KR20170121393A - 구름레이더를 이용한 수함량 산출 시스템 및 수함량 산출 방법 - Google Patents

구름레이더를 이용한 수함량 산출 시스템 및 수함량 산출 방법 Download PDF

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KR20170121393A
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Abstract

본 발명의 일 양상에 따르면 구름레이더 자료를 보정하는 단계; 보정된 구름레이더 자료로부터 반사도를 산출하는 단계; 산출된 반사도 및 라디오미터로부터 획득한 연직 적분된 수함량(LWP)에 기초하여 수함량 프로파일을 산출하는 단계; 상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계; 상기 입자 형태 별 Z-LWC 관계식을 산출하는 단계;를 포함하는 구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법이 제공될 수 있다.

Description

구름레이더를 이용한 수함량 산출 시스템 및 수함량 산출 방법{LIQUID WATER CONTENT CALCULATING SYSTEM USING CLOUD RADAR AND LIQUID WATER CONTENT CALCULATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 수함량 산출 시스템 및 수함량 산출 방법에 관한 것으로 구름레이더 자료를 보정하여 수함량(LWC: Liquid Water Content)을 산출하는 시스템 및 수함량 산출 방법에 관한 것이다.
최근 이상 기후에 의한 게릴라성 폭우, 집중 호우 등 강우에 의한 피해가 다수 발생하고 있다.
대부분의 강우는 구름에 의해 발생하였으며, 이러한 강우는 구름에 포함된 수분 입자에 따라 달라질 수 있다.
구름의 경우에는 수치모델에서의 단기예측뿐만 아니라 기후변화 예측결과에 영향을 미치며, 예측 결과의 불확실성을 결정짓는 요소로 작용한다.
구름을 통한 관측에서는 정량적이고 고해상도의 구름 관측이 요구되지만, 구름의 시공간적 다양성으로 인하여 관측에 많은 제약이 따른다.
본 발명의 일 과제는 수분 입자 별로 Z-LWC 관계식을 도출하고, 도출된 관계식을 통하여 구름의 수함량을 산출할 수 있는 수함량 산출 시스템 및 수함량 산출 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면 구름레이더의 자료에 기초하여 구름의 입자 별 수함량 산출을 위한 관계식을 산출하는 방법으로, 구름레이더 자료를 보정하는 단계; 보정된 구름레이더 자료로부터 반사도를 산출하는 단계; 산출된 반사도 및 라디오미터로부터 획득한 연직 적분된 수함량(LWP: Liquid Water Path)에 기초하여 수함량 프로파일을 산출하는 단계; 상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계; 상기 입자 형태 별 Z-LWC 관계식을 산출하는 단계;를 포함하는 구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 구름레이더의 자료와 미리 산출된 구름 입자별 관계식을 이용하여 수함량을 산출하는 방법으로, 구름레이더 자료를 보정하는 단계; 보정된 구름레이더 자료로부터 반사도를 산출하는 단계; 상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계; 상기 입자 형태에 따라 미리 정해진 Z-LWC 관계식을 적용하여 수함량을 산출하는 단계;를 포함하는 구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 산출 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 보정된 구름레이더 자료에 기초하여 수분 입자 별로 Z-LWC 관계식을 도출하고, 도출된 관계식을 통하여 수함량을 산출함으로써, 구름 및 약한 강수 입자의 수함량을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수함량 산출 시스템의 환경도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 장치의 블록도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수함량 산출을 위한 관계식 산출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구름레이더 자료 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자형태 판단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수함량 산출 방법의 순서도이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 구름레이더의 자료에 기초하여 구름의 입자 별 수함량 산출을 위한 관계식을 산출하는 방법으로, 구름레이더로부터 획득한 데이터를 이용하여 수함량 산출을 위한 관계식을 산출하는 방법으로, 구름레이더 자료를 보정하는 단계; 보정된 구름레이더 자료로부터 반사도를 산출하는 단계; 산출된 반사도 및 라디오미터로부터 획득한 연직 적분된 수함량(LWP)에 기초하여 수함량 프로파일을 산출하는 단계; 상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계; 상기 입자 형태 별 Z-LWC 관계식을 산출하는 단계;를 포함하는 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법이 제공될 수 있다.
