대 중규모 구름계의 바람장 분석(김경익 등, 1988)과 열대운의 발달과 소멸구조와 관련된 바람장 특성에 관한 연구(김정희 등, 1998)가 있었다. 우리나라의 레이더 자료를 이용한 연구로는 남서해안의 다중세포 스톰 구조에 관한 연구(남경엽 등, 2005)가 있었다. 본 사업에서는 3차원 레이더 바람장을 산출함에 있어서 두 대의 도플러 레이더를 이용하여 바람장을 산출하는 Dual-Doppler synthesis 방법을 사용하였다. 우리나라에 설치된 기상레이더를 이용하여 각각 두 대의 레이더 짝에 대한 이중 바람장을 구하였고, 각각의 이중 바람장을 합성하여 한반도 전역에 대한 바람자료가 산출되도록 하였다. 또한 3차원 레이더 바람장을 기상 레이더과와 공동으로 현업화하여 실시간으로 웹페이지에 표출되도록 하였다.