KR101826713B1 - Apparutus, method for forecasting weather and computer readable medium for performing the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 강수예측장치, 방법, 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체로서, 보다 상세하게는 기상 레이더 등의 관측기기로부터 관측된 관측자료를 수치예보모델에 동화시키는 강수예측장치, 방법, 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체이다.The present invention relates to a precipitation prediction apparatus, a method, and a computer-readable recording medium on which a computer program for providing the same is recorded. More particularly, the present invention relates to a precipitation prediction apparatus, A prediction device, a method, and a computer program for providing the same.
기상레이더는 대기중의 강수의 강도와 이동을 3차원으로 관측함으로써 중규모 현상을 이해하는데 도움이 될 뿐만 아니라 수치예보모델의 강수자료 동화시스템에 입력되어 강수예측장을 생성하는데에 활용될 수 있다. The weather radar can be used not only to understand the mesoscale phenomenon by observing the intensity and movement of the atmospheric precipitation in three dimensions but also to input into the precipitation data assimilation system of the numerical forecast model to generate the precipitation prediction field.
한편, 이러한 강수자료 동화시스템은 Weather Research and Forecasting (WRF) 모델과 fifth generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model(MM5) 의 자료동화시스템이 있다. The rainfall data assimilation system is based on the Weather Research and Forecasting (WRF) model and the data assimilation system of the fifth generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model (MM5).
상술한 강수자료동화 시스템을 이용한 자료동화 방법으로는, 총 물 혼합비를 통제변수로 하고 변분법을 통해 얻은 총 물 혼합비를 습도와 각 수상체의 증분으로 분리시켜주기 위해 온난우 과정에 기반을 둔 미세물리과정을 포함하는 관측연산자와 수반 모델(Adjoint model)이 있다. 또한, 4차원 변분법을 통해 레이더 자료를 동화할 수 있도록 구성한 Kessler 온난우 미세물리 모수화 과정의 접선 선형 모델(tangent-linear model)과 수반 모델(Adjoint model)이 있다.The water assimilation method using the above-described precipitation data assimilation system is based on the warm-water process in order to separate the total water mixing ratio obtained by the variational method into the humidity and the increment of each water body with the total water mixing ratio as the control variable There is an observation operator and an adjoint model that includes microphysical processes. There is also a tangent-linear model and an adjoint model of the Kessler warm-up microphysical parametrization process that can be used to assimilate radar data through four-dimensional variational methods.
그러나 이러한 기존의 강수자료동화 시스템은 일부 자료동화 시스템에만 적용되어 있을 뿐 아니라 관측자료와 수치예보모델의 배경장을 기반으로 한 방대한 양의 데이터베이스를 필요로 하며 액체상과 고체상에 대한 습도를 고려하지 않은 문제점이 있다.However, this conventional precipitation data assimilation system is not only applied to some data assimilation systems but also requires a large amount of database based on the background data of observation data and numerical forecasting models, and does not consider the humidity of the liquid phase and the solid phase There is a problem.
본 발명의 일 측면은 수치예보모델로부터의 배경장에 관측자료를 동화시키되, 관측자료의 반사도 값이 관측기기가 관측할 수 있는 반사도의 최소값보다 작고 배경장의 반사도 값이 상기 최소값보다 클 경우 상기 최소값에 대응하는 수상체의 혼합비로 배경장에 동화시켜 강수예측장을 생성하는 강수예측장치를 제공하고자 한다. One aspect of the present invention is to assimilate the observed data into the background field from the numerical prediction model so that when the reflectivity value of the observed data is smaller than the minimum value of the reflectivity that can be observed by the observer and the reflectivity value of the background field is larger than the minimum value, And a rainfall prediction device for generating a precipitation prediction field by moving to a background field at a mixture ratio of the opponent corresponding to the precipitation prediction field.
본 발명의 일 측면에 따른 강수예측장치는 적어도 하나 이상의 기상레이더를 포함하는 관측기기로부터 얻어진 관측자료를 수치예보모델에 입력하여 강수 예측장을 생성하는 강수예측장치로서, 상기 관측기기로부터 측정된 관측자료를 수집하는 관측자료수집부, 상기 수치예보모델을 기초로 소정시간 이후의 강수를 예측하여 배경장을 생성하는 배경장생성부 및 상기 배경장에 상기 관측자료를 동화시켜 상기 강수 예측장을 생성하는 관측자료동화부로서, 상기 관측자료동화부는 상기 관측자료의 반사도 값이 미리 결정된 제 1 임계값보다 작고 상기 배경장의 반사도 값이 상기 제 1 임계값보다 클 경우 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키는 상기 관측자료동화부를 포함한다. A precipitation prediction apparatus according to an aspect of the present invention is a precipitation prediction apparatus for generating a precipitation prediction field by inputting observation data obtained from an observation instrument including at least one weather radar into a numerical prediction model, A background data generation unit for generating a background data by predicting the precipitation after a predetermined time based on the numerical prediction model, and a data generating unit for generating the data by assimilating the observation data into the background data, Wherein the observation data moving unit is adapted to correspond to the reflectivity value of the first threshold value when the reflectivity value of the observation data is smaller than a predetermined first threshold value and the reflectivity value of the background field is larger than the first threshold value, And the observation data visualization unit that assimilates the mixing ratio of the water bodies to the background field.
한편, 관측자료동화부는 관측지역이 강수지역 및 상기 관측기기의 최대 관측거리로부터 소정거리 이상 이격되어 있고 상기 배경장의 반사도 값이 미리 정해진 제 2 임계값보다 클 경우, 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키고 상기 관측지역의 상대습도를 일정비율만큼 감소시키기 위한 상대습도연산자를 적용할 수 있다.Meanwhile, if the observation area is spaced apart from the precipitation area and the maximum observation distance of the observation instrument by a predetermined distance and the reflection value of the background field is larger than a predetermined second threshold, the reflection data of the first threshold value A relative humidity operator may be used to assimilate the mixing ratio of the opponent corresponding to the background area to the background field and reduce the relative humidity of the observation area by a predetermined ratio.
또한, 제 1 임계값은 상기 관측기기가 관측할 수 있는 반사도의 최소값이고, 상기 제 2 임계값은 상기 제 1 임계값보다 클 수 있다.The first threshold value may be a minimum value of the reflectivity that can be observed by the observation device, and the second threshold value may be larger than the first threshold value.
또한, 관측자료동화부는 상기 상대습도 연산자를 상기 배경장의 기온에 따라 아래 수학식에 의해 정의할 수 있다.In addition, the observation data moving unit may define the relative humidity operator by the following equation according to the temperature of the background field.
여기서, qo는 상기 상대습도 연산자이고, qs,water 는 포화상태일 때의 물인 수상체의 혼합비이고, qs,ice 는 포화상태일 때의 얼음인 수상체의 혼합비이고, T는 상기 배경장의 기온이고, 이다. Here, q o is the relative humidity operator, q s, water is the mixing ratio of water bodies in the saturated state, q s, ice is the mixing ratio of the water bodies in the saturated state, The temperature of the field, to be.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 융해열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, Is a heat of fusion ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 승화열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, As a sublimation heat ego, Is the gas constant of water vapor
이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
또한, 관측자료동화부는 상기 관측자료의 반사도 값을 아래 수학식 1 에 따라 단위값을 변환시키고, 상기 변환된 반사도 값을 아래 수학식 2 에서와 같이 상기 배경장의 기온에 따라 비, 젖은 눈, 싸락우박, 마른 눈 중 어느 하나인 수상체의 혼합비에 의한 반사도의 합으로 정의하고, 각 수상체의 혼합비에 의한 반사도를 아래 수학식 3 을 이용하여 각 수상체의 혼합비로 변환하고, 상기 변환된 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시킬 수 있다.Also, the observation data moving unit converts the reflection value of the observation data into a unit value according to Equation (1) below, and converts the converted reflection value into rain, wet eyes, Hail, and dry eye, and the reflectance by the mixing ratio of each of the viscous bodies is converted into the mixing ratio of each viscous body by using the following expression (3), and the converted number The mixing ratio of the upper body can be assimilated to the background.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, ZdB 는 변환전 관측자료의 dBZ 단위의 반사도 값이고, Ze 는 mm6m- 3 단위의 변환된 관측자료의 반사도 값이다. Here, Z is the dB reflectivity in dBZ unit value before conversion of observations, Z e is mm 6 m - is the reflectance value of the third unit of the transformed measurement data.
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, Z(qrain), Z(qwetsnow), Z(qdrysnow), Z(qgraupel) 은 각각 비, 젖은 눈, 마른 눈, 싸락우박의 혼합비에 의한 반사도이고, T 는 상기 배경장의 기온이다.Here, Z (q rain ), Z (q wetsnow ), Z (q drysnow ), and Z (q graupel ) are the reflectivities of rain, wet snow, dry snow, to be.
[수학식 3] &Quot; (3) "
여기서, ρ 는 상기 배경장의 공기밀도이고, qrain ,qwetsnow ,qdrysnow ,qgraupel 은 각각 비, 젖은눈, 마른눈, 싸락우박의 혼합비이다.Here, ρ is the air density of the background, and q rain , q wetsnow , q drysnow , and q graupel are the mixing ratios of rain, wet snow, dry snow, and hail hail, respectively.
