국내 항공 및 고층 기상 관측을 위한 다양한 관측 장비의 종류, 운영 현황 및 기술 발전 과정 doc_id CNTS-00118872131_3

레윈존데 관측장비는 라디오존데, 지상수신장치, 자료분석장치, 지상점검장치, 비양 기구, 낙하산, 얼레 등으로 구성된 고층기상관측장비를 말하는데, 이는 수소나 헬륨가스를 충전한 풍선에 온도, 습도, 기압을 관측하는 센서(라디오존데)와 무선송신기를 매달아 비양시켜서, 지상으로부터 35km까지의 기압, 기온, 습도, 풍향, 풍속을 하루 2회(09시, 21시) 관측하고 있으며, 공군에서도 오산과 광주에서 하루 4회(03시, 09시, 15시, 21시) 관측하고 있다. 특히, 포항은 WMO의 고층기후관측소(GUAN)로 2004년 6월에 지정되어 고층기후관측을 수행하고 있다. 현재 우리나라의 레윈존데 관측소는 기상청의 백령도, 강릉, 포항, 흑산도, 제주(국가태풍센터), 창원(오토존데) 등 6개소와 한국공군의 오산, 광주 2개소 등 모두 8개소가 있다. 이를 우리나라 남한면적으로 관측소간의 해상도를 산출해 보면 약 112km이고, 우리나라 해양면적까지를 고려하면 약 235km이다. 연직바람관측장비는 수직으로 전파를 발사하는 일종의 레이더로서 VHF대(30∼300㎒)와 UHF대(300∼3,000㎒)의 전파를 3방향 또는 5방향으로 발사하고 대기 난류에 의해 후방 산란된 전파를 수신, 도플러효과를 이용하여 지상에서 5km 고도까지 상층의 수평 바람분포와 대기의 연직운동 상태를 측정하는 장비이다. 라디오미터는 상층으로 Microwave 전파를 발사, 대기로부터 반사되어 되돌아오는 전파를 수신·분석하여 지상에서 고도 10km까지의 상층의 기온과 습도, 액체물량 등의 연직분포를 관측하는 장비이다. 연직바람관측장비와 라디오미터 장비의 모습을 나타낸 것이다. 현재 기상청은 상층기온 및 습도 등의 시·공간분해능 향상을 위해 연직바람관측 장비와 라디오미터를 동일한 장소에 설치하여 10분 간격으로 관측자료를 산출하고 있다. 그 밖에 공항기상레이더(TDWR, Terminal Doppler Weather Radar)는 이·착륙하는 항공기에 악영향을 줄 수 있는 호우, 강설, 윈드시어, 마이크로버스터, 돌풍전선 등 중요 기상현상을 탐지하여 관제사 및 운항 관련기관, 항공사 등에 정보를 제공하는 기능을 수행한다. LLWAS(Low Level Windshear Alert System)는 활주로를 중심으로 설치된 여러개의 풍향·풍속계로부터 실시간 바람자료를 수신받아 활주로 주변의 바람변화를 분석하여 윈드시어 및 마이크로버스트를 탐지하는 시스템으로서, 윈드시어 경보와 경고음을 자동으로 생산하여 이·착륙하는 항공기에 신속히 전파하고 있다. 현재 인천, 양양 및 제주공항에 설치되어 있다. 또한 연직바람관측장비(윈드프로파일러)는 고층기상관측장비와 동일한 장비로서, UHF 또는 VHF의 전파를 연직 방향으로 발사하고 대기 중의 작은 맴돌이(Eddy)와 같은 목표물에 부딪혀 산란 되어오는 신호를 분석하여 고도별 바람측정과 윈드시어를 탐지한다. 현재 김해 및 여수공항에서 운영하고 있다. 항공기상관측은 공항 및 항로상의 기상을 관측하여 항공기 운항에 필요한 기상정보를 생산·제공하는 데 목적이 있으며, 특히, 항공기상관측 정보는 항공기 운항을 결정하는 가장 중요한 정보로 활용되고, 항공기상관측 업무는 모두 자동화 되어 있다. 