또, 상기 구름레이더 자료를 보정하는 단계는 입력 자료를 획득하는 단계-상기 입력 자료는 구름레이더 및 라디오미터로부터 획득한 자료임-; 연직강우레이더로부터 획득한 강우 강도 정보에 기초하여 상기 입력 자료를 획득한 영역에 대한 강우 강도가 미리 정해진 임계치 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 강우 강도가 미리 정해진 임계치 이상인 경우, 신호 감쇠 영역 제거 알고리즘을 수행하여 반사도를 산출하고, 상기 강우 강도가 미리 정해진 임계치 미만인 경우, 비기상 에코 제거 알고리즘을 수행하여 반사도를 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또, 상기 수함량 프로파일을 산출하는 단계는 상기 연직 적분된 수함량을 연직 격자에 따라 나누는 하기 식1을 이용하여 상기 수함량 프로파일을 산출되는 단계일 수 있다.
식 1
Figure pat00001
(여기서, z는 구름레이더 연직 반사도이고, Zi는 i번째 레인지 게이트에서의 반사도 값이고, n은 레이더의 총 레인지 게이트 개수이고, Δh는 레인지 게이트의 길이 값임.)
또, 상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계는 강우 강도가 미리 정해진 임계값 이상인 경우 비강수 구름으로 판단하고, 상기 강우 강도가 미리 정해진 임계값 이하이고, 구름레이더 에코가 운저 고도 이상인 경우, 강수 구름으로 판단하고, 상기 강우 강도가 미리 정해진 임계값 이하이고, 구름레이더 에코가 운저 고도 이하인 경우, 강수 구름으로 판단하는 단계일 수 있다.
또, 상기 Z-LCW 관계식은 반사도와 수함량의 관계를 최소제곱법을 이용하여 멱지수 형태의 관계식으로 획득한 하기 식 2로 표현될 수 있다.
식2
Figure pat00002
(여기서, Z는 반사도이고, LWC는 수함량이고, a 및 b는 최소제곱법을 통하여 산출된 상수임.)
본 발명의 다른 양상에 따르면, 구름레이더의 자료와 미리 산출된 구름 입자별 관계식을 이용하여 수함량을에 산출하는 방법으로, 구름레이더 자료를 보정하는 단계; 보정된 구름레이더 자료로부터 반사도를 산출하는 단계; 상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계; 상기 입자 형태에 따라 미리 정해진 Z-LWC 관계식을 적용하여 수함량을 산출하는 단계;를 포함하는 구름 입자 별 수함량 산출 방법이 제공될 수 있다.
또, 상기 입자 형태는 비강수 구름, 강수 구름 및 강수 입자 중 적어도 하나일 수 있다.
또, 상기 수함량을 산출하는 단계는 미리 저장된 상기 비강수 구름에 대한 Z-LWC 관계식, 상기 강수 구름에 대한 Z-LWC 관계식 및 상기 강수 입자에 대한 Z-LWC 관계식 중 상기 입자 형태를 판단하는 단계에 판단된 입자 형태에 대응되는 관계식을 적용하여 상기 수함량을 산출하는 단계일 수 있다.
또, 상기 Z-LCW 관계식은 하기 식 3으로 표현될 수 있다.
식3
Figure pat00003
(여기서, Z는 반사도이고, LWC는 수함량이고, a 및 b는 최소제곱법을 통하여 산출된 상수임.)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수함량 산출 시스템(10000)의 환경도이다.
도 1을 참조하면, 수함량 산출 시스템(10000)은 구름레이더(1000), 라디오미터(2000), 인공위성(3000), 연직강우레이더(4000), 운고계(5000) 및 서버 장치(6000)를 포함할 수 있다.
구름레이더(1000)는 구름의 입자에 대한 반사도 자료를 획득하여 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
구름레이더(1000)는 연직 방향으로 방출한 레이더 신호에 대한 반사도를 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
구름레이더(1000)는 예를 들어, 33.44GHz 주파수 대역의 수평파를 송신하고, 대기 수상체로부터 후방 산란 되어 돌아오는 수평-수직파를 수신함으로써, 수평파를 송신하여 수평파를 수신한 수평-수평파 신호와 수평파를 송신하여 수직파를 수신한 수평-수직파 신호를 획득할 수 있다. 또한, 구름레이더(1000)는 획득한 수평-수평파 및 수평-수직파 신호에 기초하여 비강수 구름, 약한 강수 구름, 약한 강수의 구조, 미세 물리 변수, reflectivity, Doppler velocity, spectrum width, Signal to Noise Ratio(SNR), Linear Depolarization Ratio(LDR)등을 산출할 수 있다.