본 발명의 다른 측면에 따른 강수예측방법은 적어도 하나 이상의 기상레이더를 포함하는 관측기기로부터 얻어진 관측자료를 수치예보모델에 입력하여 강수 예측장을 생성하는 강수예측방법으로서, 상기 관측기기로부터 측정된 관측자료를 수집하고, 상기 수치예보모델을 기초로 소정시간 이후의 강수를 예측하여 배경장을 생성하고, 상기 배경장에 상기 관측자료를 동화시켜 강수 예측장을 생성하되, 상기 관측자료의 반사도 값이 미리 결정된 제 1 임계값보다 작고 상기 배경장의 반사도 값이 상기 제 1 임계값보다 클 경우 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시킨다.A precipitation prediction method according to another aspect of the present invention is a precipitation prediction method for generating a precipitation prediction field by inputting observation data obtained from an observation instrument including at least one weather radar into a numerical forecast model, And a precipitation prediction field is generated by assimilating the observation data into the background field to generate a precipitation prediction field, wherein the reflectance value of the observation data is calculated by: The mixing ratio of the opaque body corresponding to the reflectivity value of the first threshold value is assimilated to the background field when the reflectance value of the background field is smaller than the predetermined first threshold value and larger than the first threshold value.
한편, 배경장에 상기 관측자료를 동화시켜 강수 예측장을 생성하는 것은, 관측지역이 강수지역 및 상기 관측기기의 최대 관측거리로부터 소정거리 이상 이격되어있고 상기 배경장의 반사도 값이 미리 정해진 제 2 임계값보다 클 경우, 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키고 상기 관측지역의 상대습도를 일정비율만큼 감소시키기 위한 상대습도연산자를 적용하는 것을 더 포함할 수 있다.On the other hand, in order to assemble the observation data to the background field to generate a precipitation prediction field, it is preferable that the observation area is spaced apart from the precipitation area and the maximum observation distance of the observation instrument by a predetermined distance, Further comprising applying a relative humidity operator to assimilate the mixing ratio of the opaque body corresponding to the reflectivity value of the first threshold value to the background field and to reduce the relative humidity of the observation area by a predetermined ratio .
또한, 제 1 임계값은 상기 관측기기가 관측할 수 있는 반사도의 최소값이고, 상기 제 2 임계값은 상기 제 1 임계값보다 클 수 있다.The first threshold value may be a minimum value of the reflectivity that can be observed by the observation device, and the second threshold value may be larger than the first threshold value.
또한, 상대습도 연산자는 상기 배경장의 기온에 따라 아래 수학식에 의해 정의될 수 있다.Further, the relative humidity operator can be defined by the following equation according to the temperature of the background field.
여기서, qo는 상기 상대습도 연산자이고, qs,water 는 포화상태일 때의 물인 수상체의 혼합비이고, qs,ice 는 포화상태일 때의 얼음인 수상체의 혼합비이고, T는 상기 배경장의 기온이고, 이다. Here, q o is the relative humidity operator, q s, water is the mixing ratio of water bodies in the saturated state, q s, ice is the mixing ratio of the water bodies in the saturated state, The temperature of the field, to be.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 융해열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, Is a heat of fusion ego, Is the gas constant of water vapor
이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 승화열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, As a sublimation heat ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
또한, 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키는 것은, 상기 관측자료의 반사도 값을 아래 수학식 1 에 따라 단위값을 변환시키고, 상기 변환된 반사도 값을 아래 수학식 2 에서와 같이 상기 배경장의 기온에 따라 비, 젖은 눈, 싸락우박, 마른 눈 중 어느 하나인 수상체의 혼합비에 의한 반사도의 합으로 정의하고, 각 수상체의 혼합비에 의한 반사도를 아래 수학식 3 을 이용하여 각 수상체의 혼합비로 변환하고, 상기 변환된 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시킬 수 있다In order to assimilate the mixture ratio of the opaque material to the background field, the reflectance value of the observation data is converted into a unit value according to Equation (1) below, and the converted reflectance value is converted into the reflectance value of the background field The reflectivity of each of the viscous bodies is defined as the sum of the reflectivities by the mixing ratio of the viscous material, which is one of rain, wet eyes, hail hail, and dry eyes depending on the temperature. And the mixing ratio of the converted water bodies can be assimilated into the background field
[수학식 1][Equation 1]
여기서, ZdB 는 변환전 관측자료의 dBZ 단위의 반사도 값이고, Ze 는 mm6m- 3 단위의 변환된 관측자료의 반사도 값이다. Here, Z is the dB reflectivity in dBZ unit value before conversion of observations, Z e is mm 6 m - is the reflectance value of the third unit of the transformed measurement data.
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, Z(qrain), Z(qwetsnow), Z(qdrysnow), Z(qgraupel) 은 각각 비, 젖은 눈, 마른 눈, 싸락우박의 혼합비에 의한 반사도이고, T 는 상기 배경장의 기온이다.Here, Z (q rain ), Z (q wetsnow ), Z (q drysnow ), and Z (q graupel ) are the reflectivities of rain, wet snow, dry snow, to be.
[수학식 3] &Quot; (3) "
여기서, ρ 는 상기 배경장의 공기밀도이고, qrain ,qwetsnow ,qdrysnow ,qgraupel 은 각각 비, 젖은눈, 마른눈, 싸락우박의 혼합비이다.Here, ρ is the air density of the background, and q rain , q wetsnow , q drysnow , and q graupel are the mixing ratios of rain, wet snow, dry snow, and hail hail, respectively.
본 발명의 또 다른 측면은 상술한 강수예측방법을 제공하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 포함한다.Yet another aspect of the present invention includes a computer-readable recording medium on which a computer program is recorded, for providing the above-described precipitation prediction method.
상술한 본 발명에 따르면, 수치예보모델의 배경장에 관측자료를 동화시키되, 관측자료 내에서 비강수지역으로 관측된 지역 중 수치예보모델이 강수를 잘못 예측하거나 과대 예측한 지역에 별도의 비강수자료 동화과정을 추가함으로써 강수예측장의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention described above, the observation data are assimilated into the background field of the numerical prediction model, and the numerical prediction model among the regions observed in the nasal water region in the observation data is a nasal water The accuracy of the precipitation prediction field can be improved by adding the data acquisition process.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 강수예측장치의 블록도이다.
도 2 는 관측자료를 얻기 위한 관측기기의 지점과 레이더의 관측영역의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3 은 전처리된 관측자료의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4 는 배경장 생성에 이용될 수치예보모델의 도메인과 지형고도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5 는 배경장에 강수자료를 동화시켰을 때의 얻어진 강수예측장의 비혼합비와 수증기혼합비 증분을 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 강수예측방법의 순서도이다.
도 7 은 도 6 에 도시된 관측자료를 배경장에 동화시키는 과정을 상세히 도시한 순서도이다.
도 8 은 비강수자료 동화의 효과를 확인하기 위한 실사례를 도시한 도면이다.
도 9 는 내지 도 17 은 비강수자료 동화의 효과를 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a precipitation prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an example of a point of an observation instrument and an observation area of a radar for obtaining observation data.
3 is a view showing an example of preprocessed observation data.
4 is a diagram showing an example of a domain and a topographic altitude of a numerical prediction model to be used for background field generation.
FIG. 5 is a diagram showing the ratio of the mixing ratio of the obtained precipitation prediction field to the mixing ratio of the water vapor when the precipitation data are assimilated into the background field.
6 is a flowchart of a precipitation prediction method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing details of the process of assimilating the observation data shown in FIG. 6 into the background field.
8 is a view showing an actual case for confirming the effect of the nasal water data assimilation.
