KR101892502B1 - calculation system for storm relative helicity using wind profiler and calculation method for storm relative helicity using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 SRH 산출 시스템 및 이를 이용한 SRH 산출 방법에 대한 것으로서, 특히 윈드프로파일러를 이용하여 SRH를 산출하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an SRH calculating system and a SRH calculating method using the SRH calculating system, and more particularly, to a system and a method for calculating an SRH using a wind profiler.
장마전선 상에서 발생하는 악기상은 중규모 대류계(Mesoscale Convective Systems, MCS; 이하 MCS라 함)로 인한 집중호우가 대표적이다. MCS는 복합적인 뇌우와 지속적인 강수가 나타나는 지역이 연결되어 수평 규모가 한 방향으로 최소한 100 km 이상의 규모(Meso-)를 가지는 구름계를 의미한다. MCS에서 관측되는 가장 일반적인 현상은 강한 대류성 에코들이 선형으로 형성되고, 진행방향을 기준으로 그 후면에 층운형 에코가 따르는 스콜선(Squall Line)이다. 일반적으로 레이더 에코가 선형으로 길게 늘어선 현상이다. MCS는 매우 복잡한 열역학적인 과정을 통해서 형성되기 때문에 모델에 의한 예측이 어렵지만, 기상레이더, 윈드프로파일러, 라디오미터와 같은 원격탐사 장비를 이용한 관측으로 구조를 파악할 수 있다. 장마전선에 의해 자주 발생하는 스콜선은 연직 바람 쉬어를 이용하여 진단이 가능하다. 연직 바람 쉬어는 스콜선이 얼마나 강하고 오랫동안 유지될 것인지를 결정한다. 일반적으로 한반도에서 장마기간 동안 발생하는 집중호우는 역학적 불안정에 의해서 발생한다. 따라서, 쉽고 정확하게 SRH(Storm Relative Helicity)를 산출할 수 있는 방법이 필요하다.Muscular faults occurring on the rainy season are typically heavy rains caused by mesoscale convective systems (MCS). The MCS is associated with a combination of thunderstorms and areas of continuous precipitation, with a horizontal scale of at least 100 km in one direction (Meso- ). The most common phenomenon observed in MCS is a squall line in which strong convective echoes are formed linearly and followed by a stratified echo on the back of the direction of travel. Generally, the radar echo is linearly long. MCS is difficult to predict by model because it is formed through a very complex thermodynamic process, but it can be grasped by observations using remote sensing equipment such as weather radar, wind profilers, and radio meters. Scorelines, which are frequently generated by the power line, can be diagnosed using a vertical wind shear. A vertical wind shear determines how strong and long the squad line will remain. Generally, heavy rainfall during the rainy season on the peninsula is caused by mechanical instability. Therefore, there is a need for a method that can easily and accurately calculate SRH (Storm Relative Helicity).
본 발명의 목적은 쉽고 정확하게 SRH를 산출할 수 있는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a system and method that can easily and accurately calculate SRH.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 윈드프로파일러의 원시자료에서 비기상 전파신호를 제거하고 바람벡터를 재산출하는 바람벡터 산출부와, 상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH(Storm Relative Helicity)를 산출하는 SRH 산출부를 포함하는 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a wind turbine generator comprising: a wind vector calculating unit for removing a non-vapor wave signal from raw data of a wind profiler and outputting a wind vector; and a wind vector calculating unit And an SRH calculating unit for calculating SRH (Storm Relative Helicity).
상기 바람벡터 산출부는, 상기 윈드프로파일러의 원시자료를 로딩하는 원시자료 로딩 모듈과, 상기 원시자료의 도플러 스펙트럼의 잡음 전력 수준을 결정하는 잡음 전력 수준 결정 모듈, 상기 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호를 고도별 도플러 스펙트럼에서 제거하는 비 기상 에코 제거 모듈, 상기 비 기상 에코 제거 모듈에서 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호가 제거된 고도별 도플러 스펙트럼에서 대기 신호에 의한 첨두를 결정하는 대기 운동 첨두 신호 선정 모듈, 상기 첨두를 중심으로 도플러 스펙트럼의 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 분석점의 최소 지점과 최고 지점을 결정하고, 결정된 도플러 스펙트럼 변수를 통하여 스펙트럼 모멘트를 산출하는 스펙트럼 모멘트 산출 모듈, 및 상기 스펙트럼 모멘트 산출 모듈에서 산출된, 모든 고도의 표본점에 대해서 4개의 경사빔과 연직빔의 1차 스펙트럼 모멘트를 통하여 윈드프로파일러의 바람벡터를 동서방향과 남북방향 및 연직방향으로 산출하는 고도별 바람 벡터 산출 모듈을 포함한다.Wherein the wind vector calculator comprises: a raw data loading module for loading raw data of the wind profiler; a noise power level determining module for determining a noise power level of the Doppler spectrum of the raw data; A non-meteorological echo cancellation module that removes the radio signal from the altitude-dependent Doppler spectrum, a standby to determine the peak due to the atmospheric signal in the highly doped Doppler spectrum from which the non-terrestrial propagation signal exceeds the noise power level in the non- A motion peak signal selection module, a spectrum moment calculation module for determining a minimum point and a maximum point of a fast Fourier transform analysis point of the Doppler spectrum around the peak, and calculating a spectrum moment through the determined Doppler spectrum parameter, And in the spectrum moment calculation module A wind vector calculation module for calculating the wind vector of the wind profiler in the east-west direction, the north-south direction and the vertical direction through the first-order spectrum moments of the four slope beams and the vertical beams with respect to all the high- .
