기상관측:고층:레윈존데
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목차
레윈존데
1. 관측장비소개
1.1. 정의
레윈존데 관측은전 세계적으로 가장 널리 사용되는 고층기상관측 방법입니다. 라디오존데 관측과 같이 라디오존데를 기구에 매달아 비양시키고, 이 라디오존데는 상승하면서 일정한 시간 간격으로 기압(또는 고도), 기온, 상대습도(또는 이슬점온도)를 관측합니다. 이 관측 자료는 라디오존데의 무선송수신장치에 의해 지상으로 전송되고, 지상수신장치에서 수신 처리되어 고도별 기압(또는 고도), 기온, 상대습도(또는 이슬점온도) 등을 산출합니다.
※ 라디오존데: 관측센서를 탑재하여 고층 대기 상태를 관측하고 무선송수신장치를 이용하여 무선 신호를 수신하고 관측 자료를 지상으로 송신하는 기상측기를 말함
1.2. 구성
레윈존데 비행렬은 4가지 요소로 구성됩니다.
- 비양기구 : 라디오존데를 매달고 대기 상공으로 비양시킬 수 있는 고무 풍선
- 낙하산 : 기구 파열 후 라디오존데 낙하속도를 감소
- 얼레 : 라디오존데와 낙하산을 연결하는 줄을 감아놓은 플라스틱 재질의 틀
- 라디오존데 : 기압, 기온, 습도 센서 및 무선 송수신 장치 탑재
2. 관측환경
레윈존데 관측소는 가능한 다음과 같은 입지 조건을 갖춘 장소로 선정합니다.
- 관측소 부지는 관측소의 이전이나 관측 환경의 침해를 최소화할 수 있도록 국유지이며, 최적 면적은 대략 40,000㎡
- 관측소 주위에 있는 자연 또는 인공 장애물(건조물, 송전선, 철탑 등) 정상부의 고도각이 6° 이하
- 관측소 주변에 전자통신 장비의 전파 수신에 뚜렷한 장애를 초래하는 전파 발생원이 없어야함
- 관측소 운영에 필요한 물품이나 비양가스를 운반하는데 필요한 반입로가 확보되어야 함
- 전력, 물, 하수도, 통신 등의 시설을 이용할 수 있어야 함
3. 관측센서
3.1. 라디오 존데
3.1.1. 라디오존데 구성
- 관측센서부 : 기상요소를 매 1초 이하의 시간간격으로 측정
- 신호변환부 : 관측센서부의 측정값과 무선송수신의 상태를 감시하기 위한 기준 신호를 변환
- 무선송수신부 : 수신되는 항행보조시스템의 무선신호는 지상수신 장치로 송신되어 바람자료 산출에 사용됨
3.1.2. 라디오존데의 무선 주파수
전세계 공용 400.15~406.00MHz
3.1.3. 라디오존데의 전원공급
- 15℃에서 필요한 출력전압의 95% 이상 유지, 240분이상 전원공급
- 15℃에서 -10 ℃로 내려가도 출력전압의 10% 이상 미감소
3.2. 지상수신장치
- 라디오존데를 자동 추적하면서 약 1초마다 라디오존데의 무선 신호를 주파수 값으로 변환하고 다시 기준 신호값, 기압, 기온, 습도 등의 관측자료 수신
- 라디오존데 무선 신호와 GPS 신호에서 수신된 관측자료로부터 공간정보 산출
- 이들 자료에 지상점검자료, 지상기상관측자료를 반영하여 비양 시각별 기압, 기온, 습도 관측점, 바람관측점, 관측 종료점 산출
3.2.1. 관측방법
- 라디오존데를 기구에 매달아 비양
- 라디오존데가 상승하면서 일정한 시간간격으로 기압(고도), 기온, 습도(이슬점 온도) 관측
- 관측자료는 라디오존데의 무선송수신장치에 의해 지상으로 전송
- 지상수신장치에서 수신 및 처리되어 고도별 기압, 기온, 풍향, 풍속, 상대습도 산출
3.3. 비양기구(풍선)
- 기본 재질은 고품질의 천연 고무, 폴리프로필렌의 합성의 고무
- g단위, 기구의 실제 중량이 명목상 중량의 10% 이상 차이가 나면 안됨.(포항: 1,200g, 그 외: 600g 현재는 규격화되어 있지 않음)
- 기구가 완전히 팽창되었을 때 기구의 직경은 비양가스 주입 전보다 4배, 최대 5~6배, 모양은 구형
3.4. 비양기구(낙하산)
- 낙하산은 비양기구가 파열된 후에 라디오존데를 천천히 하강시킴으로써 충돌에 따른 인명, 재산피해를 막기 위한 것
- 내수성이 강한 특수종이로 제작, 쉽게 잘 펴져야 함
- 지상 부근에서의 하강속도가 약 5m/s 이하
규격
| 구분 | 규격 | |
