구름과 에어러솔을 고려한 대기 광학 깊이에 따른 태양 지표 복사의 변화

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 지표 태양 복사량이 에어러솔에 의해 변하는 정도를 정량화하고, 복사 에너지 성분의 일별, 계절별 변화에 대해 전 대기 광학깊이 (TOD, Total Optical Depth)와 운량의 영향을 분석하였다. 이를 위해 다중필터 차폐판 회전 복사계 (MFRSR, Multi Filter Rotating Shadowband Radiometer)를 사용하여 서울 연세대학교 과학관 옥상 (서울, 37.57 oN, 126.98 oE, 86 m)에서 412.8, 495.2, 611.9, 672.2, 869, 936.6 nm의 6개 단색 파장 복사조도 (Wm-2nm-1)와 한 개의 광대역 파장 복사조도의 전천과 산란 및 직달 성분을 2006년 1월부터 12월까지 1 년간 관측하고, 자외선 다중 필터 차폐판 회전 복사계 (UV-MFRSR)를 사용하여 같은 장소에서 299.1, 304.5, 310.7, 317.1, 323.8, 331.3, 367.4 nm의 7개 파장을 같은 해 1월부터 7월까지 7개월 간 관측하였다.광대역 파장 전천 일사량의 1 년간의 계절변화를 분석한 결과, 봄에 최고값인 14.3 MJm-2d-1을, 겨울에 최소값인 8.3 MJm-2d-1을 나타냈으며, 연평균은 12.0 MJm-2d-1로 나타났다. 전천 일사량에 대한 산란 일사량의 비는 연평균 57%로서 직달보다 약간 높은 가운데 여름에 최고 64 %에서 가을에 최소 51 %로 변하였고 이때의 전 대기 광학 깊이는 연 평균 1.05에서 여름에 최고 1.54, 겨울에 최소 0.69로 변하여 전 대기 광학깊이의 증가는 산란 성분비의 증가로 나타났다. 이러한 관측 결과는 계절 및 날씨의 변화 경향과 전천 일사량에 대한 산란, 직달 성분비가 전 대기 광학깊이의 크기에 매우 민감하게 반응하고 있음을 나타낸다.운량과 전 대기 광학 깊이들 간의 높은 선형 관계 (R2=0.81)에 따라 전천 복사에 대한 산란 복사의 성분비를 운량별로 분석한 결과, 자외선 영역의 단색 파장 304.5 nm는 맑은 날씨 (0?n<2)에 87 %, 완전 흐린 날씨 (8?n<10)에 90 %로 나타나 날씨에 대한 변화량이 작은 반면에, 적외선 영역의 단색 파장 869.0 nm는 맑은 날씨에 22 %, 완전 흐린 날씨에 81 %로 가장 높은 변화를 나타내 긴 파장 복사일수록 구름에 더 민감하게 반응하였다.에어러솔 광학깊이는 랑리 회귀법을 이용하여 산출되었으며, 다른 장비 (브루어 분광광도계, Skyradiomter)에서 산출된 에어러솔 광학깊이와 비교하여 검증하였다.광학 깊이들의 파장에 따른 의존성을 살펴보면 자외선 영역은 파장이 짧을수록 오존 흡수 광학 두께가 증가하여 오존에 의한 영향이 주도적인 반면, 가시광선 영역은 에어러솔에 광학깊이의 성분비가 두드러졌다. 직달 복사에 대한 오존 효과를 정량화하기 위해 파장별 민감도를 분석한 결과 오존량 5.6 DU (하루 평균 오존 변화량)의 변화에 대해서 파장 304.5 nm의 직달 복사조도는 1.4 % 변했다. 에어러솔 광학 깊이는 가시광선 및 근적외선 영역에서 ?ngstr?m의 법칙을 만족하며 민감하게 반응하였고, 역시 에어러솔 광학 깊이 1 %의 변화에 대한 민감도 실험에서 태양 천정각이 60o일 때 직달 복사가 파장 304.5 nm에서 최대 52 %, 파장 869.0 nm에서 최소 17 %의 감소율을 나타냈다. 이와 달리 산란 복사는 파장 869.0 nm에서 최대 70 %, 파장 317.1 nm에서 최소 4 %의 민감도 증가율을 나타냈다. 직달과 산란을 모두 합한 전천 복사의 결과는 모든 파장의 복사조도가 에어러솔 광학 깊이의 증가에 감소하였고, 자외선 파장 복사의 변화율이 가장 크게 나타나 구름이 없는 대기에서 에어러솔에 의한 변화가 가장 큰 파장은 자외선 영역인 것으로 나타났다. 또 한 관측을 통해 일정한 태양 천정각에서 전 대기 광학 깊이와 에어러솔 광학깊이에 따라 직달, 산란 복사의 입사량을 결정하는 통계적 경험식을 제시하였다.또한, 전 대기 광학깊이를 구성하는 운형의 정보를 살피고, 이에 따른 태양 복사 성분의 변화를 분석한 결과, 직달 복사에서는 전 대기 광학 깊이의 크기에 따라 운형이 분리 되었고, 산란 복사에서는 광학 깊이 증가에 따른 최대 산란과 그 이후의 감소에 구름이 관여하고 있음을 확인하였다.