상기 SRH 산출부는, 상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 소정고도까지의 평균 바람벡터를 산출하는 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈과, 상기 고도별 평균 바람벡터를 기반으로 스톰 운동 벡터를 추정하는 스톰 운동 벡터 추정 모듈, 고도별로 바로 상층 고도의 바람벡터를 이용하여 바람벡터의 연직 쉬어를 산출하는 연직 쉬어 산출 모듈, 상기 연직 쉬어를 산출한 후 평균 바람벡터를 산출하는 벡터 편차 산출 모듈, 및 상기 고도별 평균 바람벡터와 상기 스톰 운동 벡터의 차이와, 상기 바람벡터의 연직 쉬어의 곱을 소정고도까지 누적하여 SRH를 산출하는 누적 모듈을 포함한다.The SRH calculator includes an altitude average wind vector calculating module for calculating an average wind vector up to a predetermined altitude based on the wind vector calculated by the wind vector calculator, A vertical sheer calculation module for calculating the vertical sheath of the wind vector by using the upper-level elevation wind vector immediately for each elevation, a vector deviation calculation module for calculating the average wind vector after calculating the vertical sheath, And an accumulation module for calculating the SRH by accumulating the difference between the average wind vector at the altitude and the stom motion vector and the product of the vertical sheath of the wind vector up to a predetermined altitude.
또한, 본 발명은 바람벡터 산출부가 윈드프로파일러의 원시자료에서 비기상 전파신호를 제거하고 바람벡터를 재산출하는 단계와, 상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH 산출부가 SRH(Storm Relative Helicity)를 산출하는 단계를 포함하는 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 방법을 제공한다.The present invention further includes a step of removing the non-Gaussian propagation signal from the source data of the wind profiler and restoring the wind vector, and a step of generating the SRH output unit SRH based on the wind vector calculated by the wind vector calculation unit And calculating a Storm Relative Helicity of the SRH.
상기 바람벡터 산출부가 윈드프로파일러의 원시자료에서 비기상 전파신호를 제거하고 바람벡터를 재산출하는 단계는, 상기 윈드프로파일러의 원시자료를 원시자료 로딩 모듈이 로딩하는 단계와, 상기 원시자료의 도플러 스펙트럼의 잡음 전력 수준을 잡음 전력 수준 결정 모듈이 결정하는 단계, 상기 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호를 고도별 도플러 스펙트럼에서 비 기상 에코 제거 모듈이 제거하는 단계, 상기 비 기상 에코 제거 모듈에서 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호가 제거된 고도별 도플러 스펙트럼에서 대기 운동 첨두 신호 선정 모듈이 대기 신호에 의한 첨두를 결정하는 단계, 상기 첨두를 중심으로 도플러 스펙트럼의 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 분석점의 최소 지점과 최고 지점을 결정하고, 결정된 도플러 스펙트럼 변수를 통하여 스펙트럼 모멘트 산출 모듈이 스펙트럼 모멘트를 산출하는 단계, 및 상기 스펙트럼 모멘트 산출 모듈에서 산출된, 모든 고도의 표본점에 대해서 4개의 경사빔과 연직빔의 1차 스펙트럼 모멘트를 통하여 윈드프로파일러의 바람벡터를 고도별 바람 벡터 산출 모듈이 동서방향과 남북방향 및 연직방향으로 산출하는 단계를 포함한다.Wherein the step of removing the non-Gaussian propagation signal from the wind data of the wind vector profiler and restoring the wind vector comprises the steps of: loading the wind data of the wind profiler with the source data loading module; Determining a noise power level of the Doppler spectrum by a noise power level determination module; removing the non-Gaussian echo cancellation module in the Doppler spectrum of the altitude by the non-Gaussian propagation signal exceeding the noise power level; Wherein the atmospheric motion peak signal selection module determines the peak due to the atmospheric signal in a highly Doppler spectrum in which the non-Gaussian propagation signal exceeding the noise power level is removed from the noise power level, and a fast Fourier transform of the Doppler spectrum Transform < / RTI > analysis points, Calculating a spectrum moment by a spectrum moment calculating module through a spectrum parameter and calculating a spectrum moment by a spectrum analyzer based on the wind profiler through four slope beams and a first order spectral moment of a vertical beam for all the high- The wind vector of the high altitude wind vector is calculated in the east-west direction, the north-south direction and the vertical direction.
