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[강수량] 레이더 유량계 관측

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레이더 우량계에 의한 관측

레이더 우량계는 레이더의 안테나에서 발사된 전파가 공중에 있는 우적에 반사되어 돌아올 때까지의 반사전파의 강도와 시간을 구해 강수량 강도를 측정하는 시설이다. 레이더의 범위는 안테나 광선(beam), 출력, 수신감도 등 레이더의 특성에 따라 달라지며 보통 40~200km가 널리 사용되고 있다.레이더 우량계에 의해서 얻어지는 반사파 정보는 대기에서의 것이고 강수입자 이외의 반사정보도 포함하고 있을 수 있기 때문에, 지상에서의 우량계의 관측치와 반드시 1대1에 대응하는 것은 아니다. 따라서 지상우량계에 의한 관측치의 보완으로서 이용하는 경우에는 그 특성을 충분히 고려하여야 할 것이다.


구성

레이더 우량계 시스템은 레돔, 안테나, 안테나 제어장치, 송수신장치, 신호처리장치, 지시장치 등으로 구성되며, 통상적으로 대지에서의 반사를 피해서 넓은 범위를 관측하기 위하여 레이더 안테나와 송수신부를 산 정상에 설치하고(레이더 기지국), 데이터처리를 하는 해석처리국을 시가지에 설치하여 그 사이의 데이터 전송을 다중무선통신으로 하는 방법이 취해지고 있다.

특징

레이더를 이용한 우량관측의 가장 큰 장점은 공간적·시간적으로 높은 고해상도로 넓은 면적을 관측할 수 있다는 점이다. 또한 5분 간격으로 1km2 면적의 좁은 지역까지도 강수량 관측이 가능하며, 유효거리는 대략 200km이며, 한 개의 레이더는 10,000km2의 범위에 적용할 수 있다. 레이더에 의한 우량관측은 점관측에서 얻어지지 않는 강우역의 넓어지는 현상이나 이동 방향 및 속도를 실시간으로 파악할 수 있다는 특징을 가지고 있기 때문에 홍수예보나 댐 관리에 유효한 정보를 제공하며, 공간적인 우역분포를 모니터링할 수 있다.반사요소(Z)로부터 강우강도(R)를 구하는 레이더 방정식은 다음과 같다.

(1-1)

여기서 , 는 관측치로부터 통계적으로 얻어지는 상수이다. 레이더에 의한 강수량 관측에 영향을 미치는 요소로는 강우형태, 광선 폭, 광선 굴절 등이 있다.

  • 반사전파는 우적의 크기에 영향을 받는다. 따라서 우박의 경우에는 강우강도가 더 크게 나오고, 눈의 경우에는 반사전파가 적다. 또한, 레이더 광선 중에 있던 강우입자가 지상으로 낙하하기 전까지 성장하거나 감소하는 경우도 발생할 수 있다.
  • 레이더 광선의 폭은 수km 이므로 광선 폭 안의 레이더 반사전파의 변동은 현저히 나타날 수 있으므로, 어떠한 점에서의 반사보다는 광선 폭 내의 평균반사를 구하게 되는데, 그 값이 지상우량계의 점우량과 차이를 보일 수 있다. 그러나, 레이더에 의해 표시된 강수량의 면적별 동향은 지상의 강수량 관측망에 의해 측정된 것보다 훨씬 더 실제 현상을 반영한다.
  • 레이더 광선의 전파는 자체적으로 굴절하는 성질을 가지고 있어 80~120km 떨어진 곳에서 관측시에는 지면쪽 또는 위쪽으로 휘어진 부분의 우량을 포착할 수 있다.

장비 구성

장비의 구성은 전원부, 발신부, 안테나, 수신부, 처리연산부 등으로 구분 한다.

  • 전원부
    전원은 설치위치가 산 정상이기 때문에 송전조건이 나쁘므로 일반 상용전원 이외에 무정전장치를 설치해야 한다.
  • 발신부
    일반레이더는 발신전파 조건이 까다롭지 않으나, 레이더 우량계에서는 반사전파의 강도에서 강우강도를 구하기 때문에 안정된 전파가 발사되는 것이 필요하다.
  • 안테나
    산 정상에 설치된 철탑이나 건물의 옥상에 돔을 설치하여 그 속에 장치한다. 부근에 산봉우리나 철탑 등이 존재하면 관측불능구역이 되므로 장애물이 없는 높은 지역에 설치되어야 한다.
  • 수신부
    수신안테나는 발신용과 겸용이며, 절환장치에 의하여 안테나에 들어온 반사전파가 수신부에 보내진다.
  • 처리연산부
    전력을 강수량 강도로 환산하여 평균을 하게 되는데, 이는 1초 동안 400~600회 측정되어진 자료를 매회 반사파에 의한 장애를 고려하여 평균하는 것이다. 

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