구름레이더(1000)는 미리 정해진 파장으로 레이더 신호를 송출할 수 있다. 예를 들어 구름레이더(1000)는 케이에이 밴드(Ka-band) 대역의 주파수를 송출할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들어 구름레이더(1000)는 8.97mm의 파장으로 레이더 신호를 송출할 수 있다.
이하에서는 본 발명에서 사용되는 구름레이더(1000)의 요구 성능에 대한 예시를 설명하도록 한다.
구름레이더(1000)는 안테나, 송신기, 수신기 및 신호 처리기를 포함할 수 있다.
구름레이더(1000)는 카세그레인 안테나가 제공될 수 있으며, 구름레이더(1000)의 안테나에 있어서, 이득은 51dB일 수 있다. 구름레이더(1000)의 빔 폭은 0.42°일 수 있으며, 방위각은 0~360°일 수 있다. 또한, 안테나의 고도각 범위는 -2~90°일 수 있으며, 최대 구동 속도는 초당 24°일 수 있다. 구름레이더(1000)의 송신기는 마그네트론 방식으로 신호를 송출할 수 있으며, 수평파를 송출할 수 있다. 송신기의 펄스 폭은 다양하게 제공될 수 있다. 예를 들어 100, 200, 400ns 등의 펄스 폭이 제공될 수 있다. 송신기의 펄스 반복 주기(PRF) 역시 다양하게 제공될 수 있다. 예를 들어 5, 3.3, 2.5, 1.67KHz 등의 다양한 펄스 반복 주기가 제공될 수 있다. 구름레이더(1000)의 수신기는 수평파 및 수직파를 수신할 수 있다. 수신기의 다이나믹레인지는 70bB일 수 있으며, 최소 탐지 신호는 -104dBm 이하일 수 있다. 또한 수신기의 감지 성능은 -30dBZ@5km 미만일 수 있다. 구름레이더(1000)의 신호 처리기는 1000개의 빈(Bin)을 생산할 수 있다. 신호 처리기가 획득하는 신호의 거리 범위는 상공으로 300m~15km일 수 있다. 또한, 신호 처리기는 FFT, PPP 방식으로 신호를 처리할 수 있으며, 반사도, 시선 속도, 스펙트럼 폭, 선형 편광 비, 신호대잡음비, I/Q 신호, 파워 스펙트럼 등의 변수를 산출할 수 있다.
구름레이더(1000)는 다양한 관측 모드가 제공될 수 있다. 예를 들어 특정 고도 및/또는 방위각으로 고정되어 관측한 자료를 시간-고도면 자료로 출력하는 Pointing 모드, 특정 고도각에서 방위각을 360°회전하며 관측하여 레이더를 정점으로 한 역 원추형의 면상에 위치한 에코를 출력하는 PPI(Plan Position Indicator) 모드, 특정 방위각 범위의 PPI를 고도각에 따라 관측하는 sPPI(Sector PPI) 모드, PPI를 고도각에 따라 관측하여 CAPPI, X-Y단면도를 출력하는 VOL(Volumme PPI)모드, 특정 방위각에서 고도각을 회전하며 관측하는 RHI(Range Height Indicator) 모드 및 RHI를 방위각에 따라 관측하는 sRHI(Sector RHI) 모드 등이 제공될 수 있다.
이상에서 설명된 구름레이더(1000)는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐 이에 한정되지 않으며, 이상에서 설명된 성능보다 낮거나 높은 성능의 구름레이더(1000)가 제공될 수 있다.
라디오미터(2000)는 라디오 주파수를 이용한 반사 자료를 획득하여 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
인공위성(3000)는 상공에서 하층을 촬영한 이미지 신호를 획득하여 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
예를 들어 인공위성(3000)은 저고도 인공위성, 고고도 인공위성, 정지 위성, 궤도 위성 등일 수 있다.