상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH 산출부가 SRH(Storm Relative Helicity)를 산출하는 단계는, 상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈이 소정고도까지의 평균 바람벡터를 산출하는 단계와, 상기 고도별 평균 바람벡터를 기반으로 스톰 운동 벡터 추정 모듈이 스톰 운동 벡터를 추정하는 단계, 고도별로 바로 상층 고도의 바람벡터를 이용하여 연직 쉬어 산출 모듈이 바람벡터의 연직 쉬어를 산출하는 단계, 상기 연직 쉬어를 산출한 후 벡터 편차 산출 모듈이 평균 바람벡터를 산출하는 단계, 및 상기 고도별 평균 바람벡터와 상기 스톰 운동 벡터의 차이와, 상기 바람벡터의 연직 쉬어의 곱을 소정고도까지 누적하여 누적 모듈이 SRH를 산출하는 단계를 포함한다.The step of calculating SRH (Storm Relative Helicity) based on the wind vector calculated by the wind vector calculating unit may include calculating an SRH (Storm Relative Helicity) based on the wind vector calculated by the wind vector calculating unit, Estimating a storm motion vector by a storm motion vector estimation module based on the altitude average wind vector, calculating a steep motion vector using a wind vector at an upper altitude level, Calculating a vertical shear of the wind vector, calculating a vertical shear, and a vector deviation calculation module calculating an average wind vector, And the cumulative module calculates the SRH by accumulating the product of the vertical sheer of the SRH to a predetermined altitude.
상기 SRH는, 이며, 상기 는 수평속도벡터(Horizontal velocity vector)이고, 상기 는 스톰의 운동벡터(Storm motion vector)이다.In the SRH, , And Is a horizontal velocity vector, Is a Storm motion vector of Storm.
본 발명은 쉽고 정확하게 SRH를 산출할 수 있는 시스템과 방법을 제공한다.The present invention provides a system and method for easily and accurately calculating SRH.
도 1은 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템에서 윈드프로파일러의 설치 지점을 표시한 지도.
도 3은 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템을 이용하여 윈드프로파일어의 SRH를 산출한 결과.
도 4는 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 방법의 순서도.1 is a block diagram of an SRH calculation system using a wind profiler according to the present invention;
2 is a map showing an installation point of a wind profiler in an SRH calculation system using a wind profiler according to the present invention;
3 is a result of calculating the SRH of the wind profile using the SRH calculation system using the wind profiler according to the present invention.
4 is a flowchart of a method of calculating SRH using a wind profiler according to the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of an SRH calculation system using a wind profiler according to the present invention.
본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 바람벡터를 산출하는 바람벡터 산출부(100)와, 바람벡터 산출부(100)에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH를 산출하는 SRH 산출부(200)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the SRH calculating system using the wind profiler according to the present invention comprises a wind
