2) 이상전파에코의 일반적인 특징
3.2.1 레이더 반사도(Z)와 강우강도(R) .1 레이더 반사도(Z)
이 절에서는 레이더를 이용한 강수 추정의 기초에 대해서 설명한다. 상세 목표는 다음과 같다.
- 반사도(Z)와 강우강도(R)의 우적크기분포에 대한 의존성과 R과 Z관계의 한계를 파악하고자 한다.
- 레이더를 이용한 강우량추정과 관련된 10가지 잠재적인 오차들을 파악 한다.
반사도(Z)는 돌아오는 파워로 추정하지만 우적크기분포를 알고 있다면 직 접 계산할 수 있다. 반사도는 식(3.20)과 같이 우적크기분포에 의존적이다.
(3.21)
여기에서, Z[mm6m-3]는 반사도 인자, D[mm]는 우적직경,
N(D)[m-3mm-1]는 단위부피(1m3)내의 주어진 우적크기 간격에 대한 우적 의 개수를 나타낸다. 식에 의하며 Z는 우적크기분포의 6번째 적률, 즉 우적 직경의 6승에 의존한다.
3.2.1 레이더 반사도(Z)와 강우강도(R)
원격탐사 원격탐사 -Z = 1458mm6m-3이다.
Z (mm6/m3)값의 범위는 매우 크게 나타나기 때문에 선형 값(mm6/m3) Z는 현업에서 거의 사용하지 않는다. 대신 다음의 식을 이용하여 dBZ로 전환하 여 사용한다.
(3.22)
따라서 위 예시에서 dBZ값은 와 같이 나타
낸다.
1mm 강수입자 729개와 3mm 강수입자 1개의 반사도 기여도는 동일하다.
이것은 Z값의 강수입자 직경의 6승에 대한 의존성을 잘 나타낸다. 강수입 자 직경의 작은 변화는 매우 큰 값의 반사도를 변화하게 한다.
3.2.1.3 Z를 dBZ로 변환
레이더는 수신되는 파워만을 측정한다. 수신된 파워와 Probert-Jones 레 이더 방정식을 이용하여 반사도 Z를 추정한다. 다른 우적크기 분포들이 동 일한 Z 값을 나타낼 수 있기 때문에 문제가 발생하고, 이것은 강우량 추정 의 정확도에 영향을 미친다.
3.2.1.4 Z추정
≈ ≈
≈
×
×
∙
∙
≈ ≈
≈
×
×
∙
∙
≈ ≈
≈
×
×
N(D) = 600dropsm-3, D = 1mm, Vf= 4ms-1일 때, 위식을 이용하여 강우 강도 R을 계산하면 아래와 같다.
단위를 mmhr-1 로 전환하면,
강우강도(R)은 Z와는 다른 형태로 우적크기분포에 의존한다. R은 강수입 자의 직경에 따른 낙하속도(Vf)에 의존적이며 관계식은 식(3.22)과 같다.
(3.23)
여기에서, R[mmhr-1]은 강우강도, D[mm]는 강수입자의 직경,
N(D)[m-3mm-1]는 단위부피(1m3)내의 주어진 우적크기 간격에 대한 우적 의 개수, Vf(D)[ms-1]는 직경에 따른 낙하속도를 나타낸다. R은 우적직경 의 3승과 입자의 낙하속도에 비례한다.
3.2.1.5 강우강도(R)
3.2.1.6 R 계산의 예
[그림 3.53] R계산 예시
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∙
≈ ≈
≈
×
×
∙
∙
≈ ≈
×
원격탐사 원격탐사
-그림에서 첫 번째 부피 안에는 낙하속도 4ms-1, 직경 1mm의 강수입자가 729개 존재한다. 반사도 계산 결과에 의하면 Z1= 729 mm6m-3 이고 이것 을 dBZ로 변환하면 29dBZ가 된다.
첫 번째 부피의 강우강도(R1)는 5.59mmhr-1이다. 두 번째 부피는 낙하속 도 7ms-1을 가지는 직경 3mm의 강수입자 하나가 존재한다. 반사도는 Z2
= 729 mm6m-3 이며 29dBZ로 앞의 결과와 동일하다. 그러나 강우강도(R2) 는 0.25mmhr-1이다.
Z는 동일하지만 강우강도(R)은 두 관측부피에서 크게 다르게 나타난다.
[그림 3.54] 같은 반사도, 다른 강우강도 예시
반사도는 같지만 강우강도가 다른 아래 두 부피를 살펴보자.
3.2.1.7 같은 반사도, 다른 강우강도 사례
반대로, 두 부피은 동일한 강우강도지만, 반사도가 다르게 나타날 수도 있 다.
다음의 그림에서 첫 번째 부피는 낙하속도가 4ms-1인 직경 1mm의 강수입 자가 600개를 포함하고 있다.
R1= 4.57mmhr-1이고 Z1= 600mm6m-3 (28dBZ) 이다. 두 번째 부피는 낙 하속도가 6ms-1인 직경 2mm 강수입자가 50개이다. R2 = 4.57mmhr-1이 고 Z2 = 3200mm6m-3 (35dBZ)이다. 이는 두 번째 부피가 첫 번째 부피보 다 5배나 높은 반사도 값을 나타낸다.
3.2.1.8 같은 강우강도, 다른 반사도 사례
원격탐사 원격탐사
-[그림 3.55] 같은 강우강도, 다른 반사도 사례
Z는 강수입자직경의 6승에 비례하고, R은 직경의 3승에 비례한다. 하나의 Z값에 따라 여러 가지 R값이 존재하기 때문에 Z-R 관계식은 단 하나의 식 으로 표현되지 않는다. 유사하게 하나의 R값에 대하여 여러 가지 Z값이 존 재한다.
3.2.1.9 유일하지 않은 Z-R 관계식
거리빈에서 반사되어 돌아오는 파워의 평균을 계산하고 레이더 방적식을 사용하여 이 값에서 반사도를 계산한다. R은 관측된 Z로부터 Z-R관계식을 통하여 구한다.
강우의 종류에 따라 다르게 사용할 수 있는 여러 개의 Z-R관계식이 있다.
Z-R관계식에 매개변수를 바꾸어 필요로 하는 다른 Z-R관계식을 사용할 수 있다. 어떤 Z-R관계식을 선택하여도 액체강수율(강우율)을 평가한다.
3.2.1.10 Z-R 관계식
대류성 강수에는 2개의 Z-R 관계식을 사용할 수 있다. 첫 번째는 여름철 심층 대류뿐만 아니라 일반적인 비열대성대류를 위한 것이다. 이 관계식은 다음과 같다.
(3.24)
두 번째 대류성강수의 식은 직경이 작은 입자들을 많이 포함하고 있는 열 대와 아열대 사상에 대한 것이다. 이 관계식은 다음과 같다.
(3.25)