FIGS. 9 to 17 are views showing the effect of the nasal water data assimilation. FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms " comprises "and / or" comprising ", as used herein, do not exclude the presence or addition of one or more other elements, steps and operations.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 강수예측장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a precipitation prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 강수예측장치(100)는 관측기기(10)로부터 얻어진 관측자료를 수치예보모델로부터의 배경장에 동화시켜 강수예측장을 생성하는 장치이다. 이를 위해 강수예측장치(100)는 관측자료수집부(110), 배경장생성부(120), 및 관측자료동화부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
관측자료수집부(110)는 관측기기(10)로부터 측정된 관측자료를 수집한다. The observation
한편, 관측기기(10)는 무인자동기상관측장비(Automated Weather Station, AWS), 수직측풍장비(wind profiler), 기상레이더 자료 중 적어도 하나 이상일 수 있고, 그 밖의 기상분석을 하여 관측자료를 제공할 수 있는 기기라면 본 실시예의 관측기기(10)에 포함될 수 있다. 예컨대, 도 2 와 같이 위치된 다양한 종류의 관측기기(10)로부터 관측자료가 수집될 수 있다. 도 2 를 참조하면, 보라색 원은 기상청이 운영하고 있는 900여개의 AWS 중 약 690 개 정도의 AWS의 위치를 표시한 것이고, 파란색 마름모는 수직측풍장비의 위치로서 우리나라가 운영하고 있는 지점 중 9개 지점(철원, 문산, 강릉, 원주, 울산, 추풍령, 군산, 창원, 서해해양종합기지) 가 표시되어 있다. 또한, 붉은색 원은 기상레이더의 위치로서 상기 기상레이더를 중심으로 최대 관측지역이 원으로 표시되어 있다. 여기서 기상레이더는 기상청이 운영하는 S-밴드 도플러 레이더 또는 국토교통부가 운영하는 S밴드 이중편파 레이더일 수 있고, 도 2 에서는 관악산(KWK), 광덕산(GDK), 오성산(KSN), 강릉(GNG), 진도(JNI), 구덕산(PSN), 고산(GSN), 성산(SSP), 비슬산(BSL), 소백산(SBS)의 기상레이더가 표시되어 있다.Meanwhile, the
관측자료수집부(110)는 관측자료동화부(130)에 입력할 관측자료를 전처리하는 과정을 수행한다. The observation
관측자료수집부(110)는 관측자료에서 자료동화에 필요한 관측자료만을 추출한 후 이를 관측자료동화부(130)에 입력시킬 수 있다. 예컨대, 관측자료수집부(110)는 AWS 자료에서의 관측변수 중 지상기압, 해면기압, 10분 평균 풍속 및 풍향, 기온, 이슬점 온도만을 추출하고, 이를 관측자료동화부(130)에 입력시킬 수 있다.The observation
관측자료수집부(110)는 기상레이더자료를 품질검사할 수 있다. 관측자료수집부(110)는 FUZZY 알고리즘을 이용하여 지형에코, 체프 에코 등 비기상에코를 제거하고, 각 레이더 반사도값의 오차를 실사례에 대해 산출된 오차값으로 상기 오차를 부정할 수 있다. 관측자료수집부(110)는 기상레이더가 관측가능한 최소 반사도값 예컨대, -15dBZ 보다 약한 강수에 대하서는 강수가 없는 지역으로 동일하게 처리할 수 있다. 또한, 관측자료수집부(110)는 수치예보모델로부터의 배경장에서의 시선속도와 관측값의 차이가 문턱값 이상일 경우 그 값을 자료동화에 사용하지 않도록 제외시키고, 미처 제거하지 못한 비기상 에코의 시선속도를 제거하기 위해 반사도 값이 0dBZ 이상인 자료의 시선속도만 사용할 수 있다. The observation
관측자료수집부(110)는 품질검사된 기상레이더자료에 전처리를 수행한다. 관측자료동화부(130)에서 관측자료가 수치예보모델로부터의 배경장에 동화되려면, 관측자료동화부(130)에 입력되는 관측자료가 배경장과 같이 균일하게 분포되어야 한다. 이를 위해, 관측자료수집부(110)는 구 좌표계의 기상레이더의 관측자료를 격자화시키는데, 이때 수치예보모델의 수평격자를 사용할 수 있다. 예컨대, 수치예보모델로 WRF 모델을 사용한다면, 관측자료수집부(110)는 지상으로부터 2km 상공까지는 100m 간격의 연직좌표로 구성하고, 2~15km 상공에서는 자유대기에서의 WRF 모델의 연직 층 간격을 고려하여 250m 간격의 연직좌표를 구성할 수 있다.The observation
상기 관측자료수집부(110)에서의 전처리 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 관측자료수집부(110)는 레이더 빔 폭을 고려하기 위해 상기 레이더 빔 폭을 정규분포 모양으로 가정하여, Plane Position Indicator(PPI) 면의 반사도와 시선속도를 격자 중심과의 거리를 가중하여 수치예보모델의 격자로 내삽한다. 또한, 레이더와 고도각의 PPI 면은 역거리 가중하여 연직 내삽한다. 시선속도와 달리 반사도는 동일한 현상이 각 레이더마다 스칼라 값으로 관측되기 때문에 하나의 정보로 줄여주어야 하므로, 관측자료수집부(110)는 격자화된 각 레이더의 반사도를 수치예보모델의 격자점마다 평균하여 합성장을 만든다. 이러한 합성장이 관측자료동화부(130)의 입력자료로서 이용되며, 상술한 과정을 거쳐 전처리된 기상레이더 자료의 일 예는 도 3 에 도시된 바와 같다. 도 3 을 참조하면, 각각의 원은 자료동화과정에 입력될 관측자료이고, 각각의 원의 색은 강수에 의한 반사도 강도로서 오른쪽의 컬러바를 참조하면 그 강수강도를 알 수 있다. 한편, 상아색 원과 회색 원은 비강수지역의 자료를 의미하나, 상아색 원의 지역은 강수지역과 인접한 비강수지역을 의미한다. 상아색 원의 지역은 비강수지역이어도 강수지역과 인접하므로 음의 상대습도 조절이 타 강수지역의 강수강도에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상아색 원의 지역에 대해서는 회색 원의 비강수지역과 달리 그 지역의 수상체 혼합비만 조절하여 비강수자료의 동화과정이 수행된다. The preprocessing process in the observation
배경장생성부(120)는 수치예보모델을 기초로 소정시간 이후의 강수를 예측하여 배경장을 생성한다. 이때, 수치예보모델은 중규모 고해상도 기상 수치 모델인 Weather Research and Forecasting(WRF) 모델이 이용될 수 있다. 예컨대, 도 4 와 같은 WRF 모델 3.7.1 버전이 사용될 수 있다. 도 4 를 참조하면, 수치예보모델은 연직층수가 38개인 NCEP Climate Forecast System Reanalysis(CFSR) 버전 2 를 사용한 것으로서, 그 초기 및 경계조건으로 등압면 자료의 수평해상도는 로 설정되고, 지면 자료의 수평해상도는 로 설정될 수 있다. 또한, 상기 수치예보모델은 한국에 영향을 미치는 강수사례를 모의하기 위해 3 개의 도메인의 등지격자계로 구성될 수 있다. 상기 도메인 정보와 각 도메인마다 사용한 미세물리 과정은 표 1 과 같다.The
[표 1][Table 1]
관측자료동화부(130)는 배경장생성부(120)에서 생성된 배경장에 관측자료수집부(110)로부터의 관측자료를 동화시켜 강수예측장을 생성한다.The observation
본 실시예의 관측자료동화부(130)는 수치예보모델의 자료동화시스템을 이용하여 관측자료를 입력시키고, 입력된 관측자료를 수치예보모델로부터의 배경장에 동화시킨다. 예컨대, WRF 의 자료동화시스템인 WRFDA 의 3차원 변분 자료동화가 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 WRFDA 는 대기와 관련된 통제변수로 유선함수(stream function, ), 불균형 속도 퍼텐셜(unbalanced velocity potential), 불균형 기온(unbalanced temperature), 상대습도(pseudo-relative humidity), 불균형 지면 기압(unbalanced surface pressure) 을 포함하는 CV options 5 를 사용할 수 있고, 구름 물 혼합비(), 비 혼합비(), 얼음 혼합비(), 눈 혼합비(), 싸락우박 혼합비(), 연직 속도를 통제 변수로 사용하는 cloud control variable option을 추가로 사용할 수 있다. 또한, 상기 WRFDA 는 서로 다른 두 시간의 기상장으로부터 동일한 시간까지 예보하여 두 예보장의 차이를 수치모델의 오차로 두는 NMC (Parrish and Derber, 1992)을 이용하여 배경 오차 공분산 행렬 (background error covariacne maxtrix, )을 계산한다. The observation
이하에서는 이러한 자료동화시스템을 이용한 관측자료동화를 상세히 설명한다.In the following, we will explain in detail the observation data assimilation using this data assimilation system.
관측자료동화부(130)는 수상체 혼합비 동화법과 상대습도 동화법을 이용하여 관측자료를 배경장에 동화시킨다.The observation data acquisition unit (130) assimilates the observation data into the background field using the water body mixture ratio assimilation method and the relative humidity assimilation method.
수상체 혼합비 동화법은 반사도와 수상체 혼합비 관계식을 사용하여 수상체 혼합비를 산출하고, 이를 반사도 대신 배경장에 동화시키는 방법이다.The water body mixing ratio assimilation method is a method of calculating the mixing ratio of the water bodies using the relational expression of the reflectance and the water body mixture ratio, and assimilating the water body mixture into the background field instead of the reflectance.
이를 위해, 먼저 관측자료동화부(130)는 아래 수학식 1 에 따라 dBZ단위의 반사도를 mm6m-3 단위의 반사도로 변환한다.To this end, the observation
[수학식 1][Equation 1]
여기서, ZdB 는 변환전 관측자료의 dBZ 단위의 반사도 값이고, Ze 는 mm6m- 3 단위의 변환된 관측자료의 반사도 값이다.Here, Z is the dB reflectivity in dBZ unit value before conversion of observations, Z e is mm 6 m - is the reflectance value of the third unit of the transformed measurement data.
이렇게 변환된 반사도 값은 아래 수학식 2 와 같이 비, 마른눈, 젖은눈, 싸락우박 등 각 수상체의 혼합비에 의한 반사도의 합으로 나타낼 수 있다.The converted reflectance value can be expressed as a sum of the reflectivities by mixing ratio of each of the visors such as rain, dry snow, wet snow, and hail hail as shown in
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, Ze 는 변환된 반사도 값이고, Z(qrain), Z(qwetsnow), Z(qdrysnow), Z(qgraupel) 은 각각 비, 젖은 눈, 마른 눈, 싸락우박의 혼합비에 의한 반사도이다.Where Z e is the converted reflectivity value and Z (q rain ), Z (q wetsnow ), Z (q drysnow ), and Z (q graupel ) are respectively the ratio of rain, wet snow, dry snow, Reflectivity.
한편, 배경장의 기온이 높을수록 수상체 중 액체상이 많아지고 기온이 낮을수록 고체상이 많아지는 점을 고려하여, 관측자료동화부(130)는 배경장의 기온에 따라 아래 수학식 3 에서와 같이 상기 변환된 반사도 값을 비, 마른눈, 젖은눈, 싸락우박 중 적어도 어느 하나의 수상체의 혼합비에 의한 반사도의 합으로 정의할 수 있다.Considering that the higher the temperature of the background field is, the higher the liquid phase in the vortex and the lower the temperature, the higher the solid phase, the observation
[수학식 3]&Quot; (3) "
즉, 관측자료동화부(130)는 배경장의 기온(T)가 5℃보다 높은 지역에서는 액체상의 비만 존재하고, 0℃<T<℃ 인 지역에는 비, 젖은 눈, 싸락우박이 존재하고, -5℃<T<0℃ 인 지역에는 비, 마른눈, 싸락우박이 존재하며, T≤-5℃인 지역에는 마른눈과 싸락우박이 존재한다고 가정한다. 또한, 관측자료동화부(130)는 배경장의 기온에 따라 각 수상체에 의한 반사도를 선형적으로 내삽하고 눈과 싸락우박은 간단히 수상체 혼합비가 반반이 되도록 반사도를 분배한다.That is, in the observation
관측자료동화부(130)는 이렇게 수상체의 혼합비에 의한 반사도의 합으로 정의된 반사도 값을 아래 수학식 4 의 관계식을 이용하여 각 수상체의 혼합비값으로 변환한다. The observation
[수학식 4]&Quot; (4) "
, ,
, ,
, ,
여기서, ρ 는 배경장의 공기밀도이고, qrain ,qwetsnow ,qdrysnow ,qgraupel 은 각각 비, 젖은눈, 마른눈, 싸락우박의 혼합비이다.Here, ρ is the air density of the background field, and q rain , q wetsnow , q drysnow , and q graupel are the mixing ratios of rain, wet snow, dry snow, and hail hail, respectively.