바람벡터 산출부(100)는 윈드프로파일러를 이용하여 바람벡터를 산출한다. 윈드프로파일러는 대기의 연직 바람벡터를 관측하는데 이용되는 기기로서, 악기상 현상의 역학적 불안정을 진단하는데 매우 적합하다. 윈드프로파일러는 바람벡터의 연직 프로파일을 결정하기 위해서 도플러 빔 방식을 사용하며, 고정된 방위각과 고도각에 따라 전자기 펄스파를 송신한다. 대기 산란 과정의 특징에 의해 수신된 신호는 도플러 지연에 따른 위상차가 발생하고, 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)으로 산출된 도플러 스펙트럼을 통해서 대기의 바람벡터 성분을 결정한다. 윈드프로파일러는 일반적으로 기상학적인 연구에 많이 활용되고 있으며, 수분의 시간분해능과 수십미터의 공간분해능으로 바람의 연직구조를 제공할 수 있기 때문에 위험기상을 분석하거나 수치예보모델의 예측정확도를 높이기 위한 기초 자료로 널리 활용된다. 다만, 윈드프로파일러는 레이더 전파의 신호처리를 통해 바람벡터를 추정하기 때문에, 각종 비기상 전파신호로 인한 오차가 발생한다. 따라서, 본 발명은 SRH을 산출하기 전에 윈드프로파일러의 원시자료를 처리하여 비기상 전파신호를 제거하고 바람벡터를 재산출한다. 이를 위해서, 바람벡터 산출부(100)는 윈드프로파일러의 원시자료를 로딩하는 원시자료 로딩 모듈(110)과, 잡음 전력 수준 결정 모듈(120), 비기상 에코 제거 모듈(130), 대기 운동 첨두 신호 선정 모듈(140), 스펙트럼 모멘트 산출 모듈(150), 및 고도별 바람벡터 산출 모듈(160)을 포함한다.The
잡음 전력 수준 결정 모듈(120)은 윈드프로파일러 원시자료의 도플러 스펙트럼의 잡음전력 수준을 결정한다. 이는, 최근 가장 널리 사용되는 백색잡음을 가정하여 잡음전력 수준을 결정한다. 또한, 스펙트럼 첨두보다 낮은 스펙트럼 밀도의 수준을 정하고, 정해진 수준보다 낮은 스펙트럼 자료를 모아 새로운 스펙트럼을 구성한다. 새롭게 구성된 스펙트럼이 백색 잡음 조건을 만족할 때까지 이 과정을 반복한다.The noise power
비기상 에코 제거 모듈(130)은 잡음 전력 수준 결정 모듈(120)에서 잡음전력 수준을 결정한 후, 고도별 도플러 스펙트럼에서 비기상 전파신호를 제거한다.The non-geophone
대기 운동 첨두 신호 선정 모듈(140)은 비기상 에코 제거 모듈(130)에서 비기상 전파신호가 제거된 고도별 도플러 스펙트럼에서 대기 신호에 의한 첨두를 결정한다.The atmospheric motion peak
스펙트럼 모멘트 산출 모듈(150)은 대기 운동 첨두 신호 선정 모듈(140)에서 결정된 대기 신호에 의한 첨두를 중심으로 도플러 스펙트럼의 FFT 분석점의 최소 지점과 최고 지점을 결정한다. 또한, 결정된 도플러 스펙트럼 변수를 통하여 스펙트럼 모멘트를 산출한다.The spectrum
고도별 바람벡터 산출 모듈(160)은 스펙트럼 모멘트 산출 모듈(150)에서 산출된, 모든 고도의 표본점에 대해서 4개의 경사빔과 연직빔의 1차 스펙트럼 모멘트를 통해서 윈드프로파일러의 바람벡터(, , )를 산출한다.The altitude-dependent wind
SRH 산출부(200)는 바람벡터 산출부(100)에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH를 산출한다. 이를 위해서, SRH 산출부(200)는 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈(210), 스톰 운동 벡터 추정 모듈(200), 연직 쉬어 산출 모듈(230), 벡터 편차 산출 모듈(240), 및 누적 모듈(250)을 포함한다.The SRH calculating
고도별 평균 바람벡터 산출 모듈(210)은 소정고도까지의 평균 바람벡터를 산출한다. 여기서, 소정고도는 0~3㎞를 예시한다.The altitude-based average wind
스톰 운동 벡터 추정 모듈(200)은 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈(210)에서 산출된 고도별 평균 바람벡터를 기반으로 스톰 운동 벡터를 추정한다. 여기서, 스톰 운동벡터는 고도별 평균 바람벡터의 75%이며, 방향은 +30도이다.The storm motion
연직 쉬어 산출 모듈은 각 고도별로 바로 상층 고도의 바람벡터를 이용하여 바람벡터의 연직 쉬어를 산출한다.The vertical shear output module calculates the vertical sheath of the wind vector using the upper-level elevation wind vector at each altitude.
벡터 편차 산출 모듈(240)은 연직 쉬어 산출 모듈에서 연직 쉬어를 산출한 후 평균 바람벡터를 산출한다.The vector
누적 모듈(250)은 각 고도별 평균 바람벡터와 스톰 운동벡터의 차이와 바람벡터의 연직 쉬어의 곱을 소정고도까지 누적한다. 여기서, 소정고도는 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈(210)에서 예시된 0~3㎞이며, 아래의 수학식 1과 같이 연산할 수 있다. 즉, SRH는 아래의 수학식 1과 같이, 스톰의 진행방향에 따른 지상에서 3㎞ 고도까지의 풍계의 변화를 적분한 값으로 역학적인 불안정을 의미하는 지수이다.The
수학식 1에서, 는 수평속도벡터(Horizontal velocity vector), 는 스톰의 운동벡터(Storm motion vector)이다.In Equation (1) A horizontal velocity vector, Is a Storm motion vector of Storm.