인공위성(3000)는 미리 정해진 구역에 대한 영상을 획득할 수 있다. 또한, 인공위선은 상공에서 하층으로 송출한 신호가 반사되어 수신된 신호에 기초하여 인공위성(3000)이 위치한 고도와 구름이 위치한 고도간의 차이에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또한 인공위성(3000)은 획득한 정보를 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
연직강우레이더(4000)는 연직방향으로 레이더 신호를 발신하고, 반사된 신호를 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
연직강우레이더(4000)는 반사된 신호를 수신하여 강우 강도를 산출할 수 있으며, 산출된 강우 강도를 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
운고계(5000)는 광 신호를 발신하고, 반사된 신호를 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
운고계(5000)는 구름의 고도를 산출하여 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다. 예를 들어 운고계(5000)는 구름의 최저 고도, 구름의 최고 고도 등을 산출하여 서버 장치(6000)로 전송할 수 있다.
서버 장치(6000)는 구름레이더(1000), 라디오미터(2000), 인공위성(3000), 연직강우레이더(4000) 및 운고계(5000)로부터 획득한 자료에 기초하여 수함량을 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서버 장치(6000)의 블록도이다.
도 2를 참조하면 서버 장치(6000)는 통신부(6100), 디스플레이부(6200), 저장부(6300) 및 제어부(6400)를 포함할 수 있다.
통신부(6100)는 외부 장치들과 연결될 수 있다.
통신부(6100)는 외부 장치들과 데이터를 송수신할 수 있다.
예를 들어 통신부(6100)는 구름레이더(1000), 라디오미터(2000), 인공위성(3000), 연직강우레이더(4000) 및 운고계(5000) 중 적어도 하나와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다.
디스플레이부(6200)는 정보를 시각적으로 출력할 수 있다.
예를 들어 디스플레이부(6200)는 수함량 산출에 필요한 정보를 출력할 수 있다. 다른 예를 들어 디스플레이부(6200)는 서버 장치(6000)의 동작에 필요한 GUI(graphical user interface)를 출력할 수 있다.
저장부(6300)는 데이터를 저장할 수 있다.
예를 들어 저장부(6300)는 외부 장치로부터 획득한 데이터를 저장할 수 있다. 다른 예를 들어 저장부(6300)는 서버 장치(6000)의 동작에 필요한 프로그램을 미리 저장할 수 있다.
제어부(6400)는 서버 장치(6000)의 동작을 제할 수 있다.
예를 들어 제어부(6400)는 서버 장치(6000)에 포함된 구성들의 동작을 제어할 수 있다. 다른 예를 들어 제어부(6400)는 외부 장치로부터 획득한 데이터에 기초하여 수함량 산출 동작을 수행할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 5를 참조하여 서버 장치(6000)의 수함량 산출 동작에 대해 설명하도록 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관계식 산출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 기반 데이터 및 평균 자료를 획득하는 단계(S100), 구름레이더 자료를 보정하는 단계(S200), 수함량 프로파일을 산출하는 단계(S300), 입자 형태를 판단하는 단계(S400), 입자 형태별 관계식을 산출하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
제어부(6400)는 기반 데이터 및 평균 자료를 획득할 수 있다(S100).
제어부(6400)는 입력된 자료를 이용하여 10분 평균 자료를 생산할 수 있다.
예를 들어 제어부(6400)는 구름레이더(1000)로부터 획득한 10분 주기의 반사도와 선형 편광 비의 연직 프로 파일 중 적어도 하나를 포함하는 구름레이더 자료를 획득할 수 있다. 여기서, 반사도와 선형 편광 비의 연직 프로 파일은15 km 고도까지 15 m의 연직 해상도를 가질 수 있다.
다른 예를 들어 제어부(6400)는 인공위성, 연직강우레이더, 라디오미터, 운고계로부터 10분주기로 생성된 자료를 획득할 수 있다.
제어부(6400)는 구름레이더 자료를 보정할 수 있다(S200).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구름레이더 자료 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 구름레이더 자료 보정 방법은 강우 강도를 판단하는 단계(S205), 선형 편광 비를 비교하는 단계(S210), 반사도 에코를 제거하는 단계(S215), 운정 고도의 평균 차이를 산출하는 단계(S220), 운정 고도의 차이를 산출하는 단계(S225), 평균 강우 강도를 산출하는 단계(S230), 강우 강도와 평균 강우 강도를 비교하는 단계(S235), 반사도 프로파일을 제거하는 단계(S240) 및 보정된 구름레이더 반사도를 산출하는 단계(S250)를 포함할 수 있다.
제어부(6400)는 강우강도를 판단할 수 있다(S205).
