초단기 홍수예보를 위한 주요자료로서 최근 기상레이더의 중요성이 크게 부각되고 있다. 기상레이더는 넓은 지역에 걸쳐 실시간으로 강우현상 감시가 가능하며 지상우량계로는 파악이 불가능한 미계측유역을 통과하는 강우장의 이동 및 변화 파악이 가능한 장점이 있다. 본 연구는 강우장의 공간적 분포와 레이더 강우세포를 추적하는 강우장 예측 해석방안을 수립하였다. 이를 위해 강우장의 공간적인 이동을 고려하기 위해 강우장의 바람장 이류(advection) 패턴을 추출하여 각 강우세포가 가지는 이동방향 및 속도를 고려한 강우장 추적기법을 통하여 강우장을 예측하였다. 본 연구를 통하여 개발된 기상레이더 강우장 상관분석 기법을 활용한 초단기강우예측 결과는 집중호우시 홍수 예·경보를 위한 수문모형의 입력자료 로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 기상레이더 자료를 이용하여 도시하천 유역을 대상으로 초단기 강우예측 및 홍수예측을 실시하였다. 초단기 강우예측 결과 선행시간이 증가함에 따라 관측 자료와의 상관계수가 감소하며, 평균제곱근오차는 증가하여 정확도가 감소하였으나, 선행시간 60분까지 상관계수가 0.5이상 유지되는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 강우예측 자료 적용에 의한 도시유출 분석결과, 선행시간 증가에 따른 첨두유량과 유출체적의 감소가 발생하였으나, 첨두시간은 비교적 일치하는 것으로 분석되었다. 레이더 예측 강우 적용을 통한 도시유출 분석결과, 관측 자료와의 오차가 발생하나 이는 여러 가지 외부적인 요인으로 판단되며, 추후 강수 에코의 급격한 생성과 소멸현상 모의, 국지성 강우 예측 성능 향상 등 지속적인 알고리즘 개선과 강우-유출 모형 매개변수 검․보정이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구의 결과는 도시하천 유역뿐만 아니라 관측이 어려운 미계측 지역의 수문자료 확보 및 실시간 홍수 예․경보시스템 구축에 확장이 가능하며, 다양한 관측자료 기반 Multi-Sensor 초단기 강우예측 기반기술로의 활용이 가능하다.

현재 우리나라에서 제공되는 레이더 강우자료는, 관측 및 분석 자료 생산에 대략 5-30분 정도의 지연시간이 발생하게 되어, 불과 10여분에 상황이 종료되는 돌발성 호우 대응에는 역부족이다. 따라서 실효적인 도시홍수 관리를 위해서는 관측자료 처리 및 분석으로 인한 지연시간 최소화가 관건이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 관측 지연시간을 극복하여 실황에 근사한 정보를 제공하기 위해서 초단기 강우예측기법을 적용하여 보았다. 적용된 강우예측기법은 구동시간 최소화를 위해 입력 및 예측 프로세스를 단순하게 설계하였다. 예측장 생산을 위한 분석 자료로 이전 시간과 현재시간 기상청 합성 레이더 자료를 사용하였다. 적용한 강우예측 알고리즘은 상관기반 외삽예측기법으로, 강우장의 이류를 위한 속도장을 만들기 위하여 공간규모 필터링과 결합된 상관분석을 이용한다. 본 연구에서 구현한 예측모형의 적합성 평가를 위하여 기상청 MAPLE자료와 비교하여 보았다. 모형의 입력자료 구조나 복잡도 등을 고려할 때, 구동시간을 최소화하고 안정성을 높이기 위해 단순화된 본 모형의 예측 결과가 월등히 좋다고 예상하기는 무리일 것이다. 이러한 측면에 비교평가의 의의를 두었고, 서울지역에 강수가 집중된 4개 호우사상을 선정하여 서울 인근 지역을 대상으로 예측오차(RMSE)를 비교하여 보았다. 비교결과, 지연시간 영향범위인 30분 이내 예측의 경우 기상청 MAPLE 자료와 대응한 수준의 예측 정확도 보였고, 입력에서 예측까지의 전체 소요시간은 5분 내외로 나타났다. 