도 2는 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템에서 윈드프로파일러의 설치 지점을 표시한 지도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템을 이용하여 윈드프로파일어의 SRH를 산출한 결과이다.2 is a map showing an installation point of a wind profiler in an SRH calculation system using a wind profiler according to the present invention. 3 is a result of calculating the SRH of the wind profile using the SRH calculation system using the wind profiler according to the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템을 적용하여, 도 2의 윈드프로파일러 지점에서 관측된 자료를 도 3과 같이 강우 발생 기간의 SRH를 산출하였다. 여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 스톰에 의한 역학적 불안정에 의해 SRH의 값이 높게 나타남을 알 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the SRH calculation system using the wind profiler according to the present invention is applied, and the SRH of the rainfall occurrence period is calculated as shown in FIG. 3 in the data observed at the wind profiler point in FIG. Here, as shown in FIG. 2, it can be seen that the value of SRH is high due to the mechanical instability caused by the storm.
다음은 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템의 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.Next, an SRH calculation method using a wind profiler according to the present invention will be described with reference to the drawings. The description of the SRH calculating system using the wind profiler according to the present invention, which will be described later, will be omitted or briefly explained.
도 4는 본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a method for calculating an SRH using a wind profiler according to the present invention.
본 발명에 따른 윈드프로파일러를 이용한 SRH산출 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 바람벡터를 산출하는 단계(S1)와, 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH를 산출하는 단계(S2)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the SRH calculation method using a wind profiler according to the present invention includes a step S1 of calculating a wind vector and a step S2 of calculating an SRH based on the calculated wind vector .
바람벡터를 산출하는 단계(S1)는 바람벡터 산출부가 윈드프로파일러를 이용하여 바람벡터를 산출한다. 이를 위해서, 바람벡터를 산출하는 단계(S1)는 원시자료를 로딩하는 단계(S1-1)와, 잡음전력 수준을 결정하는 단계(S1-2), 비기상에코를 제거하는 단계(S1-3), 대기운동 첨두 신호를 선정하는 단계(S1-4), 스펙트럼 모멘트를 산출하는 단계(S1-5), 및 고도별 바람벡터를 산출하는 단계(S1-6)를 포함한다.The step S1 of calculating the wind vector calculates the wind vector using the wind vector calculator. To this end, the step S1 of calculating the wind vector includes a step S1-1 of loading the raw data, a step S1-2 of determining the noise power level, a step S1-3 A step S1-4 of selecting an atmospheric motion peak signal, a step S1-5 of calculating a spectrum moment, and a step S1-6 of calculating an altitude wind vector.
원시자료를 로딩하는 단계(S1-1)는 원시자료 로딩 모듈이 윈드프로파일러의 원시자료를 로딩한다.In the step (S1-1) of loading the raw data, the raw data loading module loads the raw data of the wind profiler.
잡음전력 수준을 결정하는 단계(S1-2)는 원시자료를 로딩하는 단계(S1-1)에서 로딩된 윈드프로파일러의 원시자료에서, 잡음전력 수준 결정 모듈이 도플러 스펙트럼의 잡음전력 수준을 결정한다.Step S1-2 of determining the noise power level, in the raw data of the Wind Profiler loaded in step S1-1 of loading the raw data, determines the noise power level of the Doppler spectrum by the noise power level determination module .
비기상에코를 제거하는 단계(S1-3)는 잡음전력 수준을 결정하는 단계(S1-2)에서 잡음전력 수준이 결정된 후, 비기상에코 제거 모듈이 고도별 도플러 스펙트럼에서 비기상 전파신호를 제거한다. 여기서, 비기상 전파신호는 결정된 잡음전력 수준보다 높을 경우 제거된다.The step of removing the non-vapor echo (S1-3) comprises the steps of (S1-2) determining the noise power level, and then the noise power level is determined, and then the non-vapor echo canceling module removes the non-vapor signal from the Doppler spectrum do. Here, the non-gaseous wave propagation signal is removed when it is higher than the determined noise power level.
대기운동 첨두 신호를 선정하는 단계(S1-4)는 비기상에코가 제거된 고도별 도플러 스펙트럼에서 대기운동 첨두 신호 선정 모듈이 대기 신호에 의한 첨두를 결정한다.In the step S1-4 of selecting the atmospheric motion peak signal, the atmospheric motion peak signal selection module determines the peak due to the atmospheric signal in the Doppler spectrum in which the non-vapor echo is removed.
스펙트럼 모멘트를 산출하는 단계(S1-5)는 대기운동 첨두 신호를 선정하는 단계(S1-4)에서 결정된 대기 신호에 의한 첨두를 중심으로 스펙트럼 모멘트 산출 모듈이 도플러 스펙트럼의 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 분석점의 최소 지점과 최고 지점을 결정한다. 또한, 결정된 도플러 스펙트럼 변수를 통하여 스펙트럼 모멘트를 산출한다.The step S1-5 of calculating the spectrum moment includes a step of selecting a peak of the atmospheric motion peak signal by a spectral moment calculation module based on a peak due to the waiting signal determined in the step S1-4, , FFT) Determine the minimum and maximum points of the analysis point. Further, the spectrum moment is calculated through the determined Doppler spectrum parameter.