관측자료동화부(130)는 최종적으로 반사도 값 대신 변환된 각 수상체의 혼합비 값을 관측자료값으로서 자료동화시스템에 입력시킨다. The observation
관측자료동화부(130)는 측정된 반사도 값이 특정 임계값 이상일 경우 구름내 습도를 동화하는 방법인 상대습도 동화법을 이용하여 관측자료를 배경장에 동화시킨다. 관측자료동화부(130)는 측정된 반사도 값을 기초로 해당 지역의 상대습도가 100% 포화되었다고 판단될 경우, 해당 지역에 대해서는 상술한 수상체 혼합비 동화법에 상대습도 동화법을 더 추가하여 관측자료를 동화시킨다. 이때, 상기 반사도 값의 특정 임계값은 30 dBZ일 수 있다.The observation
관측자료동화부(130)는 상대습도 연산자를 적용하여 상대습도 동화법을 실행한다. 구체적으로, 먼저 관측자료동화부(130)는 아래 수학식 5 와 같이 관측된 반사도 값이 30 dBZ이상일 때, 상대습도 연산자를 물에 대한 포화혼합비로 정의하고, 상기 물에 대한 포화혼합비 값은 Clausius-Clapeyron 방정식인 아래 수학식 6 에 따라 산출될 수 있다. The observation
[수학식 5]&Quot; (5) "
여기서, qo vapor 는 상대습도연산자이고, qs,water 는 포화상태일 때의 물인 수상체의 혼합비이다.Where q o vapor is the relative humidity operator and q s, water is the mixing ratio of the water body, which is the water at saturation.
[수학식 6]&Quot; (6) "
, ,
여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 융해열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 배경장의 기온과 기압이다.here Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, Is a heat of fusion ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and pressure of the background field, respectively.
즉, 관측자료동화부(130)는 상술한 과정에 따라 산출된 상대습도연산자를 자료동화시스템에 입력시킴으로써 해당지역을 습도와 기온이 증가하여 대류가 일어나고 유지되기 좋은 환경으로 만들어 줄 수 있다.That is, by inputting the relative humidity operator calculated according to the above-described process into the data assimilation system, the observed
상술한 바와 같은 관측자료동화부(130)에 의해 얻어진 강수예측장의 비혼합비와 수증기혼합비의 증분이 도 5 에 도시되어 있다. 도 5 의 (a)는 2013년 7월 23일 00UTC 에 관측된 3㎞ 고도의 기상레이더 관측자료이고, 도 5의 (b) 는 수치예보모델을 이용하여 관측자료의 6시간 전인 22일 18UTC 의 자료로부터 얻어진 배경장의 모습이다. 도 5 의 (a), (b)를 보면 관측자료에서는 내륙과 동해상에 강수가 관측되지 않았으나, 배경장에서는 해당지역에 강수를 예측한바, 관측자료와 배경장 사이의 불일치가 존재함을 알 수 있다. 한편, 도 5 의 (c), (d) 는 상기 관측자료를 배경장에 동화시킨 이후 얻어진 강수 예측장과 배경장을 비교한 모습으로서, 각각 비혼합비와 수증기혼합비의 증분(강수예측장-배경장)을 도시한 것이다. 이때, 증분이 양인 경우는 자료동화 후 해당 변수의 값이 증가하였음을 의미하고, 음일 경우는 해당 변수의 값이 감소하였음을 의미한다. 먼저, 도 5 의 (c) 를 보면, 경기도 서쪽에서 배경장에서 예측하지 못한 강수지역의 비 혼합비가 증가하였고, 충남에서 배경장이 잘못 과대예측한 비 혼합비가 감소된바, 자료동화를 통해 얻어진 강수예측장의 정확도가 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 도 5 의 (d) 를 보면 관측된 반사도 값이 30 이상인 지역에서는 양의 증분이 잘 나타남을 알 수 있다. 그러나, 도 5 의 (c),(d) 모두 에코 지역과 떨어진 지역이나 일부 과대강수가 잘못 예측된 지역에 대해 음의 증분이 충분히 나타나지 않았다. 따라서, 비강수지역 중 과대강수가 예측된 지역에 대한 별도의 강수자료동화과정이 필요함을 알 수 있다. 5 shows the ratio of the mixing ratio of the precipitation prediction field to the mixing ratio of the water vapor obtained by the observation
이와 같은 점을 반영하여, 특히 본 실시예에 따른 관측자료동화부(130)는 비강수자료동화부(131)를 더 포함하여 비강수지역에 관측자료를 동화시킬 때 배경장의 반사도 값에 따라 별도의 비강수자료를 동화시킴으로써 과대예측된 비강수지역의 강수를 효과적으로 억제한다.In view of this, the observation
구체적으로, 비강수자료동화부(131)는 비강수지역의 수상체 혼합비를 조정하기 위해 관측자료의 반사도 값이 미리 결정된 제 1 임계값보다 작고 배경장의 반사도 값이 제 1 임계값보다 클 경우 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 배경장에 동화시킨다. 이때, 제 1 임계값은 관측기기가 관측할 수 있는 반사도의 최소값으로서, 예컨대, S밴드 기상레이더의 관측가능한 최소반사도인 -15 dBZ일 수 있다. 즉, 비강수자료동화부(131)는 관측자료의 반사도값이 기상레이더의 최소관측 반사도보다 작으면 해당 지역을 비강수지역으로 인식하고, 해당 지역에 예측된 배경장의 반사도 값이 상기 최소 관측 반사도보다 높게 예측되었으면 상기 최소 관측 반사도에 대응하는 수상체의 혼합비를 자료동화시스템에 관측값으로 입력하여 해당 지역의 강수를 억제하는 것이다. 이때, 자료동화시스템에 입력되는 수상체의 혼합비는 아래 수학식 7 에 따르며, 각각의 수상체 혼합비는 상술한 수상체 혼합비 동화법(수학식 1 내지 4)에 따라 산출된다. More specifically, in order to adjust the mixing ratio of the water body in the nasal water region, the nasal water
[수학식 7]&Quot; (7) "
여기서, qo rain ,qo snow,qo graupel, 는 각각 자료동화시스템에 입력되는 비, 젖은눈과 마른눈, 싸락우박의 혼합비고, 각각은 각 수상체의 최소 관측 반사도에 대응하는 혼합비 값이다.Here, q o rain , q o snow , and q o graupel are the mixing ratios of the rain, wet snow, dry snow, and hibernate hail input to the data assimilation system, respectively, to be.
또한, 비강수자료동화부(131)는 배경장의 반사도 값이 미리 정해진 제 2 임계값보다 클 경우, 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 배경장에 동화시키는 것에 더 하여 관측지역의 상대습도를 일정비율만큼 감소시키기 위한 상대습도연산자를 관측자료 동화에 적용한다. 여기서, 상기 제 2 임계값은 제 1 임계값보다 큰 값이며, 상기 제 2 임계값은 20dBZ 로 설정될 수 있다. 즉, 비강수자료동화부(131)는 관측자료상 비강수지역임에도 불구하고 배경장에서 예측된 반사도 값이 일정 값을 초과한 과대강수를 예측하였을 경우 앞서 상술한 수상체 혼합비의 조정에 추가하여 상대습도를 조정하는 것이다. 이로써 배경장에서 강한 강수가 예측된 지역 중 이미 상대습도가 포화된 경우 수상체 혼합비를 조정하더라도 강한 역학적 강제력에 의해 다시 강수가 예측될 수 있는 문제점이 해결될 수 있다.Further, in addition to assimilating the mixing ratio of the water bodies corresponding to the reflectivity value of the first threshold value to the background field when the reflectance value of the background field is larger than the predetermined second threshold value, Apply a relative humidity operator to the observed data assimilation to reduce the relative humidity of the observed area by a certain percentage. Here, the second threshold may be greater than the first threshold, and the second threshold may be set to 20 dBZ. In other words, when the nasal water
이를 위해 비강수자료동화부(131)는 먼저, 아래 수학식 8 에 따라 상대습도연산자를 정의한다. For this, the nasal water
[수학식 8]&Quot; (8) "
여기서, qo는 상기 상대습도 연산자이고, qs,water 는 포화상태일 때의 물인 수상체의 혼합비이고, qs,ice 는 포화상태일 때의 얼음인 수상체의 혼합비이고, T는 상기 배경장의 기온이고, 이다. 또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 융해열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다. 또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 승화열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.Here, q o is the relative humidity operator, q s, water is the mixing ratio of water bodies in the saturated state, q s, ice is the mixing ratio of the water bodies in the saturated state, The temperature of the field, to be. Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, Is a heat of fusion ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively. Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, As a sublimation heat ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
즉, 비강수자료동화부(131)는 배경장의 기온이 5℃ 이상일 경우 액체 상태의 구름만 존재할 것으로 가정하여 해당 지역의 상대 습도를 물에 대한 상대습도의 95%로 감소시키고, 배경장의 기온이 -5℃이하인 경우 고체상의 구름만 존재할 것으로 가정하여 해당 지역의 상대습도를 얼음에 대한 상대습도의 100% 로, 즉, 얼음에 대해 과포화된 수증기 혼합비만 제거하는 방식으로 감소시킨다. 또한, 비강수자료동화부(131)는 배경장의 기온이 -5℃보다 크고 5℃ 보다 작은 경우 배경장의 기온에 따라 선형적으로 가중하는 방식으로 해당지역의 상대습도를 조정한다. That is, assuming that only the liquid state cloud exists when the background temperature of the background field is higher than 5 ° C, the nasal water
한편, 이러한 비강수지역에 대한 상대습도 조정은 주변 강수지역에까지 영향을 줄 수 있고 비강수지역이 관측지역의 가장자리인 경우 관측지역 밖에까지 영향을 줄 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 비강수자료동화부(131)는 관측지역이 강수지역 및 기상레이더의 최대 관측거리로부터 소정거리 이상 이격되어 있을 경우에만 상술한 상대습도 연산자를 적용한 상대습도 조정을 수행한다. 예컨대, 비강수자료동화부(131)는 관측자료에 의해 실질적으로 상대습도가 변화하는 거리가 반경 30㎞ 인 점을 고려하여 상기 소정거리를 30㎞ 로 설정할 수 있다.On the other hand, relative humidity adjustments for these nasal passages may have an effect on the surrounding precipitation area, and may affect the outside of the observation area if the nasal passages are at the edge of the observation area. Therefore, the nasal water
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 강수예측방법의 순서도이다.6 is a flowchart of a precipitation prediction method according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 먼저 관측자료수집부는 적어도 하나 이상의 기상레이더를 포함하는 관측기기로부터 측정된 관측자료를 수집(210)하고, 배경장 생성부에서 수치예보모델을 기초로 소정시간 이후의 강수를 예측하여 배경장을 생성한다(220). 상기 수집된 관측자료는 품질검사 및 전처리 과정을 거쳐(230) 자료동화 시스템에 입력되어 배경장에 동화(240)되고, 최종적으로 관측자료가 배경장에 동화되어 생성된 강수예측장이 생성(250)될 수 있다. 6, the observation
한편, 관측자료가 배경장에 동화되는 구체적인 과정은 도 7 과 같다. Meanwhile, the detailed process in which the observation data are assimilated into the background field is shown in FIG.
