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. 기압
기압은 보통 라디오존데에 탑재된 실리콘 기압센서로 측정합니다. 실리콘 기압센서는 온도 의존성이 적으며, 교정 후에 안정성이 높고, 수송이나 취급할때 기계적 충격에 강합니다. 이 기압센서는 실리콘으로 형성된 진공 챔버와 유리층으로 형성된 외부 기압 챔버로 구성되어 있습니다. 2개의 챔버 사이에는 얇은 실리콘 각막이 있으며, 진공 챔버는 기준 챔버의 기능을 합니다. 외부 기압 챔버는 대기압의 영향을 받아 대기압이 변하면 실리콘 각막의 위치가 변하고, 이 변화를 상부 전극과 하부 전극 간의 정전용량 변화로 검출하여 기압을 측정합니다.
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