고도별 바람벡터를 산출하는 단계(S1-6)는 스펙트럼 모멘트를 산출하는 단계(S1-5)에서 산출된, 모든 고도의 표본점에 대해서 4개의 경사빔과 연직빔의 1차 스펙트럼 모멘트를 통해서 고도별 바람벡터 산출 모듈이 윈드프로파일러의 바람벡터(, , )를 산출한다.The step S1-6 of calculating the altitude-dependent wind vector is carried out by calculating the spectral moments through the first-order spectral moments of the four oblique beams and the vertical beams for all the high-order sampled points calculated in the step S1-5. The altitude-dependent wind vector output module calculates the wind vector of the wind profiler ( , , ).
SRH를 산출하는 단계(S2)는 바람벡터를 산출하는 단계(S1)에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH 산출부가 SRH를 산출한다. SRH를 산출하는 단계(S2)는 고도별 평균 바람벡터를 산출하는 단계(S2-1)와, 스톰 운동 벡터를 추정하는 단계(S2-2), 연직 쉬어를 산출하는 단계(S2-3), 벡터 편차를 산출하는 단계(S2-4), 및 누적 단계(S2-5)를 포함한다.The step S2 of calculating the SRH calculates the SRH calculating part SRH based on the wind vector calculated in the step S1 of calculating the wind vector. The step S2 of calculating the SRH includes a step S2-1 of calculating an average wind vector per altitude, a step S2-2 of estimating a stomata motion vector, a step S2-3 calculating a vertical sheath, A step S2-4 of calculating a vector deviation, and an accumulating step S2-5.
고도별 평균 바람벡터를 산출하는 단계(S2-1)는 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈이 소정고도, 예를 들어, 0~3㎞ 까지의 평균 바람벡터를 산출한다.In step S2-1 of calculating the average wind vector per altitude, the average wind vector calculation module for each altitude calculates an average wind vector up to a predetermined altitude, for example, from 0 to 3 km.
스톰 운동 벡터를 추정하는 단계(S2-2)는 고도별 평균 바람벡터를 산출하는 단계(S2-1)에서 산출된 고도별 평균 바람벡터를 기반으로 스톰 운동 벡터 추정 모듈이 스톰 운동 벡터를 추정한다.The step S2-2 of estimating the stomach motion vector estimates the stomach motion vector based on the altitude-based average wind vector calculated in the step S2-1 of calculating the average wind vector per altitude .
연직 쉬어를 산출하는 단계(S2-3)는 연직 쉬어 산출 모듈이 각 고도별로 바로 상층 고도의 바람벡터를 이용하여 바람벡터의 연직 쉬어를 산출한다.In the step S2-3 of calculating the vertical sheer, the vertical sheer calculating module calculates the vertical sheath of the wind vector using the upper-level elevation wind vector for each elevation.
벡터 편차를 산출하는 단계(S2-4)는 연직 쉬어를 산출하는 단계(S2-3)에서 연직 쉬어를 산출한 후 평균 바람벡터를 산출한다.In step S2-4 of calculating the vector deviation, the average shear is calculated after calculating the vertical shear in step S2-3, and then the average wind vector is calculated.
누적 단계(S2-5)는 누적 모듈이, 고도별 평균 바람벡터를 산출하는 단계(S2-1)에서 산출된 각 고도별 평균 바람벡터와, 스톰 운동 벡터를 추정하는 단계(S2-2)에서 추정된 스톰 운동벡터의 차이와, 연직 쉬어를 산출하는 단계(S2-3)에서 산출된 바람벡터의 연직 쉬어의 곱을 소정고도, 즉, 0~3㎞까지 누적하여 SRH를 산출한다. 여기서, 산출되는 SRH는 전술된 수학식 1과 같다.The accumulation step S2-5 is performed in the step S2-2 of estimating the average wind vector and the storm motion vector for each altitude calculated in the step S2-1 of calculating the average wind vector per altitude The SRH is calculated by accumulating the product of the difference of the estimated storm motion vector and the product of the vertical shear of the wind vector calculated in the step S2-3 of calculating the vertical shear to a predetermined altitude, that is, 0 to 3 km. Here, the calculated SRH is expressed by Equation (1).
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. You will understand.