도 7 을 참조하면, 먼저 관측자료동화부는 관측자료의 반사도 값이 제 1 임계값보다 크게 예측된 지역(310)에 대해서는 수상체 혼합비 동화법과 상대습도 동화법을 이용하여 배경장에 강수자료를 동화시킨다. 구체적으로, 관측자료동화부는 관측자료의 반사도 값이 제 3 임계값보다 작은 경우(350)에는 수상체 혼합비 동화법만을 이용하여 관측자료의 반사도값을 수상체의 혼합비로 변화하고 이를 자료동화시스템에 입력시킨다(361). 구체적인 수상체 혼합비 동화법은 앞서 상술한 도 1 의 설명으로 대체한다. 또한, 관측자료동화부는 관측자료의 반사도 값이 제 3 임계값보다 클 경우(350) 해당 관측지역에 대해서는 수상체 혼합비 동화법에 추가적으로 상대습도연산자를 적용한 상대습도 동화법으로 적용한다(362,363). 구체적인 상대습도 동화법의 적용과정은 도 1 의 설명으로 대체한다. 한편, 비강수지역 여부를 판단하는 상기 제 1 임계값은 기상레이더가 관측가능한 최소 반사도 값으로서, 예컨대, S밴드 기상레이더의 관측가능한 최소반사도인 -15 dBZ일 수 있다. 또한, 상대습도 동화법의 추가적용 여부를 판단하는 제 3 임계값은 30 dBZ 일 수 있다.Referring to FIG. 7, first, in the
관측자료동화부는 비강수자료동화부를 더 포함하여 비강수자료동화부에 의해 비강수지역에 대한 추가적인 자료동화를 수행한다. 구체적으로, 비강수자료동화부는 관측자료의 반사도 값이 제 1 임계값보다 작고 배경장의 임계값이 상기 제 1 임계값보다 클 경우 상기 제 1 임계값에 대응하는 수상체의 혼합비를 자료동화과정에 입력시킨다(310,320,331,332). 즉, 비강수자료동화부는 관측자료의 반사도 값이 비강수지역임을 의미함에도 불구하고 수치예보모델에서 예측된 배경장의 반사도 값이 과대모의되었을 경우 해당 지역에 대해 상기 제 1 임계값의 반사도에 대응하는 수상체 혼합비로 동화시킨다. 이때, 수상체 혼합비 동화과정은 앞서 상술한 수상체 혼합비 동화법과 동일하다. 또한, 비강수자료동화부는 강수지역과 관측기기의 최대 관측거리로부터 관측지역이 소정거리 이상 이격되어 있고 배경장의 반사도 값이 제 1 임계값보다 큰 제 2 임계값보다 클 경우에는 상기 제 1 임계값에 대응하는 수상체 혼합비로 동화시키고 추가적으로 관측지역의 상대습도를 일정비율로 감소시키기 위한 상대습도 연산자를 적용하는 상대습도 동화를 실행한다(310,320,341,342,344,345). 한편, 상기 제 2 임계값은 20 dBZ 일 수 있고, 상기 소정거리는 30㎞ 일 수 있다.The observation data assimilation part further includes the nasal water data assimilation part and performs the additional data assimilation to the nasal water area by the nasal water data assimilation part. Specifically, if the reflectance of the observation data is smaller than the first threshold value and the threshold value of the background field is larger than the first threshold value, the mixing ratio of the opponent corresponding to the first threshold value may be determined (310, 320, 331, 332). In other words, if the reflectance value of the background field predicted in the numerical prediction model is overestimated, the nasal water data assimilation section may be configured to reflect the reflectance of the first threshold value Assimilate to a water body mixing ratio. At this time, the process of converting the water body mixture ratio is the same as the above-mentioned water body mixture ratio conversion method. In addition, if the non-nasal water data moving part is spaced apart from the precipitation area and the maximum observation distance of the observation instrument by a predetermined distance or more and the reflection value of the background field is larger than the second threshold value larger than the first threshold value, (310, 320, 341, 342, 344, and 345). The relative humidity assimilation is performed by using a relative humidity operator to assimilate the relative humidity of the observing area to a corresponding water body mixing ratio. Meanwhile, the second threshold value may be 20 dBZ, and the predetermined distance may be 30 km.
상술한 본 발명에 따르면, 수치예보모델의 배경장에 관측자료를 동화시키되, 관측자료 내에서 비강수지역으로 관측된 지역 중 수치예보모델이 강수를 잘못 예측하거나 과대 예측한 지역에 별도의 비강수자료 동화과정을 추가함으로써 강수예측장의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이하에서는, 도 8 내지 17 을 통해 실사례에 비강수자료동화를 적용하여 상술한 본 발명의 효과를 확인하도록 한다.According to the present invention described above, the observation data are assimilated into the background field of the numerical prediction model, and the numerical prediction model among the regions observed in the nasal water region in the observation data is a nasal water The accuracy of the precipitation prediction field can be improved by adding the data acquisition process. Hereinafter, the effect of the present invention described above will be confirmed by applying the nasal water data assimilation to the real case through FIGS. 8 to 17. FIG.
도 8 은 비강수자료 동화의 효과를 확인하기 위한 실사례를 도시한 도면이다. 도 8 을 참조하면, 도 8 의 (a) 는 2013년 7월 23일 00UTC 의 지상 일기도이고, (b) 는 해당 시간의 상층 분석장이며, (c) 는 COMS 수증기 영상이고, (d)는 22일 21UTC 부터 23일 09UTC까지 12시간의 AWS 누적 강수를 도시한 도면이다. 도 8 에 따르면 서행상에서 발달한 중규모 대류계가 한반도에 영향을 미치고, 당시 북태평양 고기압 가장자리에 하층제트가 발달하게 되었다. 이로 인해 온난습윤한 공기가 우리나라로 이동되고 북쪽에서는 몽골 상공에 위치한 차갑고 건조한 공기가 만주지역으로 이동함에 따라 한반도 북부 지방에 정체전선이 형성되고 상기 정체전선상에 지상 저기압이 발달하고 이 지상 저기압의 영향으로 서행상에서 바람방향이 급격히 바뀌는 지역에 다량의 수증기가 응결하여 강수대를 형성하여 한반도로 접근하는 모습을 확인할 수 있고, 이 강수대에 의해 충청도와 중부지방에 최대 85㎜ 폭우가 내림을 알 수 있다.8 is a view showing an actual case for confirming the effect of the nasal water data assimilation. 8 (a) is a ground day diagram of 00 UTC on July 23, 2013, (b) is an upper layer analysis field of the corresponding time, (c) is a COMS water vapor image, 12 hours of AWS cumulative precipitation from 21 UTC on the 22nd to 09 UTC on the 23rd. According to Fig. 8, the medium-scale convective system developed in the slow stream affects the Korean peninsula and the lower jet developed at the edge of the high pressure of the North Pacific at that time. As a result of this, warm and humid air is moved to Korea, and in the north, cold and dry air in Mongolia is moved to Manchuria, stagnation wires are formed in the northern part of the Korean peninsula, It can be seen that a large amount of water vapor coagulates in a region where the wind direction changes rapidly due to the influence of the wind, and a precipitation zone is formed and the approach to the Korean peninsula can be confirmed. By this precipitation zone, .