|---|---|---|
| 고층기상관측소용(백령도, 강원청, 흑산도, 태풍센터) | 고층기후관측소용(포항기상대) | |
| 관측 환경 | 기압 : 1,050hPa~10hPa, 기온 : +60℃ ~ -90℃, 습도 : 100% ~ 1% | 기압 : 1,050hPa~10hPa, 기온 : +60℃ ~ -90℃, 습도 : 100% ~ 1% |
| 재질 | 고품질 천연고무 또는 폴리프로필렌의 합성고무 | 고품질 천연고무 또는 폴리프로필렌의 합성고무 |
| 목 길이 | 10cm ~ 20cm | 10cm ~ 20cm |
| 평균상승속도 | 300 m/min ~ 360 m/min | 300 m/min ~ 360 m/min |
| 필수도달고도 | 100 hPa 고도(약 16 km) | 30hPa 고도(약 25km) |
| 최대도달고도 | 30 hPa 고도(약 25 km) | 10hPa 고도(약 30km) |
3.2. 얼레
- 라디오존데 비양 시, 낙하산에 얼레를 연결하고 그 아래로 약 2m 줄을 늘어뜨린 다음 라디오존데를 묶어서 비양함
- 바람이 강한 경우, 늘어뜨린 줄의 길이를 1m 내외로 짧게 조정
- 몸체에 감긴 줄은 기구 비양 시 라디오존데의 무게와 기구의 부력에 의해 풀리도록 되어 있음
- 줄의 길이
- 고층기상관측소용 : 15m 이상, 고층기후관측소용 : 30m 이상 → 기상청 고시 (과거)
- (현재) 고층기상관측장비 표준규격: 40m이상
- 20km 상승 : 20m, 30km 이상 상승 : 40m 이상 → WMO GUIDE
4. 관측지점
[표] 레원존데 관측망
| 관측소명 | 관측개시일 | 비고 |
|---|---|---|
| 포항 | 1964.4.1. | 기상청 |
| 국가태풍센터 | 2016.6.1. | |
| 백령도 | 2000.6.1. | |
| 강원(청) | 2015.12.24. | |
| 흑산도 | 2003.6.1. | |
| 창원 | 2016.9.1. | |
| 오산 | 1955.10.15 | 공군 |
| 광주 | 1957.4.2. |
※ 포항기상관측소는 2004년 6월 28일 세계고층기후관측소(Global Climate Observing System Upper-Air Network : GUAN)로 지정 운영
[그림] 레원존대 관측망
[표] 지점별 레윈존데 특성 분석(2016.1.1~12.31)
| 지점명(한글) | 비양시간(sec) | 최대고도(m) | 평균 비양거리(m) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 전체 | 겨울 | 봄 | 여름 | 가을 | |||
| 백령도(47102) | 5869.478 | 31385.02 | 103838.3 | 143885.6 | 107986.1 | 43851.94 | 119629.7 |
| 강릉(47104) | 5134.936 | 30308.94 | 95853.44 | 130654.2 | 95652.92 | 41549.52 | 115557.1 |
| 포항(47138) | 6067.488 | 34027.91 | 99273.58 | 143918.7 | 107603.2 | 48201.07 | 97371.41 |
| 창원(47155) | 5005.873 | 28576.16 | 92573.55 | 142581.2 | 95560.6 | 43399.48 | 88752.9 |
| 흑산도(47169) | 6467.741 | 31568.32 | 109395.2 | 167779 | 109838.9 | 53461.42 | 106501.5 |
| 국가태풍센터(47186) | 5625.214 | 31095.16 | 93703.85 | 146470.1 | 94491.91 | 47947.05 | 85906.3 |
5. 생산
제6조(라디오존데의 관측센서)
- 라디오존데의 기압, 기온, 습도 등의 센서는 다음 규격을 만족시켜야 한다. <개정 2008.2.22., 2020.1.14.>
- 고도를 측정하여 기압을 환산하는 방식의 라디오존는 기압이 제1항의 기압 센서 규격을 만족시켜야 한다.