100: 바람벡터 산출부 110: 원시자료 로딩 모듈
120: 잡음 전력 수준 결정 모듈 130: 비 기상 에코 제거 모듈
140: 대기 운동 첨두 신호 선정 모듈
150: 스펙트럼 모멘트 산출 모듈 160: 고도별 바람벡터 산출 모듈
200: SRH 산출부
210: 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈
220: 스톰 운동 벡터 추정 모듈 230: 연직 쉬어 산출 모듈
240: 벡터 편차 산출 모듈 250: 누적 모듈100: Wind vector calculation part 110: Raw data loading module
120: noise power level determination module 130: non-meteoric echo cancellation module
140: Atmospheric motion peak signal selection module
150: spectrum moment calculation module 160: altitude-dependent wind vector calculation module
200: SRH calculation unit
210: average wind vector calculation module by altitude
220: Storm motion vector estimation module 230: Vertical shear calculation module
240: vector deviation calculation module 250: cumulative module
Claims (8)
상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH(Storm Relative Helicity)를 산출하는 SRH 산출부를 포함하고,
상기 바람벡터 산출부는, 상기 윈드프로파일러의 원시자료를 로딩하는 원시자료 로딩 모듈과, 상기 원시자료의 도플러 스펙트럼의 잡음 전력 수준을 결정하는 잡음 전력 수준 결정 모듈, 상기 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호를 고도별 도플러 스펙트럼에서 제거하는 비 기상 에코 제거 모듈, 상기 비 기상 에코 제거 모듈에서 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호가 제거된 고도별 도플러 스펙트럼에서 대기 신호에 의한 첨두를 결정하는 대기 운동 첨두 신호 선정 모듈, 상기 첨두를 중심으로 도플러 스펙트럼의 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 분석점의 최소 지점과 최고 지점을 결정하고, 결정된 도플러 스펙트럼 변수를 통하여 스펙트럼 모멘트를 산출하는 스펙트럼 모멘트 산출 모듈, 및 상기 스펙트럼 모멘트 산출 모듈에서 산출된, 모든 고도의 표본점에 대해서 4개의 경사빔과 연직빔의 1차 스펙트럼 모멘트를 통하여 윈드프로파일러의 바람벡터를 동서방향과 남북방향 및 연직방향으로 산출하는 고도별 바람 벡터 산출 모듈을 포함하며,
상기 SRH 산출부는, 상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 소정고도까지의 평균 바람벡터를 산출하는 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈과, 상기 고도별 평균 바람벡터를 기반으로 스톰 운동 벡터를 추정하는 스톰 운동 벡터 추정 모듈, 고도별로 바로 상층 고도의 바람벡터를 이용하여 바람벡터의 연직 쉬어를 산출하는 연직 쉬어 산출 모듈, 상기 연직 쉬어를 산출한 후 평균 바람벡터를 산출하는 벡터 편차 산출 모듈, 및 상기 고도별 평균 바람벡터와 상기 스톰 운동 벡터의 차이와, 상기 바람벡터의 연직 쉬어의 곱을 소정고도까지 누적하여 SRH를 산출하는 누적 모듈을 포함하는 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템.A wind vector calculator for removing the non-Gaussian propagation signal from the raw data of the wind profiler and reassigning the wind vector,
And an SRH calculating unit for calculating SRH (Storm Relative Helicity) based on the wind vector calculated by the wind vector calculating unit,
Wherein the wind vector calculator comprises: a raw data loading module for loading raw data of the wind profiler; a noise power level determining module for determining a noise power level of the Doppler spectrum of the raw data; A non-meteorological echo cancellation module that removes the radio signal from the altitude-dependent Doppler spectrum, a standby to determine the peak due to the atmospheric signal in the highly doped Doppler spectrum from which the non-terrestrial propagation signal exceeds the noise power level in the non- A motion peak signal selection module, a spectrum moment calculation module for determining a minimum point and a maximum point of a fast Fourier transform analysis point of the Doppler spectrum around the peak, and calculating a spectrum moment through the determined Doppler spectrum parameter, And in the spectrum moment calculation module And an altitude-dependent wind vector calculation module for calculating the wind vector of the wind profiler in the east-west direction, the north-south direction, and the vertical direction through the first beam spectrum of the four beams and the vertical beam for all the high- ,
The SRH calculator includes an altitude average wind vector calculating module for calculating an average wind vector up to a predetermined altitude based on the wind vector calculated by the wind vector calculator, A vertical sheer calculation module for calculating the vertical sheath of the wind vector by using the upper-level elevation wind vector immediately for each elevation, a vector deviation calculation module for calculating the average wind vector after calculating the vertical sheath, And an accumulation module for calculating an SRH by accumulating the difference between the average wind vector and the storm motion vector at each elevation and the product of the vertical sheer of the wind vector up to a predetermined altitude.
상기 SRH는,
이며,
상기 는 수평속도벡터(Horizontal velocity vector)이고,
상기 는 스톰의 운동벡터(Storm motion vector)인 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 시스템.The method according to claim 1,
In the SRH,
Lt;
remind Is a horizontal velocity vector,
remind Is an SRH calculation system using Wind Profiler which is a Storm motion vector of Storm.