도 9 는 배경장에 비강수자료동화만을 수행하였을 때의 단일 관측 실험 결과이다. 도 9 에 따르면, 관측자료상 비강수지역의 배경장에 앞서 상술한 비강수자료 동화과정을 적용한 결과, 비혼합비는 0.5286g/kg 에서 0.0954 g/kg 으로 감소(도 9 의 (a))하고, 수증기 혼합비는 12.087 g/kg 에서 11.931 g/kg로 감소(도 9 의 (b))하였으며, 수증기 혼합비의 수평 증분과 연직 증분의 반경은 각각 25㎞와, 3㎞ 임(도 9 의 (e))을 알 수 있다. 또한, 온위는 313.5339K 에서 313.5181K 로 감소하였고(도 9 의 (c)), 온위의 수평증분과 연직증분의 반경은 각각 30㎞와 3㎞ 이며(도 9 의 (f)), 바람은 매우 약한 저기압성 회전이 비강수정보를 입력한 격자주위로 나타나 있음(도 9 의 (d))을 알 수 있다.FIG. 9 shows the result of a single observation experiment performed when only the nasal water data assimilation is performed in the background field. According to FIG. 9, the non-mixing ratio was reduced from 0.5286 g / kg to 0.0954 g / kg (FIG. 9 (a)) as a result of applying the above-described nasal water data assimilation process to the background data of the nasal water area , And the water vapor mixing ratio decreased from 12.087 g / kg to 11.931 g / kg (FIG. 9 (b)). The horizontal increment and vertical increment of the water vapor mixing ratio were 25 km and 3 km, respectively )) Can be known. 9 (c)), the radii of the horizontal increment and the vertical increment of the warm are 30 km and 3 km, respectively (Fig. 9 (f)), It can be seen that the weak cyclone rotation appears around the lattice input nasal pass information (FIG. 9 (d)).
도 10 은 도 8 의 실사례에 본 발명에 따른 관측자료동화과정을 적용하였을때의 강수 예측장의 변화를 도시한 도면이다. 도 10 의 (a) 는 2013년 7월 23일 00UTC 의 레이더반사도의 합성도이고, (b) 는 수치예보모델로부터 도출된 배경장이고, (c), (d) 는 관측자료를 배경장에 동화시킬 뿐, 비강수자료를 동화시키지 않은 실험(이하, CRVRF PART)에서 얻어진 강수예측장의 비혼합비와 수증기혼합비의 수평증분을 도시한 것이고, (e), (f) 는 본 발명에 따라 비강수자료를 추가로 동화시킨 실험(이하, CRVRF ALL)에서 얻어진 강수예측장의 비혼합비와 수증기혼합비의 수평증분을 도시한 것이다. 도 10 에 따르면, CRVRF PART 에서 얻어진 강수예측장은 목포 앞바다와 동해상에서 잘못 예측한 강수를 제거하지 못하였음을 알 수 있고, 반면에 CRVRF ALL 에서 얻어진 강수예측장은 강수를 약화시켜야할 지역에 비혼합비와 수증기혼합비가 감소되어있음을 알 수 있다.FIG. 10 is a diagram showing a change in the precipitation prediction field when the observation data assimilation process according to the present invention is applied to the actual case of FIG. 8; FIG. 10 (a) is a composite diagram of the radar reflectivity of 00 UTC on July 23, 2013, (b) is a background field derived from a numerical forecast model, and (c) (E) and (f) show the horizontal increment of the mixing ratio and the water vapor mixing ratio of the precipitation prediction field obtained from the experiment (hereinafter, referred to as CRVRF PART) And the horizontal increment of the mixing ratio of water vapor in the precipitation prediction field obtained from the experiment in which the data are further assimilated (hereinafter referred to as CRVRF ALL). According to FIG. 10, it can be seen that the precipitation prediction field obtained from the CRVRF PART did not eliminate the mistakenly predicted precipitation on the offshore Mokpo and the East Sea, whereas the precipitation prediction field obtained on the CRVRF ALL shows the non- It can be seen that the water vapor mixing ratio is reduced.
도 11 내지 도 13 은 자료동화와 9시간 예측을 한 후 각 실험별 1시간 누적강수와 AWS 누적강수를 도시한 도면이다. 여기서 각 실험은 종래기술로서 AWS(도 11 내지 13 의 (a)) 에 수직?G풍장비만을 동화한 CONVENTION 실험(도 11 내지 13 의 (b)), 상기 CONVENTION 실험에 레이더 강수자료를 추가적으로 동화한 CRVRF PART 실험(도 11 내지 13 의 (c)), 상기 CRVRF PART 실험에 비강수자료동화를 추가적으로 시행한 CRVRF ALL 실험(도 11 내지 13 의 (d))이 있다. 도 11 내지 13 에 따르면, CONVENTION 은 영서지방의 강수는 전혀 모의하지 못하였을 뿐만 아니라 강한 강수가 관측되지 않은 경북까지 강수를 모의한 것을 알 수 있고, CRVRF PART 및 CRVRF ALL 은 영서지방의 강수를 비교적 잘 예측하였을 알 수 있다. 또한, CRVRF ALL 이 CRVRF PART 에 비해 충북에 흩어진 강수대의 강도 및 위치가 관측자료와 조금 더 일치함을 알 수 있다.11 to 13 are diagrams showing 1 hour cumulative precipitation and AWS cumulative precipitation for each experiment after data assimilation and 9-hour prediction. 11 to 13 (b)). In the CONVENTION experiment, radar precipitation data were further added to the AWS (Figs. 11 to 13 (a) One CRVRF PART experiment (FIGS. 11-13C) and a CRVRF ALL experiment (FIGS. 11-13D) in which the nasal passive data assimilation is additionally performed in the CRVRF PART experiment. According to FIGS. 11 to 13, CONVENTION shows that the precipitation of the Yeongseo region was not simulated at all, but also simulated precipitation up to Gyeongbuk where strong precipitation was not observed. The CRVRF PART and CRVRF ALL show relatively low precipitation It can be seen that it was well predicted. In addition, the intensity and location of the CRVRF ALL scattered in Chungbuk compared to the CRVRF PART are more in agreement with the observed data.
도 14 내지 17 은 각 실험에 대해 예보지수를 이용하여 정량적으로 정확도를 검증한 결과를 도시한 도면이다.14 to 17 are graphs showing the results of verifying the accuracy quantitatively using the forecasting index for each experiment.
먼저, 도 14 는 CONVENTION, CRVRF PART, CRVRF ALL 실험 결과에 Fractional Skill Score(FSS) 를 산출한 결과를 도시한 도면이다. 여기서, FSS 는 인접한 점에 대상 현상이 일어나는 비율에 대한 숙련도로서, 아래 수학식 9 에 따라 산출된다.First, FIG. 14 is a graph showing a result of calculating a fractional skill score (FSS) on the results of CONVENTION, CRVRF PART, and CRVRF ALL. Here, FSS is a degree of proficiency in the rate at which a target phenomenon occurs at an adjacent point, and is calculated according to the following equation (9).
[수학식 9]&Quot; (9) "
여기서, 와 는 각각 격자점 주위로 일정 반경 내에서 대상 현상이 일어나거나 및/또는 예보되는 비율의 확률값이고, N 은 검증에 사용된 총 격자점 수를 의미한다. 따라서, 이러한 FSS 에 따르면, 예보가 완벽할 경우 와 가 같아져 그 값이 1 이 되고, 반대일 경우는 0 이 된다. 도 14 에서는 검증하고자 하는 격자점 주위로 반경 6㎞ 내의 격자점 자료를 이용하여 FSS 를 계산하였다. 상술한 방식으로 각 실험결과에 FSS 를 계산한 결과, 10 dBZ 를 기준으로 한 도 14 의 (a)에 따르면, 레이더 자료를 동화한 CRVRF PART 와 CRVRF ALL 이 그렇지 않은 CONVENTION 보다 6시간 반동안 높은 점수를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 도 14 의 (b) 및 (c) 에 따르면 25 dBZ 와 35 dBZ 에서는 레이더 자료를 동화한 CRVRF PART 와 CRVRF ALL 이 그렇지 않은 CONVENTION 보다 9 시간 예보 내내 높은 점수를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 전체적으로 비강수자료를 동화한 CRVRF ALL 이 그렇지 않은 CRVRF PART 에 비해 높은 점수가 산출되었으며, 특히 그 특징이 비교적 높은 강수(25 dBZ ,35 dBZ)를 기준으로 하였을 때 두드러지게 나타남을 알 수 있다.here, Wow Is a probability value of the rate at which a phenomenon occurs and / or predicted within a certain radius around a grid point, and N is the total number of grid points used for verification. Thus, according to these FSS, if the forecast is perfect Wow Is equal to 1, and when it is the opposite, it becomes 0. In Fig. 14, the FSS is calculated using the lattice point data within a radius of 6 km around the lattice point to be verified. As a result of calculating the FSS for each test result in the above-described manner, according to FIG. 14 (a) based on 10 dBZ, CRVRF PART and CRVRF ALL assimilating radar data are higher than CONVENTION . ≪ / RTI > 14B and 14C, it can be seen that CRVRF PART and CRVRF ALL assimilating radar data at 25 dBZ and 35 dBZ show higher scores over the 9-hour forecast than CONVENTION without the CRVRF PART and CRVRF ALL. In addition, CRVRF ALL, which assimilates nasal water as a whole, has a higher score than CRVRF PART which does not, and it can be seen that its characteristics are prominent when compared with relatively high precipitation (25 dBZ, 35 dBZ) .
도 15 는 CONVENTION, CRVRF PART, CRVRF ALL 실험 결과에 오보율(false alarm ratio, FAR) 을 산출한 결과를 도시한 도면이다. 여기서, FAR 은 아래 수학식 10 과 같이 미발생 관측에 대한 미발생의 비로 산출될 수 있으며, 그 값이 '0' 에 가까울수록 대상 현상에 대한 미발생을 잘 예보한 것이라 볼 수 있다.FIG. 15 is a view showing a result of calculating a false alarm ratio (FAR) in the CONVENTION, CRVRF PART, and CRVRF ALL test results. Here, the FAR can be calculated as a ratio of non-occurrence to non-occurrence observations as shown in Equation (10) below, and the closer the value is to '0', the more predictable the non-occurrence of the phenomenon.
