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포커스기상항공기를 활용한 위험기상 관측 / 김승범 국립기상과학원 관측예보연구과장
  • 김승범 국립기상과학원 관측예보연구과장
  • 승인 2019.09.10 09:54
  • 호수 120
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김승범 국립기상과학원 관측예보연구과장

-글 싣는 순서 -

1. 황사와 미세먼지

2. 폭염: 현황과 피해, 대응

3. IPCC 6차평가보고서(AR6)와 새로운 기후변화 시나리오

4. 기상항공기를 활용한 위험기상 관측

5. 한반도 한파현상의 원인과 최근의 경향

* 일부 추가 또는 변경될 수 있음

 

<그림1> 기상항공기에 탑재·장착된 각종 장비와 관측 요소들

국민들의 관심은 높지만 기상청은 아직 완벽한 날씨예보를 생산하지는 못하고 있다. 다양한 이유가 있으나 그중 대표적인 것이 관측자료의 부족이다. 3면이 바다인 우리나라는 육상에서는 고해상도의 기상 관측 자료를 수집할 수 있으나, 해상에서는 기상 관측이 어려워 광범위한 관측 공백지역이 존재한다. 해상에서 기상 관측을 위해서 해양 기상 관측부나 기상 선박을 이용하기도 하지만 이러한 경우에도 해상에서의 고층 관측에는 시공간적으로 큰 제약이 따른다. 물론 위성과 레이다 등 원격관측장비들을 이용해 대기 상태를 간접적으로 파악할 수 있지만, 실제 측정한 값들이 아니기 때문에 과학적 해석에 한계를 보일 때가 있다.

기상청은 대기 상층을 직접 관측하기 위해 2011년부터 기상관측 전용 항공기 도입 계획을 추진해 왔다. 이러한 노력의 결실로 국내 최초로 도입한 기상항공기는 2018년 1월 30일 첫 관측운항을 시작했다. 이번에 도입된 기상항공기는 미국 항공제작사인 비치크래프트(Beechcraft)의 킹에어(KingAir) 350HW 기종으로, 양 날개에 각각 1대의 프로펠러가 장착돼있다. 또한, 높이 4.4m, 길이 14.2m, 폭 17.7m로, 비행시 5명이 탑승할 수 있다. 5명의 탑승인원은 조종사와 부조종사 각 1인, 관측운영요원 2인과 관측실험을 담당하는 연구자 1인으로 구성된다. 최장 6시간 비행이 가능하나, 1회 관측실험 임무당 약 4시간 정도의 비행시간이 소요되고 있다. 최고 10㎞(3만 2000피트) 고도까지 올라갈 수 있으며, 공역과 법적 기준에 따라 최저 150m 고도까지 저공비행할 수 있다.

<그림2> 2018년 태풍관측경로와 기상요소 연직분포: (위) 쁘라삐룬, (아래) 솔릭 사례

기상항공기의 주요 임무는 태풍, 집중호우, 대설 등 위험기상 선행관측, 환경기상 감시, 온실가스 감시, 구름물리 관측 및 기상조절 실험이다. 성공적 임무 수행을 위해 항공기에는 14종 25개의 첨단 기상관측장비가 장착·탑재돼 있다. 기본적으로는 비행하면서 AIMMS-20 장비로 기본 기상요소들인 기온, 상대습도, 3차원 바람장, 기압을 자동적으로 측정한다. 태풍, 집중호우, 대설과 같은 위험기상 현상의 선행관측을 수행하기 위해서는 특별히 드롭존데(Dropsonde), 마이크로파 라디오미터(Stepped Frequency Microwave Radiometer, SFMR), 그리고 G밴드 수증기 라디오미터(G-band Water Vapor Radiometer, GVR)가 탑재돼 있다. 드롭존데는 기상항공기에서 낙하돼 해수면까지의 기온, 습도, 기압, 풍향, 풍속 등의 연직기상관측 자료를 생산한다. SFMR은 해수면의 풍속과 강우강도의 추정값을 제공하고, GVR은 기상항공기 상단의 수증기량 정보를 생산한다. 환경기상 감시를 위해서 네펠로미터(Nephelometer)로 에어로졸의 광산란을, Sky-OPC로 에어로졸 수농도를 측정하고, 주요 반응가스들인 이산화황, 질소산화물, 오존 농도 측정기도 갖추고 있다. 또한, 기후변화와 관련해 우리나라 상공의 온실가스들의 농도변화를 측정하는 장비인 공동감쇠분광기(Cavity Ring-Down Spectrometer, CRDS) 장비도 탑재돼 있다. 인공강우 등 기상조절 실험을 하기 위한 구름물리와 기상조절 관련 장비도 장착돼 운영 중이다. 구름물리 관측장비로는 구름응결핵, 구름방울 특성과 수액함량을 측정하는 장비가 있고, 인공강우 실험을 위한 연소탄 발사체가 설치돼 있다. 기상관측 외에도 우리나라 원전 주변과 광역시도의 배경방사선준위를 측정하기 위한 방사선 측정장비도 갖추고 있다.