상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH 산출부가 SRH(Storm Relative Helicity)를 산출하는 단계를 포함하고,
상기 바람벡터 산출부가 윈드프로파일러의 원시자료에서 비기상 전파신호를 제거하고 바람벡터를 재산출하는 단계는, 상기 윈드프로파일러의 원시자료를 원시자료 로딩 모듈이 로딩하는 단계와, 상기 원시자료의 도플러 스펙트럼의 잡음 전력 수준을 잡음 전력 수준 결정 모듈이 결정하는 단계, 상기 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호를 고도별 도플러 스펙트럼에서 비 기상 에코 제거 모듈이 제거하는 단계, 상기 비 기상 에코 제거 모듈에서 잡음 전력 수준을 초과하는 비기상 전파신호가 제거된 고도별 도플러 스펙트럼에서 대기 운동 첨두 신호 선정 모듈이 대기 신호에 의한 첨두를 결정하는 단계, 상기 첨두를 중심으로 도플러 스펙트럼의 고속푸리에 변환(Fast Fourier Transform) 분석점의 최소 지점과 최고 지점을 결정하고, 결정된 도플러 스펙트럼 변수를 통하여 스펙트럼 모멘트 산출 모듈이 스펙트럼 모멘트를 산출하는 단계, 및 상기 스펙트럼 모멘트 산출 모듈에서 산출된, 모든 고도의 표본점에 대해서 4개의 경사빔과 연직빔의 1차 스펙트럼 모멘트를 통하여 윈드프로파일러의 바람벡터를 고도별 바람 벡터 산출 모듈이 동서방향과 남북방향 및 연직방향으로 산출하는 단계를 포함하며,
상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 SRH 산출부가 SRH(Storm Relative Helicity)를 산출하는 단계는, 상기 바람벡터 산출부에서 산출된 바람벡터를 기반으로 고도별 평균 바람벡터 산출 모듈이 소정고도까지의 평균 바람벡터를 산출하는 단계와, 상기 고도별 평균 바람벡터를 기반으로 스톰 운동 벡터 추정 모듈이 스톰 운동 벡터를 추정하는 단계, 고도별로 바로 상층 고도의 바람벡터를 이용하여 연직 쉬어 산출 모듈이 바람벡터의 연직 쉬어를 산출하는 단계, 상기 연직 쉬어를 산출한 후 벡터 편차 산출 모듈이 평균 바람벡터를 산출하는 단계, 및 상기 고도별 평균 바람벡터와 상기 스톰 운동 벡터의 차이와, 상기 바람벡터의 연직 쉬어의 곱을 소정고도까지 누적하여 누적 모듈이 SRH를 산출하는 단계를 포함하는 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 방법.Removing the non-Gaussian propagation signal from the raw data of the wind profiler and reassigning the wind vector,
And calculating an SRH output unit SRH based on the wind vector calculated by the wind vector calculator,
Wherein the step of removing the non-Gaussian propagation signal from the wind data of the wind vector profiler and restoring the wind vector comprises the steps of: loading the wind data of the wind profiler with the source data loading module; Determining a noise power level of the Doppler spectrum by a noise power level determination module; removing the non-Gaussian echo cancellation module in the Doppler spectrum of the altitude by the non-Gaussian propagation signal exceeding the noise power level; Wherein the atmospheric motion peak signal selection module determines the peak due to the atmospheric signal in a highly Doppler spectrum in which the non-Gaussian propagation signal exceeding the noise power level is removed from the noise power level, and a fast Fourier transform of the Doppler spectrum Transform < / RTI > analysis points, Calculating a spectrum moment by a spectrum moment calculating module through a spectrum parameter and calculating a spectrum moment by a spectrum analyzer based on the wind profiler through four slope beams and a first order spectral moment of a vertical beam for all the high- The wind vector of the altitude wind vector is calculated in the east-west direction, the north-south direction and the vertical direction,
The step of calculating SRH (Storm Relative Helicity) based on the wind vector calculated by the wind vector calculating unit may include calculating an SRH (Storm Relative Helicity) based on the wind vector calculated by the wind vector calculating unit, Estimating a storm motion vector by a storm motion vector estimation module based on the altitude average wind vector, calculating a steep motion vector using a wind vector at an upper altitude level, Calculating a vertical shear of the wind vector, calculating a vertical shear, and a vector deviation calculation module calculating an average wind vector, And a cumulative module calculating the SRH by accumulating the product of the vertical sheer of the wind shear How to calculate RH.
상기 SRH는,
이며,
상기 는 수평속도벡터(Horizontal velocity vector)이고,
상기 는 스톰의 운동벡터(Storm motion vector)인 윈드프로파일러를 이용한 SRH 산출 방법.6. The method of claim 5,
In the SRH,
Lt;
remind Is a horizontal velocity vector,
remind A method of SRH calculation using a wind profiler which is a storm motion vector of a storm.
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