제어부(6400)는 강우레이더로부터 획득한 정보에 기초하여 현재 강우 강도를 산출할 수 있으며, 산출된 강우강도와 미리 정해진 강우강도를 비교할 수 있다.
제어부(6400)는 산출된 강우강도가 0이상인 경우에는 신호감쇠영역 제거 알고리즘을 적용할 수 있으며, 산출된 강우강도가 0인 경우에는 비기상 에코 제거 알고리즘을 적용할 수 있다.
제어부(6400)는 선형 편광 비를 비교할 수 있다(S210).
제어부(6400)는 5km 고도 이하의 구름레이더 선형편광비가 -15 dB 미만인 경우는 기상에코로 판별하고, 이상인 경우에는 비기상 에코로 판별할 수 있다.
제어부(6400)는 반사도 에코를 제거할 수 있다(S215).
제어부(6400)는 비기상 에코로 판별되었을 경우에는 구름레이더 반사도 자료에서 해당 에코를 제거할 수 있다.
제어부(6400)는 운정 고도 평균 차이를 산출할 수 있다(S220).
제어부(6400)는 기상 에코로 판단된 자료로부터 비기상 에코가 제거 알고리즘에서 사용하기 위하여 인공 위성과 구름레이더로 관측된 운정 고도의 평균 차이 값(DIFFmean)을 산출할 수 있다.
제어부(6400)는 운정 고도의 차이를 산출할 수 있다(S225).
제어부(6400)는 강수가 있을 경우에서의 인공 위성과 구름레이더로 관측된 운정 고도의 차이(DIFF = 인공위성 운정 고도 - 구름레이더 운정 고도)를 산출할 수 있다.
제어부(6400)는 평균 강우강도를 산출할 수 있다(S230).
제어부(6400)는 DIFF 값을 비기상 에코 제거 알고리즘에서 산출된 DIFFmean와 비교한 뒤, DIFF가 큰 경우에는 감쇠가 발생한 것으로 판단하여, 이때의 연직강우레이더 평균 강우강도(RRmean)를 산출할 수 있다.
제어부(6400)는 강우 강도와 평균 강우 강도를 비교할 수 있다(S235).
제어부(6400)는 반사도 프로파일을 제거할 수 있다(S240).
제어부(6400)는 연직강우레이더의 강우강도가 RRmean보다 클 경우에는 감쇠 영역으로 판별하여, 해당 시간대의 구름레이더 반사도 프로파일을 제거할 수 있다.
제어부(6400)는 보정된 구름레이더 반사도를 획득할 수 있다(S250).
다시 도 3을 참조하면, 제어부(6400)는 수함량 프로파일을 산출할 수 있다(S300).
제어부(6400)는 구름레이더 자료에 포함된 반사도, 산출된 수함량, 연직강우레이더로부터 획득한 강우강도, 운고계로부터 획득한 운저 고도에 기초하여 수함량 프로파일을 산출할 수 있다.
제어부(6400)는 연직 적분된 수함량(LWP)에 기초하여 수함량 연직 프로파일을 산출할 수 있다. 예를 들어 제어부(6400)는 연직 적분된 수함량을 연직 격자에 따라 나누어 연직 프로파일을 산출할 수 있다.
식 1
Figure pat00004
식 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수함량 프로파일을 나타내는 수식이다.
여기서, Z는 구름레이더 연직 반사도로 mm6m-3 단위로 나타낸다. Zi는 i번째 레인지 게이트(range gate)에서의 반사도 값을 의미한다. n은 레이더의 총 레인지 게이트 개수, 즉 빈 개수(bin numbers)를 의미하며, Δh는 레인지 게이트의 길이로, 예를 들어 구름레이더에서는 n=1000, Δh=15 m의 값을 가질 수 있다. 라디오미터 LWP의 단위는 mm이다. 상기의 식을 이용하면, 결과적으로 15 km 고도까지의 15 m 해상도를 가지는 10분 간격의 수함량(단위: g m-3)을 산출할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제어부(6400)는 입자 형태를 판단할 수 있다(S400).
제어부(6400)는 보정된 구름레이더 반사도 및 산출된 수함량 프로파일의 입자형태를 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자형태 판단 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 강우강도를 비교하는 단계(S410), 비강수 구름으로 판단하는 단계(S420), 구름레이더 에코와 운저 고도를 비교하는 단계(S430), 강수구름으로 판단하는 단계(S450) 및 강수입자로 판단하는 단계(S440)을 포함할 수 있다.