기상항공기는 김포공항을 근거지로 연간 약 400시간 운항을 목표로 한반도 공역에서 기상관측 임무를 수행하고 있다. 관측운항시간 400시간은 영국 기상청과 미국 해양대기청에서 운영하고 있는 기상항공기들의 연간 평균 운항시간으로 세계 최고수준의 기상항공기 운항목표이다, 항공기 운항 첫 해인 2018년에는 기상항공기 운영 목표치인 350시간을 달성했고, 2019년에도 총 355시간 운항을 목표로 하고 있으며, 8월 현재 총 66회의 운항으로 약 240시간의 관측운항을 실시했다.

<그림3> 2018. 9. 19일 인공증우 실험결과: 누적강수분포, 목표지점(빨강), 시딩라인(검정)

그 간의 기상항공기 운항을 통해 다수의 성과들이 도출됐다. 특히 2018년에는 평창동계올림픽과 패럴림픽 기간 중에 동해상에서 동풍에 의한 강원영동지방 위험기상 대응을 위한 기상관측을 수행했다. 드롭존데 관측자료 약 200개를 예보관에게 제공하고, 수치예보모델 입력자료로도 활용해 성공적인 올림픽 기상예보 지원에 활용됐다. 또한, 2018년 우리나라에 영향을 미친 태풍(제7호 쁘라삐룬, 제14호 야기, 제19호 솔릭, 제25호 콩레이)에 대해서 연직대기상태와 해상바람 등을 선행 관측해 예보관에게 제공했다. 원자력안전위원회 주관으로 기상청, 국방부, 경찰청, 부산광역시 등이 참여한「2018년 국가방사능방재훈련」에 2차례 참가해 공중환경방사선 항공관측도 수행했다. 국립기상과학원이 주관하며 국내 유관기관들과 협력으로 진행되는「서해상 대기질 입체관측(YES-AQ)」 실험에 참가해 서해 상공으로 유입되는 대기오염물들에 대한 항공관측도 수행했고, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4) 등 우리나라 상공의 온실가스에 대한 항공관측을 수행했다. 인공강우 실험도 강원도 지역을 중심으로 12회 수행해 인공강우 실험의 가능성을 확인한 바 있다.

기상항공기 도입으로 앞으로 태풍·집중호우·대설 등 계절별 위험기상 선행관측, 환경기상 감시, 기후변화 원인물질 감시, 구름물리 관측, 인공증설·증우 등 기상조절 실험 연구 등에 큰 진전이 있을 것으로 기대된다. 그러나 도입된 기상항공기는 소형으로 태풍 속으로 진입해 직접 관측하는 것은 불가능하고, 장시간 단독비행도 현실적으로 어려워 효과적인 기상조절 실험도 어려운 상황이다. 이 문제들을 해결하기 위해 대형 기상항공기 도입이 반드시 필요하며, 국민적 공감대가 이뤄져야 할 것이다.

김승범 국립기상과학원 관측예보연구과장  eco@ecofuture.co.kr

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