고층대기 모사시스템을 활용한 라디오존데 온도 측정 정확도 향상 연구

국문 초록 (Abstract)

기온은 지구온난화의 가장 직접적인 지표이자 일기 및 기후 예측 모델의 주요 입력값이므로 정확한 측정이 매우 중요하다. 고층대기 관측기기인 라디오존데는 풍선에 매달려 고도 35 km까지 상승하며 온습도 값을 측정하여 지상으로 송출한다. 라디오존데 측정값은 인공위성 및 항공기 측정값을 보정하기 위한 기준을 제공하므로 가장 높은 측정 정확도가 요구된다. 하지만, 태양복사로 인해 라디오존데 온도센서가 가열되어 이에 대한 보정이 필수적이다. 센서의 가열 및 냉각에 대한 보정은 일사량 외에도 기온, 기압, 풍속 등에 복합적으로 영향을 받아 제대로 된 평가가 어려웠다.
한국표준과학연구원에서는 고층대기의 기온, 기압, 풍속, 일사량을 동시에 모사하여 라디오존데 센서의 정확도를 평가할 수 있는 고층대기 모사시스템(Upper-Air Simulator, UAS)을 세계 최초로 개발하였다. 태양 고도각에 따른 변화와 상승 시 라디오존데 회전에 대한 효과를 보정하기 위해 입사광 방향에 대해 센서 붐을 기울이고, 라디오존데를 회전할 수 있는 기능을 추가하였다. UAS를 활용해 상용 라디오존데인 바이살라사의 RS41 라디오존데 일사효과 보정 공식을 획득하였다. 그 결과, -70℃ 저온환경에서의 보정값은 상온일 때 비해 최대 20% 크다는 점을 보였다. 또한, 태양 고도각과 존데 회전에 따른 유효 일사량을 고려한 UAS로 획득한 보정 온도는 제조사의 보정 온도에 비해 성층권에서 최대 0.4℃ 가량 컸다. 또한, UAS를 활용하여 실시간 고층대기 일사량 측정 및 보정이 가능한 듀얼 온도센서 라디오존데(Dual Thermometer Radiosonde, DTR)의 성능을 향상시켰다. DTR은 서로 다른 복사율(emissivity)을 갖는 두 온도센서 간의 차이를 이용하여 일사량을 실시간으로 측정하고 그 효과를 보정할 수 있다. 한 개의 온도센서만 사용하는 기존의 상용 라디오존데들은 시뮬레이션으로 추정한 일사량에 의존하므로 구름, 바람 등에 의해 실시간으로 변하는 고층대기 환경을 반영하지 못한다. UAS를 활용해 DTR의 일사량 측정 공식과 일사효과 보정 공식을 획득하였다. RS41과의 비교비양을 통해 일사효과 보정 온도를 비교한 결과 고도 약 30 km 부근에서 DTR의 온도가 RS41의 온도보다 약 0.4℃ 높음을 확인했다. 이는 제조사에 독립적으로 UAS를 활용하여 획득한 RS41 보정 온도와 일치하는 결과이다. 향후, 고층대기 모사시스템 및 라디오존데의 국제 비교를 통해 측정의 유효성과 정확도를 더욱 발전시켜 나갈 계획이다.