[논문 리뷰] IowaRain: A Statewide Rain Event Dataset Based on Weather Radars and Quantitative Precipitation Estimation

Muhammed Sit, Bong‐Chul Seo외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 07.

Meteorological Phenomena and Simulations참고 문헌 10인용 수 35

한 줄 요약

IowaRain은 아이오와주를 위한 비가 내리는 이벤트 데이터셋으로 NEXRAD 레이더 네트워크와 IFC QPE 시스템에서 파생되어 5분, 500 m 강수 맵과 1242개의 분류된 강수 이벤트를 제공합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 아이오와를 위한 포괄적이고 미리 처리된 강수 이벤트 데이터셋을 제공하여 기후 변화 모델링, 재해 계획, 데이터 기반 수문 연구를 지원한다.
• NEXRAD 기반 QPE에서 아이오와에 대한 데이터 수집, 처리, 품질 관리 및 이벤트 추출의 엔드투엔드 과정을 설명한다.
• 환경 과학 및 재해 대응에서 예측 및 처방 모델링을 가능하게 하는 벤치마크 자원을 제공한다.

제안 방법

• 아이오와를 포괄하는 일곱 대의 WSR-88D 레이더에서 원시 레이더 관측값을 수집한다.
• 감쇠 보정 및 용융층 분석을 사용하여 5분, 500 m 강수율 맵을 생성하기 위해 IFC QPE 시스템으로 데이터를 처리한다.
• 용융층 정보를 이용하고 고도 기반 QPE 제품을 사용하여 강수를 대류성/층상으로 분류한다.
• 개별 고도 및 레이더로부터의 2D 강수율 맵을 아이오와 도메인 단일 상품으로 합성하고 공간적/시간적 동기화를 수행한다.
• 연속 스냅샷이 0.5 mm/hr 및 10% 도메인 기준을 충족하는 경우에 따라 강수 이벤트를 정의하고, 강수 스냅샷을 gzip 아카이브로 직렬화 및 정규화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 레이더 QPE 제품으로부터 주 전체 기반의 레이더 기반 강수 이벤트 데이터셋을 어떻게 구성할 수 있는가?
• RQ2 이 처리 파이프라인을 사용하여 2016–2019년 아이오와 강수 이벤트의 특성(지속 시간, 커버리지, 강도)은 어떠한가?
• RQ3 프레임 예측 및 강수-유출 연구와 같은 데이터 기반 작업을 지원하면서 확장을 위한 적응성을 유지하도록 데이터셋을 어떻게 구조화할 수 있는가?

주요 결과

• IowaRain 데이터셋은 2016–2019년 1242개의 강수 이벤트를 포함한다.
• 이벤트는 일곱 대의 WSR-88D 레이더가 생성한 5분 해상도, 500 m 해상도 QPE 맵에서 추출된다.
• 각 이벤트는 시작 날짜, 스냅샷 수, 스냅샷 목록을 포함하는 gzip 아카이브로 저장된다.
• 데이터 처리 파이프라인은 품질 관리, 용융층 분석, 레이더 데이터 융합 및 정규화 단계를 포함하여 아이오와 도메인에 대해 일관된 2D 강수율 맵을 생성한다.
• 데이터 처리 흐름은 연간 이벤트 수와 지속 시간의 변화를 반영하며, 평균 이벤트 길이는 약 6–8 시간이고 월별 커버리지 통계가 제공된다.