[수학식 10]&Quot; (10) "
여기서, R 과 F 는 아래 표 2 에 따른다.Here, R and F are as shown in Table 2 below.
[표 2][Table 2]
상술한 방식으로 각 실험결과에 FAR 을 산출한 결과인 도 15 를 살펴보면, 도 15 의 (a) 내지 (c) 전체적으로, 9시간의 예측기간동안 레이더자료를 동화한 CRVRF PART, CRVRF ALL 이 그렇지 않은 CONVENTION 보다 오보율이 낮게 나왔으며, 비강수자료를 동화한 CRVRF ALL 이 그렇지 않은 CRVRF PART 보다 오보율이 낮게 나온 점을 알 수 있다.15, which is a result of calculating the FAR for each test result in the above-described manner, the CRVRF PART and the CRVRF ALL that assimilate the radar data during the 9-hour prediction period as a whole are compared with each other CONVENTION and CRVRF ALL assimilating non-nasal water data showed lower false-rate than non-CRVRF PART.
도 16 은 반사도 강도에 따른 각 실험의 FSS 와 오보율의 9시간 평균값을 도시한 도면이다. 도 16 에 따르면, FSS 와 오보율 모두 CONVENTION 보다 CRVRF PART와 CRVRF ALL 이 좋은 점수를 나타냄을 알 수 있다. 또한, CRVRF ALL 이 CRVRF PART 보다 FSS 값은 15 dBZ 이상의 강수에서 0.05 만큼 증가하였으며, 오보율은 35 dBZ 미만의 강수에서 0.02 만큼 감소한바, CRVRF ALL 이 CRVRF PART 보다 좋은 점수가 산출되었음을 알 수 있다. FIG. 16 is a graph showing the FSS and the 9-hour average value of the false rate in each experiment according to the reflectivity. Referring to FIG. 16, it can be seen that CRVRF PART and CRVRF ALL are both better than CONVENTION in both FSS and false rate. In addition, the FSS value of CRVRF ALL increased by 0.05 in precipitation above 15 dBZ, and the false rate decreased by 0.02 in precipitation below 35 dBZ, indicating that CRVRF ALL was better than CRVRF PART.
도 17 의 (a) 는 각 실험별로 60분 누적 강수량의 편차(BIAS)의 추이를 도시한 그래프이고, (b) 는 각 실험별로 60분 누적 강수량의 평균 제곱근 오차값(root mean square error, RMSE)의 추이를 도시한 그래프이다. FIG. 17A is a graph showing the variation of the 60 minutes accumulated precipitation amount (BIAS) for each experiment, FIG. 17B is a graph showing the root mean square error (RMSE) In the graph of FIG.
먼저, 60분 누적 강수량의 편차와 평균 제곱근 오차값의 산출은 아래 수학식 11 및 12 에 따른다.First, the deviation of the 60-minute cumulative precipitation and the calculation of the mean square root error value are given by the following equations (11) and (12).
[수학식 11]&Quot; (11) "
[수학식 12]&Quot; (12) "
여기서, 와 는 각각 관측된 변수와 예측된 변수이고, N 은 사용된 총 관측값의 수이며, 는 격자로 된 모델자료를 관측지점으로 내삽하여 산출된다.here, Wow Are the observed and predicted variables respectively, N is the number of total observations used, Is calculated by interpolating the grid data from the model data to the observation point.
도 17의 (a) 에 따르면, CONVENTION 이 예보 6시간동안 음의 편차를 나타내어 강수를 과소모의하였고, CRVRF PART 와 CRVRF ALL 이 예보 7시간동안 양의 편차를 나타내어 강수를 과대모의하였을 알 수 있다. 또한, 비강수정보를 동화한 CRVRF ALL 은 그렇지 않은 CRVRF PART 보다 초기 3시간동안 강수량의 양의 편차가 소폭 감소하였음을 알 수 있다. According to FIG. 17 (a), CONVENTION shows a negative deviation for a forecast time of 6 hours and underestimates the precipitation, and CRVRF PART and CRVRF ALL show a positive deviation for a forecasted time of 7 hours and overexerted precipitation. In addition, the CRVRF ALL assimilating the nasal water information shows a slight decrease in the amount of precipitation during the first 3 hours than the non CRVRF PART.
한편, 강수량의 양의 제곱근 편차를 도시한 도 17 의 (b) 에 따르면, 세 실험 모두 예보시간동안 유사한 추이를 보임을 알 수 있다.On the other hand, according to FIG. 17 (b) showing the square root deviation of the amount of precipitation, all of the experiments show similar trend during the forecasting time.
이와 같은, 강수예측장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.Such precipitation prediction apparatuses and methods can be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program commands, data files, data structures, and the like, alone or in combination.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be ones that are specially designed and configured for the present invention and are known and available to those skilled in the art of computer software.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include machine language code such as those generated by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules for performing the processing according to the present invention, and vice versa.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
110: 관측자료수집부
120: 배경장생성부
130: 관측자료동화부110: Observation data collection unit
120: Background
130: observation data moving part
Claims (11)
상기 관측기기로부터 측정된 관측자료를 수집하는 관측자료수집부;
상기 수치예보모델을 기초로 소정시간 이후의 강수를 예측하여 배경장을 생성하는 배경장생성부; 및
상기 배경장에 상기 관측자료를 동화시켜 상기 강수 예측장을 생성하는 관측자료동화부로서, 상기 관측자료동화부는 상기 관측자료의 반사도 값이 미리 결정된 제 1 임계값보다 작고 상기 배경장의 반사도 값이 상기 제 1 임계값보다 클 경우 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키는 상기 관측자료동화부를 포함하는 강수예측장치.A precipitation prediction apparatus for generating a precipitation prediction field by inputting observation data obtained from an observation instrument including at least one weather radar into a numerical prediction model,
An observation data collection unit for collecting observation data measured by the observation equipment;
A background generating unit for generating a background field by predicting the precipitation after a predetermined time based on the numerical prediction model; And
And an observation data moving part for generating the precipitation prediction field by moving the observation data to the background field, wherein the observation data moving part updates the reflection value of the background data by using the reflection value of the observation data, the reflection value of the observation data being smaller than a predetermined first threshold value, And the observation data assimilation unit for assimilating the mixing ratio of the water bodies corresponding to the reflectivity value of the first threshold value to the background field when the water level is greater than the first threshold value.
상기 관측자료동화부는
관측지역이 강수지역 및 상기 관측기기의 최대 관측거리로부터 소정거리 이상 이격되어 있고 상기 배경장의 반사도 값이 미리 정해진 제 2 임계값보다 클 경우, 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키고 상기 관측지역의 상대습도를 일정비율만큼 감소시키기 위한 상대습도연산자를 적용하는 강수예측장치.The method according to claim 1,
The observation data moving unit
When the observation area is spaced apart from the precipitation area and the maximum observation distance of the observation instrument by a predetermined distance and the reflection value of the background field is larger than a predetermined second threshold value, A relative humidity operator for assimilating the mixing ratio to the background field and reducing the relative humidity of the observation area by a predetermined ratio.
상기 제 1 임계값은 상기 관측기기가 관측할 수 있는 반사도의 최소값이고, 상기 제 2 임계값은 상기 제 1 임계값보다 큰 강수예측장치.3. The method of claim 2,
Wherein the first threshold is a minimum value of reflectivity that the observing instrument can observe, and the second threshold is greater than the first threshold.
상기 관측자료동화부는
상기 상대습도 연산자를 상기 배경장의 기온에 따라 아래 수학식에 의해 정의하는 강수예측장치.
여기서, qo는 상기 상대습도 연산자이고, qs,water 는 포화상태일 때의 물인 수상체의 혼합비이고, qs,ice 는 포화상태일 때의 얼음인 수상체의 혼합비이고, T는 상기 배경장의 기온이고, 이다.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 융해열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 승화열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.3. The method of claim 2,
The observation data moving unit
Wherein the relative humidity operator is defined according to the following equation according to the temperature of the background field.
Here, q o is the relative humidity operator, q s, water is the mixing ratio of water bodies in the saturated state, q s, ice is the mixing ratio of the water bodies in the saturated state, The temperature of the field, to be.
Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, Is a heat of fusion ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, As a sublimation heat ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
상기 관측자료동화부는
상기 관측자료의 반사도 값을 아래 수학식 1 에 따라 단위값을 변환시키고,
상기 변환된 반사도 값을 아래 수학식 2 에서와 같이 상기 배경장의 기온에 따라 비, 젖은 눈, 싸락우박, 마른 눈 중 어느 하나인 수상체의 혼합비에 의한 반사도의 합으로 정의하고,
각 수상체의 혼합비에 의한 반사도를 아래 수학식 3 을 이용하여 각 수상체의 혼합비로 변환하고,
상기 변환된 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키는 강수예측장치.
[수학식 1]
여기서, ZdB 는 변환전 관측자료의 dBZ 단위의 반사도 값이고, Ze 는 mm6m- 3 단위의 변환된 관측자료의 반사도 값이다.
[수학식 2]
여기서, Z(qrain), Z(qwetsnow), Z(qdrysnow), Z(qgraupel) 은 각각 비, 젖은 눈, 마른 눈, 싸락우박의 혼합비에 의한 반사도이고, T 는 상기 배경장의 기온이다.
