일반기술

정량적 레이더 강수량(RAR) 산출 현업시스템 개발

기상레이더를 이용한 강수량 추정은 최근 레이더기상학자와 수문학자들의 가장 중요한 주제이다(Atlas et al., 1997). 레이더 자료를 이용하여 더 정확하고 고해상도이며 보다 더 넓은 영역에서 강우강도 자료를 산출하는 것에 끊임없이 연구되어 왔다. 이러한 강우강도 자료는 홍수의 예․경보, 하천 유수, 물 수지와 같은 다양한 연구에 적용될 수 있다(Morin et al., 2003). 반사도(Z)와 강우강도 (R) 사이의 Z-R 관계식()의 Z-R 계수 a와 b는 레이더를 이용한 강수량 추정에 중요한 결정 요소이다. 초기에, Marshall and Palmer (1948; 이하 M-P 관계식)는 a=200, b=1.6의 지수함수를 결정하였다. 이후에 많은 연구는 지역이나 강수 타입에 따라 여러 다양한 지수함수인 Z-R 관계식의 a, b 계수를 제안하였다(Battan, 1973). 이러한 연구 결과 중 대표적 a, b 계수로는 적운형 강수 타입에 적용되는 a=300, b=1.4 (미국 기상레이더(Weather Surveillance Radar-1988 Doppler (WSR-88D)에 적용됨), 열대지방의 강수에 적용되는 a=250, b=1.2(Rosenfeld et al., 1993) 등이 있다. 본 연구에서는 정량적 레이더 강우강도 산출을 위하여 실시간으로 Z-R 계수를 결정하고 강우강도를 추정하는 레이더-AWS 강우강도(Radar-AWS Rainrate; 이하 RAR) 산출시스템을 구축하여 실시간으로 운영하며 검증하였다.RAR 산출시스템은 레이더에서 관측된 반사도 자료와 지상 우량계의 강수량 자료를 이용하여 매 10분마다 실시간으로 한반도 영역에 강우강도를 추정한다. RAR 산출시스템은 강우강도를 추정하기 위하여 WPMM (Window Probability Matching Method; 이하 WPMM) 이론을 이용한다. WPMM은 우량계에서 관측된 강우강도와 우량계에 근접한 영역의 레이더 반사도를 각각 대응시켜 확률밀도함수로 재산정하여 반사도인자(Z)와 강우강도(R)와의 관계식인 Z-R 관계식을 결정하는 방법이다(Rosenfeld et al., 1993). 레이더 반사도 자료와 우량계 강우 자료를 이용한 고해상도 정량적 강우강도를 산출하기 위한 WPMM은 실시간으로 강수시스템의 특성에 따라 Z-R 관계식을 산출하여 고해상도의 강우강도를 추정한다(석미경 외, 2005). 실시간으로 산출되는 고해상도의 정량적 강우량 자료는 예측모델의 상세화와 수문모델의 정량적인 강수자료의 활용에 기여한다. 또한 RAR 산출시스템에서 생산된 한반도 영역의 강우강도 합성장은 우량계가 존재하지 않아 정량적 강수량을 추정하기 힘든 해상영역에 대해서도 강우강도 추정이 가능하다. RAR 산출시스템은 기상청 기상레이더과 인트라넷 홈페이지에 현업화되어 2006년 2월부터 강우강도 합성장을 산출하였으며 6월부터 검증시스템을 구축하여 운영하였다. 본 연구에서는 RAR 산출시스템과 검증시스템을 구축하고 운영하였다. 그리고 2006년 여름의 특징적인 강수사례인 태풍 ‘에위니아’ 사례와 국지적 집중호우를 발생시킨 장마전선의 사례를 분석하고 2006년 여름철(6월 ~ 8월) 강우강도 자료를 이용하여 기상청에서 기존에 사용한 Z-R 관계식(Z=200R1.6)에 의해 추정된 강우강도와 RAR 산출시스템에 의해 추정된 강우강도를 비교하여 RAR 산출시스템의 자료가 얼마나 개선되었는지 비교․검증하였다. 또한 최근 외국의 레이더를 이용한 정량적 강우강도 산출을 위한 연구로 Morin et al. (2005)과 Chemchean et al. (2006)의 검증결과를 RAR 산출시스템의 검증결과와 비교하여 성능을 평가하였다.