제어부(6400)는 강우강도를 비교할 수 있다(S410).
제어부(6400)는 연직강우레이더의 강우강도가 0을 초과하였는지 여부를 판단할 수 있다.
제어부(6400)는 비강수 구름으로 판단할 수 있다(S420).
제어부(6400)는 연직강우레이더의 강우강도가 0인 경우, 보정된 구름레이더 반사도와 산출된 수함량 프로파일을 비강수 구름에 대한 구름레이더 반사도 및 수함량 프로파일로 판단할 수 있다.
제어부(6400)는 구름레이더 에코와 운저 고도를 비교할 수 있다(S430).
제어부(6400)는 연직강우레이더의 강우강도가 0을 초과한 경우, 구름레이더 에코와 운저 고도를 비교할 수 있다.
제어부(6400)는 강수구름으로 판단할 수 있다(S450).
제어부(6400)는 구름레이더 에코의 발생 고도가 운고계 운저 고도 이상인 경우 강수 구름으로 판단할 수 있다.
제어부(6400)는 강수입자로 판단할 수 있다(S440).
제어부(6400)는 구름레이더 에코의 발생 고도가 운고계 운저 고도 미만인 경우 강수 입자로 판단할 수 있다.
다시 도3을 참조하면, 제어부(6400)는 입자 형태별 관계식을 산출할 수 있다(S500).
제어부(6400)는 분류된 구름레이더 반사도 에코와 산출된 수함량에 따라 각기 다른 Z-LWC 관계식을 도출할 수 있다. 반사도(단위: mm6 m-3)와 수함량(단위: g m-3)의 관계를 최소제곱법을 이용하여 식 2와 같은 멱지수 형태의 관계식으로 도출할 수 있다.
식 2
Figure pat00005
여기서, Z는 반사도, LWC는 수함량일 수 있다. 또한, 여기서, a와 b는 최소제곱법을 통해 산출된 상수이다.
식 3
Figure pat00006
식 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관계식의 예제이다.
식 3-(1)은 비강수 구름에 대한 관계식이고, 식 3-(2)는 강수구름에 대한 관계식이며, 식3-(3)은 강수입자에 대한 관계식이다.
식 3에 도시된 바와 같이 제어부(6400)는 입자 형태별로 관계식을 획득할 수 있으며, 수함량의 산출을 위하여 획득한 관계식을 저장부(6300)에 미리 저장할 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하여 앞서 설명한 관계식을 이용한 수함량 측정 방법에 대하여 설명하도록 한다.
수함량 측정 방법에 있어서, 기반 데이터 및 평균 자료를 획득하는 단계(S100)와 구름레이더 자료를 보정하는 단계(S200) 및 입자 형태를 판단하는 단계(S300)는 앞서 설명한 관계식 획득 방법과 동일하다. 따라서, 이하에서는 관계식 획득 방법과 동일한 구성 및 단계에 대해서는 그 설명을 생략하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수함량 산출 방법의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 수함량 산출 방법은 기반 데이터 및 평균 자료를 획득하는 단계(S100), 구름레이더 자료를 보정하는 단계(S200), 입자 형태를 판단하는 단계(S300) 및 수함량을 산출하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.
제어부(6400)는 기반 데이터 및 평균 자료를 획득할 수 있다(S100).
제어부(6400)는 구름레이더 자료를 보정할 수 있다(S200).
제어부(6400)는 입자 형태를 판단할 수 있다(S300).
제어부(6400)는 수함량을 산출할 수 있다(S600).
제어부(6400)는 입자 형태 별로 미리 산출된 관계식에 기초하여 수함량을 산출할 수 있다
식4)
Figure pat00007
(1)
Figure pat00008
Figure pat00009
(2)
Figure pat00010
Figure pat00011
(3)
Figure pat00012
Figure pat00013
식 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수함량과 반사도의 관계식이다.
식 4는 앞서 설명한 Z-LWC 관계식을 LWC에 대한 관계식으로 변형한 수식일 수 있다. 식 4-(1)은 비강수 구름에 대한 관계식이고, 4 3-(2)는 강수구름에 대한 관계식이며, 식4-(3)은 강수입자에 대한 관계식이다.
제어부(6400)는 보정된 구름레이더 자료에서 판단된 입자 형태별로 해당하는 관계식을 대입하여 수함량을 산출할 수 있다.