국내 항공기상관측장비로는 공항의 기본 기상관측장비인 공항기상관측장비(AMOS), 마이크로버스트와 윈드시어 등을 관측하기 위한 TDWR, LLWAS가 있고, 상층 바람을 관측하기 위한 연직바람관측장비와 레윈존데 등이 있다. 공항기상관측장비(AMOS)는 기상청 7개소, 공군 1개소 등 모두 8개 공항에서 운영하고 있으며, TDWR은 기상청 1개소, 공군 2개소 등 3개소, LLWAS는 기상청에 3개소가 설치운영 중에 있다. 또한 연직바람관측장비는 기상청에 3개소, 공군에 1개소가 설치되어 있다. 특히 현재의 레이더 관측망의 성능을 개선하는 프로젝트가 가동되고 있는데, 세가지 기능 개선에 초점을 맞추고 있다. 즉, 첫째 입체관측에서 stream transferring으로의 관측 모델의 변화, 둘째 X-band 위상배열, 레이더 연직바람관측장비, Ka- 및 W-band 구름, 에어러솔 레이더에 대한 응용 기술 개발, 셋째 레이더 자료의 QC 및 위성 데이터와의 조합(레이더 모자익 V2.0)에 관한 개선 등이다. 기상위성관측의 경우는 2016년 12월 11일에 발사된 FY-4A, 2016년 12월 22에 발사된 TANSAT, 2017년 9월 1일 발사된 FY-3D, 2014년 12월 31일 발사된 FY-2G, 2002년 5월 15일 발사된 FY-1D 등 총 5개의 기상위성을 운영하고 있다. 1세대 아날로그 기상레이더는 관측지점에서 강수구름까지의 거리, 강수구름의 분포 및 레이더 반사도를 이용해 강수량을 추정하였고, 이후 1990년대에는 바람의 관측도 가능한 2세대 단일편파 도플러 레이더가 개발되어 발사한 전파와 수신된 전파와의 위상차, 즉 도플러효과를 이용하여 강수입자의 이동방향과 속도를 결정하여 이를 토대로 바람을 분석할 수 있게 되었다. 3세대 기상레이더는 이중편파 도플러레이더로서, 수평으로 진동하는 전파와 수직으로 진동하는 전파를 동시에 발사하여 각각 수신된 수평전력과 수직전력의 비율을 분석하여 좀 더 정확한 강수량을 추정할 뿐만 아니라, 비, 눈, 우박 등 강수입자의 형태도 구별할 수 있게 되었다. 기상청은 1969년도에 관악산 정상에 S밴드 기상레이더를 처음으로 설치한 이후 1988년도에 서울올림픽게임을 지원하기 위하여 관악산 기상레이더를 C밴드 도플러레이더로 교체하였고, 이후 기상장비 현대화 계획의 일환으로 1992년까지 고산, 구덕산, 오성산, 동해 등 5개소에 C밴드 도플러 레이더를 설치하였다. 또한, 1999년 7~8월 전국적인 홍수해 발생을 계기로 1999년 8월 국가수해방지종합대책이 수립되고 그 일환으로 백령도, 광덕산, 진도, 면봉산 등 4개소에 기상레이더를 추가로 설치하였다. 한라산에 의한 관측사각지대 해소와 태풍 등의 조기감시를 위하여 2006년도에 제주도 성산에 기상레이더를 설치함에 따라 총 10대의 현업용 기상레이더를 운영하게 되었다. 여기에 영종도 인천공항의 공항기상레이더를 포함하면 전국에서 운영되고 있는 현업용 기상레이더는 총 11개소가 된다. 그 밖에 경기도 용인의 레이더테스트 베드에 제3세대 S밴드 이중편파 도플러레이더 1대 등 연구용 소형기상레이더 2대가 있다. 최근에는 우리나라와 그 주변에서 발달하는 집중호우, 태풍, 대설 등의 위험기상 현상을 보다 신속·정확하게 탐지하고, 균질한 레이더 자료를 생산하기 위하여 각기 제작사가 다른 10개소의 현업용 단일편파 도플러레이더를 동일기종의 3세대형 S밴드 이중편파 레이더로 단일화하는 계획에 의거, 2014년 백령도를 시작으로 2018년까지 9개소를 교체하였고, 나머지 강릉 1개소를 2019년에 교체할 예정이다.