[수학식 3]
여기서, ρ 는 상기 배경장의 공기밀도이고, qrain ,qwetsnow ,qdrysnow ,qgraupel 은 각각 비, 젖은눈, 마른눈, 싸락우박의 혼합비이다.The method according to claim 1,
The observation data moving unit
Transforming a reflectivity value of the observation data into unit values according to Equation 1 below,
The converted reflectivity value is defined as a sum of the reflectivities by the mixture ratio of any one of rain, wet snow, hail hail, and dry snow depending on the temperature of the background field as shown in Equation (2)
The reflectance by the mixing ratio of each viscous body is converted into the mixing ratio of each viscous body by using the following expression (3)
And a mixing ratio of the converted water bodies to the background field.
[Equation 1]
Here, Z is the dB reflectivity in dBZ unit value before conversion of observations, Z e is mm 6 m - is the reflectance value of the third unit of the transformed measurement data.
&Quot; (2) "
Here, Z (q rain ), Z (q wetsnow ), Z (q drysnow ), and Z (q graupel ) are the reflectivities of rain, wet snow, dry snow, to be.
&Quot; (3) "
Here, ρ is the air density of the background, and q rain , q wetsnow , q drysnow , and q graupel are the mixing ratios of rain, wet snow, dry snow, and hail hail, respectively.
상기 관측기기로부터 측정된 관측자료를 수집하고,
상기 수치예보모델을 기초로 소정시간 이후의 강수를 예측하여 배경장을 생성하고,
상기 배경장에 상기 관측자료를 동화시켜 강수 예측장을 생성하되, 상기 관측자료의 반사도 값이 미리 결정된 제 1 임계값보다 작고 상기 배경장의 반사도 값이 상기 제 1 임계값보다 클 경우 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키는 강수예측방법.A precipitation prediction method for generating a precipitation prediction field by inputting observation data obtained from an observation instrument including at least one weather radar into a numerical prediction model,
Collecting observation data measured from the observation instrument,
Generating a background field by predicting precipitation after a predetermined time based on the numerical prediction model,
Wherein when a reflectivity value of the observation data is smaller than a predetermined first threshold value and a reflectivity value of the background field is greater than the first threshold value, And the mixing ratio of the opaque material corresponding to the reflectance value of the value is adapted to the background field.
상기 배경장에 상기 관측자료를 동화시켜 강수 예측장을 생성하는 것은,
관측지역이 강수지역 및 상기 관측기기의 최대 관측거리로부터 소정거리 이상 이격되어있고 상기 배경장의 반사도 값이 미리 정해진 제 2 임계값보다 클 경우, 상기 제 1 임계값의 반사도 값에 대응하는 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키고 상기 관측지역의 상대습도를 일정비율만큼 감소시키기 위한 상대습도연산자를 적용하는 것을 더 포함하는 강수예측방법.The method according to claim 6,
And generating the precipitation prediction field by moving the observation data to the background field,
When the observation area is spaced apart from the precipitation area and the maximum observation distance of the observation instrument by a predetermined distance and the reflection value of the background field is larger than a predetermined second threshold value, Further comprising applying a relative humidity operator to assimilate the mixing ratio to the background field and to reduce the relative humidity of the observation area by a certain percentage.
상기 제 1 임계값은 상기 관측기기가 관측할 수 있는 반사도의 최소값이고, 상기 제 2 임계값은 상기 제 1 임계값보다 큰 강수예측방법.8. The method of claim 7,
Wherein the first threshold is a minimum value of reflectivity that the instrument can observe and the second threshold is greater than the first threshold.
상기 상대습도 연산자는 상기 배경장의 기온에 따라 아래 수학식에 의해 정의되는 강수예측방법.
여기서, qo는 상기 상대습도 연산자이고, qs,water 는 포화상태일 때의 물인 수상체의 혼합비이고, qs,ice 는 포화상태일 때의 얼음인 수상체의 혼합비이고, T는 상기 배경장의 기온이고, 이다.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 융해열로 이고, 는 수증기의 기체상수로
이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.
또한, , 이고, 여기서 는 수증기에 대한 기체상수에 대한 건조공기의 기체상수의 비로 0.622 이고, 는 승화열로 이고, 는 수증기의 기체상수로 이고, T와 p 는 각각 상기 배경장의 기온과 기압이다.8. The method of claim 7,
Wherein the relative humidity operator is defined by the following equation according to the temperature of the background field.
Here, q o is the relative humidity operator, q s, water is the mixing ratio of water bodies in the saturated state, q s, ice is the mixing ratio of the water bodies in the saturated state, The temperature of the field, to be.
Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, Is a heat of fusion ego, Is the gas constant of water vapor
T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
Also, , , Where Is 0.622 as a ratio of the gas constant of the dry air to the gas constant for the water vapor, As a sublimation heat ego, Is the gas constant of water vapor T and p are the temperature and the atmospheric pressure of the background field, respectively.
상기 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키는 것은,
상기 관측자료의 반사도 값을 아래 수학식 1 에 따라 단위값을 변환시키고,
상기 변환된 반사도 값을 아래 수학식 2 에서와 같이 상기 배경장의 기온에 따라 비, 젖은 눈, 싸락우박, 마른 눈 중 어느 하나인 수상체의 혼합비에 의한 반사도의 합으로 정의하고,
각 수상체의 혼합비에 의한 반사도를 아래 수학식 3 을 이용하여 각 수상체의 혼합비로 변환하고,
상기 변환된 수상체의 혼합비를 상기 배경장에 동화시키는 강수예측방법.
[수학식 1]
여기서, ZdB 는 변환전 관측자료의 dBZ 단위의 반사도 값이고, Ze 는 mm6m- 3 단위의 변환된 관측자료의 반사도 값이다.
[수학식 2]
여기서, Z(qrain), Z(qwetsnow), Z(qdrysnow), Z(qgraupel) 은 각각 비, 젖은 눈, 마른 눈, 싸락우박의 혼합비에 의한 반사도이고, T 는 상기 배경장의 기온이다.
[수학식 3]
여기서, ρ 는 상기 배경장의 공기밀도이고, qrain ,qwetsnow ,qdrysnow ,qgraupel 은 각각 비, 젖은눈, 마른눈, 싸락우박의 혼합비이다.The method according to claim 6,
To assimilate the mixture ratio of the viscous material to the background field,
Transforming a reflectivity value of the observation data into unit values according to Equation 1 below,
The converted reflectivity value is defined as a sum of the reflectivities by the mixture ratio of any one of rain, wet snow, hail hail, and dry snow depending on the temperature of the background field as shown in Equation (2)
The reflectance by the mixing ratio of each viscous body is converted into the mixing ratio of each viscous body by using the following expression (3)
And a mixing ratio of the converted water bodies is adapted to the background field.
[Equation 1]
Here, Z is the dB reflectivity in dBZ unit value before conversion of observations, Z e is mm 6 m - is the reflectance value of the third unit of the transformed measurement data.
&Quot; (2) "
Here, Z (q rain ), Z (q wetsnow ), Z (q drysnow ), and Z (q graupel ) are the reflectivities of rain, wet snow, dry snow, to be.
&Quot; (3) "
Here, ρ is the air density of the background, and q rain , q wetsnow , q drysnow , and q graupel are the mixing ratios of rain, wet snow, dry snow, and hail hail, respectively.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109061776A (en) * | 2018-10-08 | 2018-12-21 | 中国气象局广州热带海洋气象研究所(广东省气象科学研究所) | One kind closing on numerical weather forecast system and method in short-term |
KR102023613B1 (en) * | 2018-11-05 | 2019-09-20 | 경북대학교 산학협력단 | Method of radar melting level data assimilation based on um vdaps, computer readable medium and apparatus for performing the method |
KR20230055764A (en) * | 2021-10-19 | 2023-04-26 | 공주대학교 산학협력단 | Prediction method of heavy rainfall using the RDT and a NWP model |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009094173A1 (en) | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Weather Decisions, Inc. | Method, system and apparatus for providing weather decision information to mobile users |
US7751978B1 (en) | 2006-04-24 | 2010-07-06 | Peter Paul Neilley | Weather severity and characterization system |
US7872603B2 (en) | 2008-09-04 | 2011-01-18 | The Boeing Company | Method and apparatus for making airborne radar horizon measurements to measure atmospheric refractivity profiles |
-
2017
- 2017-03-16 KR KR1020170032912A patent/KR101826713B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7751978B1 (en) | 2006-04-24 | 2010-07-06 | Peter Paul Neilley | Weather severity and characterization system |
US7792642B1 (en) | 2006-04-24 | 2010-09-07 | Wsi, Corporation | Weather severity and characterization system |
WO2009094173A1 (en) | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Weather Decisions, Inc. | Method, system and apparatus for providing weather decision information to mobile users |
US7872603B2 (en) | 2008-09-04 | 2011-01-18 | The Boeing Company | Method and apparatus for making airborne radar horizon measurements to measure atmospheric refractivity profiles |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109061776A (en) * | 2018-10-08 | 2018-12-21 | 中国气象局广州热带海洋气象研究所(广东省气象科学研究所) | One kind closing on numerical weather forecast system and method in short-term |
CN109061776B (en) * | 2018-10-08 | 2020-12-01 | 中国气象局广州热带海洋气象研究所(广东省气象科学研究所) | Short-time approaching numerical weather forecasting system and method |
KR102023613B1 (en) * | 2018-11-05 | 2019-09-20 | 경북대학교 산학협력단 | Method of radar melting level data assimilation based on um vdaps, computer readable medium and apparatus for performing the method |
KR20230055764A (en) * | 2021-10-19 | 2023-04-26 | 공주대학교 산학협력단 | Prediction method of heavy rainfall using the RDT and a NWP model |
KR102580135B1 (en) | 2021-10-19 | 2023-09-18 | 공주대학교 산학협력단 | Prediction method of heavy rainfall using the RDT and a NWP model |
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