윈드프로파일러관측자료를이용한 강수시스템의미세물리연구 ·...
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김 동 균국립기상연구소 예보연구과
윈드프로파일러 관측자료를 이용한강수시스템의 미세물리 연구
§ 연직지향 도플러 레이더§ 사용주파수: 1.290 GHz (파장: 23 cm)§ 안테나 : active phased array antenna / 빔폭 : 5o
§ 연직해상도 : 100 m / 시간해상도 : 1분§ 최대관측고도 : 9~10 km
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1290-MHz 윈드프로파일러
■ 5개(연직 하나, 비연직 네개)의 빔으로 부터 각각의
시선속도 관측
■ 삼각함수 연산을 통해 바람의 동서 및 남북성분 계산 à 풍향, 풍속
■ 1290-MHz 주파수대에서 브래그 산란보다레일리 산란으로부터 더 큰 에코를 수신함
■ 각각의 고도에서 신호처리과정을 통해 도플러 스펙트럼을 생산하고 동시에 à 신호대잡음비(SNR) , 도플러연직속도(Doppler velocity), 스펙트럼 폭(spectral width)을 계산함
■ 이 연구에서는 연직빔에서 관측된 스펙트라를강우변수 산출에 사용
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기본 관측원리
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6월 26일 윈드프로파일러 관측결과(분석시간 06-11 LST)
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(0730 LST)
보성 관측센터
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세 모멘트의시간-고도면
(1) 약한 밝은띠- 융해층 아래 약한 하강기류à 작은 입자들 분포
(2) 부서진 밝은띠- 약한 상승기류와 큰 스펙트럼폭이 관측됨à 난류성 기류
(3) 강한 밝은띠- 융해층아래 강한 하강기류à 상대적으로 많은 큰 입자 분포
지표강수율
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강우입자 크기분포의 연직 변화
2 3
2 31
Mass-weighted mean diameter (Dm)
시간2에서 질량가중 평균직경(Dm)은 고도가 감소함에 따라 증가-충돌병합에 의한 성장-상승기류에 의한 과소추정
시간3에서 Dm은 고도가 감소하면서 천천히 감소-입자 breakup 또는 증발-하강기류에 의한 과대추정
2 31
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강우입자 크기분포의 시간변화(4 km 고도)
Mass-weighted mean diameter (Dm)
상승기류가 있었던 시간2에서작은 질량가중입자직경(Dm)을나타냄 à 작은 rimed 입자들이녹으면서 작은 물방울들 형성
시간3에서 큰 Dm을 보였고 이는큰입자들이 상대적으로 더 많이분포함을 의미à 융해층 바로 위에서 큰 aggregated snowflakes들이 녹으면서 큰 물방울들 형성
Dm 값은 대체로 연직상승속도와반비례함을 보였음. 연직바람속도(m/s)
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관측된 도플러 스펙트럼으로부터강우변수의 산출
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Z, R, Dm, w 의 시간-고도면 (1-4 km)
비가 많이 내렸던 시간2에서 R은 Z와 대체로 비례 그러나 Dm과는 반비례.
Dm은 연직상승속도와 반비례하
는 경향을 보임.
연직상승/하강속도(w) 는w = W – Vf (Vf=3.5Z0.084, Ulbrich and Chilson 1994) 식을
사용하여 유도하였음.
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연직바람속도의 시간-고도면
§ 연직바람속도를 세 구간으로 나눔상승기류 : w > 0.5 ms-1
중립(near-neutral) : -0.5 ms-1 < w < 0.5 ms-1
하강기류: w < -0.5 ms-1
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Rad
ar re
flect
ivity
fact
or (m
m6
m-3
)
§ 주어진 강수율에 대해, 하강기류가 있는 지역에서 높은 반사도를 나타내었음. 이는 상대적으로 큰 물방울이 많이 존재함을 의미. § 비가 많이 내렸던 시간2에서는 반사도와 연직바람속도 사이에 약한 비례관계를 보임 à 강수증가 요인으로 생각됨
반사도 vs. 연직바람속도반사도 vs. 강수율
상승기류중립하강기류
시간2
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§ 상승기류 지역에서 강수율과 Dm 사이에 대체적으로 비례관계를 보임.§ 검정실선은 Tokay and Short (1996) 연구에서 대류형과 층운형을 구분하기
위해 쓰였던 강수율과 N0 사이의 비례식임.
강수율 vs. Dm
강수율 vs. N0
large drop spectra
small drop spectra
상승기류중립하강기류
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§ N0 과 Dm 사이에 반비례 관계가 뚜렷이 보이고 높은 N0 과 작은 Dm 이
상승기류가 있는 지역에서 나타남.§ 상승기류 지역에서 N0 값의 구간이 하강기류 지역에서 보다 더 넓게 분포함.
N0 vs. Dm
상승기류중립하강기류
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요약
§ 비가 많이 내렸던 시간2에서 융해층 아래 최대 3~4 m/s의 상승기류가관측 되었음. 같은 시간에 레이더 반사도와 연직상승속도 사이에 약한비례를 보여 상승기류가 지표강수율 증가에 영향을 미친 것으로 생각됨.
§ 연직바람속도를 세 구간으로 나누고, 산출된 강우변수들과의 관계를분석한 결과 강우변수들 모두 연직바람속도와 밀접한 관련성이 있음을나타내었음.
§ 상승기류: 낮은 Z, 높은 N0, 낮은 Dmà 작은입자 스펙트라(small drop spectra)
§ 하강기류: 높은 Z, 낮은 N0, 높은 Dmà 큰입자 스펙트라(large drop spectra)
윈드프로파일러 자료의 활용
1) Polarimetric radar와 상호보완적인 도구로 사용(윈드프로파일러 site 방향으로 RHI scan 실행)
§ 스톰의 연직구조 분석(대류형, 층운형)§ Hydrometeors (ices, mixed-phase particles, raindrops)의 특성 분석§ 융해층 근처의 미세물리 분석
2) Scanning radars(S, C-band)와 윈드프로파일러에서산출된 지표강수율의 비교(동일지점) 및 보정
§ Z-R relations 분석
915-MHz wind profiler S-band polarimetric radar
From Teshiba et al. (2009)
ZDR
ρhv
ZhZ
W
SW
Freezing level
층운형 지역의 연직구조 (예시)
From Teshiba et al. (2009)
mixed-phase particles
rain
ice
