차세대도시·농림융합기상사업단

구축현황 및 계획

통합 미기상 관측시스템

머그컵만한 복합센서가 5가지 기상요소를 한번에 스마트하게 관측해줍니다

일반적으로 기온, 기압, 습도, 풍향, 풍속을 모두 관측하려면 일정한 공간이 필요한 AWS(Automatic Weather System)가 있어야 합니다. 기상청에서도 전국에 AWS를 설치하여 이들 기상요소를 관측합니다. 하지만 건물이 많고, 복잡한 도시 내부에서는 이러한 공간을 확보하기가 쉽지 않습니다. 도시기상의 특징을 보다 정확히 관측하기 위해서, 5가지의 기상요소를 머그컵만한 크기의 복합센서에 집약해 한번에 관측할 수 있도록 만든 장비가 '통합 미기상 관측시스템'입니다.

기상관측 표준화 지침은 기상요소에 영향을 주는 장애물이 없는 곳에 관측기기를 설치하도록 권고하고 있습니다. 예를 들면, 기온 측정은 지면에서 1.2~1.5m 높이에서 해야 한다거나, 풍향·풍속계는 지면에서 10m 높이에 설치해야 한다는 등의 규칙이 있습니다. 도시에서 바람관측은 건물 등 주변 지형지물의 영향을 많이 받으므로 전체 흐름을 관측하려면 이 또한 일정 높이 이상에서 해야 합니다. 통합 미기상 관측시스템도 이러한 이유 때문에 건물 옥상에 타워형으로 설치합니다. 그러나 도시 내 좁은 골목 같이 타워형을 설치할 공간이 없거나 건물 옥상을 활용하기 어려울 때에는 기존에 세워진 가로등에 부착해 설치하기도 합니다.

2013년 사업단에서는 인천아시아경기대회를 위해 신축된 경기장 5곳에 통합 미기상 관측시스템을 설치했습니다. 드림파크승마장에는 10m 높이의 타워형, 드림파크 골프장과 숭의축구장에는 7m 타워형이 설치되었고, 계양양궁장과 십정경기장에는 가로등형의 복합센서가 설치되었습니다.

이들은 돌발홍수 등 악기상이나 겨울철 혹한 속에서도 전천후 24시간 자동으로 기온, 기압, 습도, 풍향, 풍속 등의 기상요소를 관측합니다. 이렇게 관측된 자료는 데이터로거에 수집되고, 무선통신을 통해 사업단의 서버에 전송됩니다. 이 관측시스템은 원격으로 데이터를 수집하고 감시하고 제어할 수 있어, 도시기상의 특징을 파악하고 보다 빠르고 정확한 서비스를 하는 스마트한 첨병이 되어줄 것입니다.


도시에너지관측시스템

보다 정밀한 기상요소의 흐름, 에너지의 '속'을 관측하다

복합센서의 통합 미기상 관측시스템은 우리가 잘 아는 기본적인 기상요소, 즉 기온이나 풍향, 풍속 등을 측정하지만 그것만으로는 도시의 미기상 특성을 밝혀내는 데는 한계가 있습니다. 그래서 중요한 임무를 맡아 설계된 또 하나의 관측기기가 '도시 에너지 관측시스템'입니다.

도시 에너지 관측시스템의 임무는 한마디로 말하면, 태양열의 에너지 분배를 알아내기 위해, 에너지의 수송을 측정하는 것입니다. 에너지 수송을 다른 말로 '플럭스(Flux)'라 할 수 있으며, 플럭스란 단위 시간당 단위 면적을 통해서 물리량(운동량, 열, 수증기 등)이 수송되는 비율을 말합니다. 쉽게 표현하자면, 에너지 '속'이라고 할 수 있습니다. 즉 도시 에너지 관측시스템은 일정한 공간 안을 지나가는 기상요소의 흐름을 관측하는 것으로 수증기 플럭스, 열 플럭스, CO2 플럭스 등을 관측합니다. 이를 '에너지 수지 관측 장비'라고도 부릅니다.

이 장비는 3차원 초음파 풍향풍속계와 여러 가지 농도를 측정하는 복합장비들로 구성됩니다. 장비는 지역의 지형적, 기상학적 특성에 맞게 맞춤 설계해야 합니다. 이 복합장비들이 지표온도와 지중열류량, 기압, 수증기 농도, CO2 농도 등을 측정해서 그 지역의 기상 특성을 파악할 수 있도록 도와줍니다.

2013년 사업단은 서울지역 2곳에 도시에너지 관측 시스템을 설치했습니다. Kt광화문지점과 Kt중랑지점입니다. 특히 Kt중랑지점에는 고도별로 여러 가지 첨단기상장비가 복합적으로 설계된 18m의 에너지 수지타워가 세워졌습니다. 이 정도의 대규모 에너지 수지타워가 국내 도시에 세워진 것은 처음 있는 일입니다. 최근 10년간 논, 밭, 과수원, 초지, 산림, 강 등의 지역에서 온실가스의 이동량과 증발산량, 에너지 수지에 대한 관측이 이루어져왔지만, 도시 지역에서는 2011년 대전 시청 옥상에서 약 6개월간 관측이 이루어진 것 외에는 이 같은 관측이 이루어진 바가 없습니다. 서울에 설치된 2개의 도시 에너지 관측시스템은 서울의 지속적인 에너지 수지 관측을 통해, 우리에게 그 지역의 기상특성을 보다 정밀하게 알려주는 중대한 임무를 수행하고 있습니다.


라이다식 운고계와 에어로졸 라이다

레이저를 통해 대기경계층의 고도를 알려주는 3차원 관측장비

운고계는 물방울에 반응하는 파장을 이용하여 물방울들의 고도별 분포를 관측하는 장비입니다. 운고계의 송신기에서 발사된 빛의 펄스가 구름 층에 후방 산란되어 다시 수신기로 돌아올 때까지의 소요시간을 측정하여 물방울이 모여있는 상태인 구름의 고도를 관측하는 것입니다.

일반적으로 구름은 대기경계층의 고도 이상에서 활동합니다. 또한 대기경계층 아래쪽에서는 기체 중에 분산되어 떠도는 고체 또는 액체의 미립자인 ‘에어로졸(aerosol)’의 농도가 높게 나타납니다. 대기경계층 고도를 기준으로 에어로졸의 농도가 급격히 감소하는 등의 변화가 일어나는데, 대기경계층의 높이에 따라 기상 조건이 달라집니다. 그러므로 대기경계층 고도를 정확하게 알면 기상예보를 위한 더 정확한 수치모델 계산 값이 나올 수 있습니다. 운고계에서 보낸 파장에 반응해 돌아오는 신호를 통해 구름의 고도를 파악하고, 에어로졸이나 미세먼지가 많은지 적은지를 관측함으로써, 대기경계층의 고도를 추정할 수 있습니다.

광학 관측장비인 라이다식 운고계와 에어로졸 라이다는 대기경계층 내 미규모 기상현상을 모의할 수 있는 상세수치모델과 모델의 성능을 높이는 고해상도 관측 데이터를 얻을 수 있게 해줍니다. 수도권 지역에서 발생하는 국지적인 기상현상에 대한 상세한 기상정보를 확보할 수 있게 해주는 고마운 장비들이죠.