제어부(6400)는 산출된 수함량 디스플레이부(6200)를 통하여 출력할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
10000 수함량 산출 시스템 1000 구름레이더
2000 라디오미터 3000 인공위성
4000 연직강우레이더 5000 운고계
6000 서버 장치 6100 통신부
6200 디스플레이부 6300 저장부
6400 제어부

Claims (9)

  1. 구름레이더의 자료에 기초하여 구름의 입자 별 수함량 산출을 위한 관계식을 산출하는 방법으로,
    구름레이더 자료를 보정하는 단계;
    보정된 구름레이더 자료로부터 반사도를 산출하는 단계;
    산출된 반사도 및 라디오미터로부터 획득한 연직 적분된 수함량(LWP)에 기초하여 수함량 프로파일을 산출하는 단계;
    상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계;
    상기 입자 형태 별 Z-LWC 관계식을 산출하는 단계;를 포함하는
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구름레이더 자료를 보정하는 단계는
    입력자료를 획득하는 단계-상기 입력 자료는 구름레이더 및 라디오미터로부터 획득한 자료임-;
    연직강우레이더로부터 획득한 강우강도 정보에 기초하여 상기 입력자료를 획득한 영역에 대한 강우 강도가 미리 정해진 임계치 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 강우 강도가 미리 정해진 임계치 이상인 경우, 신호 감쇠 영역 제거 알고리즘을 수행하여 반사도를 산출하고, 상기 강우 강도가 미리 정해진 임계치 미만인 경우, 비기상 에코 제거 알고리즘을 수행하여 반사도를 산출하는 단계;를 포함하는
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 수함량 프로파일을 산출하는 단계는 상기 연직 적분된 수함량을 연직 격자에 따라 나누는 식1을 이용하여 상기 수함량 프로파일을 산출되는 단계인
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법.
    식 1
    Figure pat00014

    (여기서, z는 구름레이더 연직 반사도이고, Zi는 i번째 레인지 게이트에서의 반사도 값이고, n은 레이더의 총 레인지 게이트 개수이고, Δh는 레인지 게이트의 길이 값임.)
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계는
    강우 강도가 미리 정해진 임계값 이상인 경우 비강수 구름으로 판단하고, 상기 강우 강도가 미리 정해진 임계값 이하이고, 구름레이더 에코가 운저 고도 이상인 경우, 강수 구름으로 판단하고, 상기 강우 강도가 미리 정해진 임계값 이하이고, 구름레이더 에코가 운저 고도 이하인 경우, 강수 구름으로 판단하는,
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 Z-LCW 관계식은 반사도와 수함량의 관계를 최소제곱법을 이용하여 멱지수 형태의 관계식으로 획득한 하기 식 2로 표현되는
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 관계식 산출 방법.
    식2
    Figure pat00015

    (여기서, Z는 반사도이고, LWC는 수함량이고, a 및 b는 최소제곱법을 통하여 산출된 상수임.)
  6. 구름레이더의 자료와 미리 산출된 구름 입자별 관계식을 이용하여 수함량을에 산출하는 방법으로,
    구름레이더 자료를 보정하는 단계;
    보정된 구름레이더 자료로부터 반사도를 산출하는 단계;
    상기 반사도 및 상기 수함량의 입자 형태를 판단하는 단계;
    상기 입자 형태에 따라 미리 정해진 Z-LWC 관계식을 적용하여 수함량을 산출하는 단계;를 포함하는
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 산출 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 입자 형태는 비강수 구름, 강수 구름 및 강수 입자 중 적어도 하나인
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 산출 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 수함량을 산출하는 단계는 미리 저장된 상기 비강수 구름에 대한 Z-LWC 관계식, 상기 강수 구름에 대한 Z-LWC 관계식 및 상기 강수 입자에 대한 Z-LWC 관계식 중 상기 입자 형태를 판단하는 단계에 판단된 입자 형태에 대응되는 관계식을 적용하여 상기 수함량을 산출하는 단계인
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 산출 방법.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 Z-LCW 관계식은 하기 식 3으로 표현되는
    구름레이더를 이용한 구름 입자 별 수함량 산출 방법.
    식3
    Figure pat00016

    (여기서, Z는 반사도이고, LWC는 수함량이고, a 및 b는 최소제곱법을 통하여 산출된 상수임.)
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