따라서 레이더 자료와 본 모형을 이용하여 실무활용을 도모한다면, 관측자료 지연으로 인한 돌발성 도시홍수 실황파악 및 대응의 한계를 상당부분 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 이상기상현상과 기후변화로 인하여 도시유역의 내수 침수 피해가 날로 증가하고 있는 실정이며, 이로 인한 대책의 일환으로 내·외수를 고려한 홍수 예보 시스템 구축이 고려되고 있다. 본 연구에서는 도시유역의 관측자료 기반 강우의 초단기(1~2hr) 예측을 위하여 위성영상자료와 레이더 자료를 사용하였으며, 시뮬레이션 기반 강우의 단기(1~2day) 예측을 위하여 기후역학모형을 사용하였다. 향후 도시유역의 최적 강우예측 시스템구축을 통한 내·외수를 고려한 실시간 홍수 예·경보시스템의 강우예측 입력으로 활용될 예정이다. 현재, 초단기 강우예측을 위한 레이더 자료 전처리 및 CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator) 산정프로그램을 개발하였으며, 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS)과 TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission) 위성을 이용한 극치 강우 추정 알고리즘을 개발하였다. 또한 레이더 자료와 위성영상자료를 이용하여 집중호우와 태풍 사상을 대상으로 강우의 최적 이동양상 분석(Quantitative Precipitation Forecasting, QPF)을 실시하였다. 레이더와 천리안 위성, TRMM자료의 초단기 강우예측 정확성 검증을 위하여 지상기상자동관측시스템(Automatic Weather System, AWS)의 분단위 강우측정 결과를 비교·분석 하였으며, 그 적용가능성을 검증하였다. 다음으로 강우의 단기예측을 위하여 GRIMs(Global Regional Integrated Model System)와 WRF(Weather Research and Forecasting) 연계 모형을 사용하였으며, 한반도(Big Domain)와 서울(Small Domain) 지역을 포함하는 시뮬레이션 영역을 대상으로 집중호우의 모의 성능 평가를 실시하였고 기후역학 모형의 단기 강우예측 능력을 검증하였다. 도시유역 초단기 및 단기 강우예측 분석 결과 관측자료와의 오차가 발생하나, 추후 여러 통계적 후처리 과정을 통하여 그 성능이 개선될 것으로 보인다. 이러한 오차 발생의 원인은 여러 가지 외부적인 요인이 있는 것으로 판단되며, 보다 정확한 극치강우량 예측을 위해서는 지속적인 알고리즘 개선 및 모형의 검·보정이 필요할 것으로 사료된다.

매년 우리나라는 돌발홍수나 게릴라성 폭우 등으로 인한 피해가 반복되고 있으며 최근에는 산지 및 하천 주변 등 자연재해에 취약한 지역뿐 아니라 비교적 방재대책이 잘 갖춰져 있다고 볼 수 있는 도심지역까지 확대되고, 그 피해도 증가하고 있다. 기존의 재난상황관리는 기상 특보에 따른 상황대기와 피해상황 발생에 따른 긴급 대응 및 복구 체계로, 선제적 재난대응을 통한 피해저감에는 한계가 있었다. 이를 극복하고자 소방방재청에서는 “재해상황분석판단시스템”을 구축하여 과학적이고 선제적인 재난대응을 도모하고 있다.재해상황분석판단시스템에서는 피해 발생이전에 재난대응을 위해서 기존의 실황자료 외에 초단기 강우예측자료(MAPLE), 동내예보 등을 활용하며, 상황관리에 사용할 수 있는 정확도를 확보하기 위해 예측강우를 다양한 형태로 보정하여 활용하고 있다.기존 기법과 재난관련 경험을 융합한 강우보정을 통해 정확도를 검증한 결과, 최대 3시간전 예측된 강우량의 정확도가 오차 ±20% 이내에서 70% 수준으로 분석되어 재난상황관리에 활용 가능성이 높음을 확인하였다.