강수예측 기술 개선 현황

홍수통제소에서는 여러 가지 기상 예측자료를 수집하고 이를 홍수예보에 직접 활 용할 수 있도록 한다. 많은 기상예보모델의 결과를 수집하고 이에 대한 활용을 적 재적소로 하기 위해서는 좀 더 많은 노력이 필요할 것이다. 하지만, 시급을 다툴 수 밖에 없는 현장에서는 어떤 자료를 선택할지에 대한 고민을 최소화하는 것이 절실 하고, 이에 대한 판단 경험은 기상예보의 주관부처인 기상청에서 제공하는 공신력 있는 통보문에 의존할 수밖에 없다. 홍수통제뿐만 아니라, 홍수정보를 제공하는 데에도 여러 가지 정보를 수집하게 되지만, 정보들에 대한 신뢰도도 개개인별로 다 르게 판단할 수 있다. 이런 고민의 시간을 줄일 수 있도록 여러 가지 자료를 선택하 는 것보다 하나의 최적화된 자료를 활용하는 것이 필요하다. 실제 내리고 있는 비

홍수예보 개선에 강우레이더 기반 초단기 강수예측과 수치예보 강수자료 병합 결과 활용

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활용하는 것이다.

가. 강우레이더 기반 초단기 강수예측

국내외를 막론하고 강우레이더 활용에 기대가 높은 분야는 지상관측이 어려운 미 계측지역을 포함하여 원하는 지역의 고해상도 강수량과 대상지역에 내리게 될 강 수예측자료이다. 하천의 홍수예보를 위해서는 홍수 선행시간 확보가 중요하다. 홍 수예보를 보다 빠르고 신속하게 제공하기 위해서 가장 중요한 입력자료는 강수예 측자료이다. 홍수예보를 위한 강수예측자료는 3시간까지의 정확도 높은 자료인데, 3시간 이후에도 강수예측성을 최대한 유지할 수 있는 자료가 필요하다. 한강홍수 통제소는 강우레이더 기반 초단기 강수예측모형의 현업화를 추진하고 있다. 이 모 형은 현재 관측한 강우레이더 합성장을 활용하여 변분에코추적 기법으로 최적의 이동벡터를 산출하고 Semi-Lagrangian 방법으로 매 10분마다 초단기예측강수 (0∼6시간)자료를 생산한다.

홍수통제소는 ‘04년부터 기상청 기상레이더를 기반으로 하는 MAPLE 수행결과 를 실시간으로 수집하여 레이더 기반 초단기 강수예측자료로 활용했다. 그 이후 강 우레이더를 활용한 강수예측을 수행하기 위하여 기상청 기상연구소(현 국립기상 과학원)에서 기술을 이전받아 비슬산강우레이더와 소백산강우레이더 합성장을 대 상으로 시험 적용하였다. 현재 개선 중인 강우레이더 초단기 강수예측의 초기버전 은 ’차세대 홍수방어 기술 개발 연구단‘에서 개발된 기술을 이전받아 ’14년 전국을 대상으로 반영하였고, 강우레이더 통합운영시스템(‘15)에 탑재되어 현재까지 운영 되고 있다.

한편, 예봉산 강우레이더가 ’19년에 구축됨으로써 전국 강우레이더 관측망 구축 이 완료되었다. 현재는 현업 운영을 위한 ‘강우레이더 초단기 강수예측 기법 개선 (’19∼‘22)을 통하여 현업에서 활용할 수 있도록 초기장 개선, 대상영역 확대, 예측 기법 개선 등을 진행하고 있다. 올해는 1차년도로 기존 강우레이더 관측장만으로 는 바다로부터 유입되는 강수장 예측에 어려움이 있어, 기상청 기상레이더 합성장

미계측 지역 관측,

고해상도 예측 위해 강우레이더 활용

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정 책 초 점

을 융합하여 강수 예측에 활용하고자 CDF(Cumulative Density Function) 매칭 기법을 이용하여 기상레이더와 강우레이더의 추정강수장의 불연속을 완화하고자 하였다. [그림 4]는 2019년 10월 2일 15시 기상레이더 합성강수와 RZ, RKDP 및 실시간 보정(ADJ)과정을 거친 강우레이더 합성강수, 그리고 452개의 기상청 AWS 를 활용하여 검증한 결과이다. 두 기관 합

성강수량의 정량평가를 바탕으로 두 개 의 강수장을 융합시 환경부 합성강수를 기준 강수으로 정의하고 불연속 완화를 위해 기상청 합성강수를 CDF 매칭 기법 으로 보정하였다[그림5]. ’21~‘22년에 걸 쳐 기상-강우레이더 융합강수를 생성하 고 이를 이용한 강우레이더 기반 초단기 강수예측장을 개선하여 홍수예보에 활 용할 예정이다.

