[論文レビュー] IowaRain: A Statewide Rain Event Dataset Based on Weather Radars and Quantitative Precipitation Estimation

Muhammed Sit, Bong‐Chul Seo+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2021

Meteorological Phenomena and Simulations参考文献 10被引用数 35

ひとこと要約

IowaRainは、NEXRADレーダ網とIFC QPEシステムから派生したアイオワ州の降雨イベントデータセットで、5分ごと、500 mの降水マップと1242件の分類された降雨イベントを提供します。

ABSTRACT

Effective environmental planning and management to address climate change could be achieved through extensive environmental modeling with machine learning and conventional physical models. In order to develop and improve these models, practitioners and researchers need comprehensive benchmark datasets that are prepared and processed with environmental expertise that they can rely on. This study presents an extensive dataset of rainfall events for the state of Iowa (2016-2019) acquired from the National Weather Service Next Generation Weather Radar (NEXRAD) system and processed by a quantitative precipitation estimation system. The dataset presented in this study could be used for better disaster monitoring, response and recovery by paving the way for both predictive and prescriptive modeling.

研究の動機と目的

• Climate change modeling, disaster planning, and data-driven hydrology research をサポートするための、アイオワ州の包括的で前処理済みの降雨イベントデータセットを提供する。
• アイオワ州向けNEXRADベースのQPEからのデータ取得、処理、品質管理、イベント抽出をエンドツーエンドで記述する。
• 環境科学と災害対応における予測・処方モデリングを支援するベンチマークリソースを提供する。

提案手法

• アイオワ州をカバーする7台のWSR-88Dレーダから生データ観測量を収集する。
• attenuation correctionsとmelting-layer分析を用いてIFC QPEシステムでデータを処理し、5分・500 mの降水強度マップを生成する。
• melting layer情報と高度ベースのQPE製品を用いて降水を対流性と層状に分類する。
• 個々の高度とレーダからの2D降雨強度マップを単一のアイオワ域製品へ結合し、空間・時間の同期をとる。
• 降雨スナップショットをgzipアーカイブへ直列化・正規化し、0.5 mm/hrと10%のドメイン条件を満たす連続スナップショットに基づいて降雨イベントを定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 州全体のレーダーベース降雨イベントデータセットを、マルチレーダーQPE製品からどのように構築できるか。
• RQ2 この処理パイプラインを用いて2016–2019年のアイオワ降雨イベントの特性（期間、カバー範囲、強度）はどうなるか。
• RQ3 データ駆動タスク（フレーム予測や降雨-流出研究など）を支援しつつ、拡張性を保つためにデータセットをどのように構造化すべきか。

主な発見

• IowaRainデータセットは2016–2019年の降雨イベントを1242件含む。
• イベントは7台のWSR-88Dレーダによって生成された5分・500 m解像度のQPEマップから抽出される。
• 各イベントは開始日、スナップショット数、およびスナップショットのリストを含むgzipアーカイブとして格納される。
• データセットにはイベント数と期間の年ごとの変動が含まれ、平均イベント長は約6–8時間、月次のカバー統計が提供される。
• データ処理パイプラインには品質管理、melting-layer分析、レーダデータ融合、正規化ステップが含まれ、アイオワ域の一貫した2D降雨強度マップを生成する。