- 라디오존데의 관측센서는 날려보내기 전 지상점검에서 지상점검장치 또는 지상기상관측장비의 관측값과 비교하여 다음과 같은 편차를 만족시켜야 한다. <개정 2011.1.3., 2020.1.14.>
- 기압: ±3 hPa 이내
- 기온: ±1 ℃ 이내
- 습도: ±4 % 이내
[표] 6조1항의 규격
| 관측센서 | 규격 |
|---|---|
| 기압 센서 | ◦ 측정범위: 1050 hPa ～ 5 hPa ◦ 분해능: 0.1 hPa 이하 ◦ 불확도 - 지상 ～ 16 km: 1 hPa - 16 km 초과: 0.6 hPa ◦ 측정주기: 1 Hz 이하 |
| 기온 센서 | ◦ 측정범위: 50 ℃ ～ -90 ℃ ◦ 분해능: 0.1 ℃ 이하 ◦ 불확도 - 지상 ～ 16 km: 0.4 ℃ - 16 km 초과: 0.8 ℃ ◦ 측정주기: 1 Hz 이하 |
| 습도 센서 | ◦ 측정범위: 상대습도 100 % ～ 1 % ◦ 분해능: 1 % 이하 ◦ 불확도 - 지상 ～ 12 km: 상대습도 6 % - 12 km 초과 ～ 17 km: 상대습도 10 % ◦ 측정주기: 1 Hz 이하 |
제7조(레윈존데 관측장비의 바람 관측)
- 바람은 LORAN-C 방식이나 GPS 방식으로 관측하여야 한다.
- 산출되는 고층 대기의 풍향과 풍속은 다음 규격을 만족시켜야 한다. <개정 2020.1.14.>
[표] 7조 2항의 규격
| 관측요소 | 규격 |
|---|---|
| 풍향 | ◦ 측정범위: 0° ～ 360° ◦ 분해능: 5° 이하 ◦ 불확도 - 10 m/s 이하: 5° - 10 m/s 초과: 2° ◦ 측정주기: 1 Hz 이하 |
| 풍속 | ◦ 측정범위: 0 m/s ～ 200 m/s ◦ 분해능: 0.5 m/s 이하 ◦ 불확도: 1 m/s ◦ 측정주기: 1 Hz 이하 |
6. 수집
6.1. 고층기상관측 스케쥴
[표] 고층기상관측 스케쥴
| 주간 (야간) | 시간대별 주요업무 |
|---|---|
| 07:45 (19:45) | ◦ 레윈존데 기구점검(주파수 탐색 등) 및 헬륨 주입 · (주간) 07:45∼08:00 / (야간) 19:45∼20:00 |
| 08:00 (20:00) | ◦ 레윈존데 세팅(신호 수신 확인, 지상 점검, 지상자료 입력) · (주간) 08:00∼08:15 / (야간) 20:00∼20:15 |
| 08:15 (20:15) | ◦ 기구와 존데 결합 후 레윈존데 비양 · (주간) 08:15∼08:30 / (야간) 20:15∼20:30 |
| 08:30 (20:30) | ◦ 비양상태 체크(전파수신,상승속도 등) · (주간) 08:30∼09:30 / (야간) 20:30∼21:30 |
| 09:30 (21:30) | ◦ 고층기상관측 전문 입력, 1차 전문 생성 통보(100hPa) · (주간) 09:30∼09:35 / (야간) 21:30∼21:35 |
| 09:35 (21:35) | ◦ 비양상태 확인(전파수신,상승속도 등) · (주간) 09:35∼10:50 / (야간) 21:35∼22:50 |
| 10:50 (22:50) | ◦ 고층기상관측 전문 입력, 2차 전문 생성 통보(최종) · (주간) 10:50∼10:55 / (야간) 22:50∼22:55 |
6.2. 레원존데 관측장비
6.2.1. 라디오존데 비행렬 구성
- 비양기구 : 라디오존데를 매달고 대기 상공으로 비양시킬 수 있는 고무 풍선
- 낙하산 : 기구 파열 후 라디오존데 낙하속도 감소
- 얼레 : 라디오존데와 낙하산을 연결하는 줄을 감아놓은 플라스틱 재질의 틀
- 라디오존데 : 기압, 기온, 습도 센서 및 무선 송수신 장치 탑재
6.2.2. 지상 자료 수집 시스템
- 무선송수신장치, 지상수신장치, 자료분석장치, 지상점검장치
6.2.3. 관측방법
- 라디오존데를 기구에 매달아 비양
- 라디오존데가 상승하면서 일정한 시간간격으로 기압(고도), 기온, 습도(이슬점 온도) 관측
- 관측자료는 라디오존데의 무선송수신장치에 의해 지상으로 전송
- 지상수신장치에서 수신 및 처리되어 고도별 기압, 기온, 풍향, 풍속, 상대습도 산출
6.3. 레원존데 관측의 측정원리
- 레윈존데 관측에서 기온, 습도, 기압 등과 같은 기상요소는 각 센서에 의해 측정됨
- 센서의 출력은 전기 저항, 전압 등의 물리량이며, 이 출력은 아날로그나 디지털식 변환기를 통하여 주파수 신호로 변환되어 전송됨
- 레윈존데 관측의 정확도는 센서뿐만 아니라, 변환기의 성능에 의한 영향을 받음. 또한, 제조 단계의 교정에서 기준기의 정확도 및 작업자의 기술 수준에 의해서도 영향을 받음
* WMO(세계기상기구) 국제비교관측 결과 각 센서별 3이상의 결과치를 받은 제조사 제품 사용