나. 예측강수 병합 및 개선

앞서 설명한 강우레이더 기반 초단기 강수예측은 유효한 정확도를 만족시켜야 하기 때문에, 길어야 3시간 이내의 자료를 활용할 수 있다. 홍수예보를 위한 강수예 측자료는 3시간까지는 좀 더 정확도 높은 자료를 사용하고, 3시간 이후에도 강수

[그림 4] (좌)기상레이더 (우)강우레이더 합성장에 따른 상관분포

[그림 5] 기상청 및 환경부 레이더를 활용한 융합강수 산출기술 개선 현황

(a) 환경부(CDF매칭 적용 전) (b) 기상청(CDF매칭 적용 전)

'22년까지 기상-강우레이더 융합 강수자료 생성

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델자료를 공동활용하고 기법별 장단점을 고려하여 최적의 강수예측자료를 만들 고자 하였다. 국외에서도 6시간의 강수예측을 위하여 외삽된 레이더 예측자료와 수치예보자료를 상호보완하여 개선하는 병합 기법을 많이 활용하고 있다. 이는 WMO(2017)에서 정의한 실황예보(Nowcasting) 중 하나인 병합(Blending)으로 정의할 수 있다.

’17년에는 가용한 수치모델 및 레이더 관측자료를 검토·평가하고 ‘18∼’19년 예 측강수 병합 및 재산정 기법을 개발하였고, ‘20년 8월부터 ’강수예측자료 제공시스 템‘에서 시험적으로 내부운영 중에 있으며, ’21년부터 홍수예보 현업에서 활용될 예 정이다. 본 기법은 외삽된 관측자료와 예측자료 간의 가중치를 통해 수행되며, 예측 초기에는 강우레이더 초단기예측자료를 사용하고 선행시간에 따라 가중치를 감소

시켜 6시간에서는 수치예보 모델(VDAPS)의 가중치가 1 이 되도록 구성하였다. [그림 6]은 섬진강댐 유역을 대상 으로 실제 강우레이더에서 관측한 강수량과 병합, 강 우레이더 기반 예측, 수치예 보 자료별 0∼4시간의 예측 강수를 나타낸 것으로 가중 치는 sigmoid함수를 사용 하였다. 기존 강우레이더 기 반 예측에 비해 병합으로 재 생산된 예측강수가 홍수예 보에 더 예측 정확도가 높아 홍수예보 활용에 도움을 주 는 것을 확인할 수 있다.

[그림 6] 예측강수 병합 개념 및 기법별 섬진강댐 유역 예측강수(+4시간) 비교

[그림 7] 6시간에 대한 예측강수 적용 결과(서울시 중랑교, 2019. 7. 26. 08시 기준)

(a) 예측강수 병합 개념도

'21년부터 강수예측 자료 제공시스템을 현업 활용 예정

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정 책 초 점

‘19년 7월 26일 서울 중량교 지점을 대상으로 지상관측 강수와 재생산된 예측강 수, 삼각형 분포의 예측강수를 이용하여 계산된 홍수위는 [그림 7]과 같다. 예측시 간이 길어질수록 예측정확도가 낮아지는 형태로 보이나 [그림 6]에서 보는 바와 같 이 강우레이더 기반 초단기 예측에 비해 정량적인 강수, 지속시간, 분포 등을 확보 해 활용도가 높을 것으로 기대된다. 시간에 따라예측 정확도가 낮아지는 경향이 있으나, 단순외삽의 단점을 보완하여 3시간 이후의 강수 예측성을 유지하기 위한 개선책이 될 수 있다.