전천 카메라와 페브리-페로 간섭계 자료를 이용한 한반도 상공 중간권 중량파의 고유파동계수 및 운동량 플럭스 산출 ESTIMATION OF INTRINSIC WAVE PARAMETERS AND MOMENTUM FLUXES OF MESOSPHERIC GRAVITY WAVES OVER KOREA PENINSULA USING ALL-SKY CAMERA AND FABRY-PEROT INTERFEROMETER원문보기
보현산($36.2^{\circ}\;N,\;128.9^{\circ}\;E$)의 전천카메라로 관측한 OI 557.7nm 밤대기광 방출선에 나타난 단주기 중량파의 운동량 플럭스가 산출되었다. 중량파의 고유위상속도($C_{int}$), 고유주기(${\tau}_{int}$), 그리고 수직파장(${\lambda}_z$)는 전천 화상에서 도출된 수평파장(${\lambda}_h$), 관측파동주기(${\tau}_{ob}$), 진행방향(${\phi}_{ob}$), 관측위상속도(${\upsilon}_{ob}$)와 일본 Shigaraki($34.8^{\circ}\;N,\;13.1^{\circ}\;E$) 페브리-페로 간섭계로부터 관측된 중성바람으로부터 유도되었다. 2002년부터 2006년까지 두 관측소의 기상 및 관측 장비 상태를 고려한 결과 총 5일이 분석 가능일로 선택되었다. 중량파 고유파동계수의 평균값은 $({\tau}_{int})\;=\;12.9\;{\pm}\;6.1m/s,\;({\lambda}_z)\;=\;12.9\;{\pm}\;6.5,\;(C_{int})\;=\;40.6\;{\pm}\;11.6min$으로 나타났다. ${\lambda}_z\;<\;6km$인 경우를 제외하고 4일에 대한 계산된 운동량 플럭스의 값은 $12.0{\pm}15.2m^2/s^2$이다. 중간권 중량파의 전형적인 운동량 플럭스를 획득하기 위하여 전천 카메라와 중성바람을 측정할 수 있는 장비와의 장기간에 걸친 연계관측이 요구된다.
보현산($36.2^{\circ}\;N,\;128.9^{\circ}\;E$)의 전천카메라로 관측한 OI 557.7nm 밤대기광 방출선에 나타난 단주기 중량파의 운동량 플럭스가 산출되었다. 중량파의 고유위상속도($C_{int}$), 고유주기(${\tau}_{int}$), 그리고 수직파장(${\lambda}_z$)는 전천 화상에서 도출된 수평파장(${\lambda}_h$), 관측파동주기(${\tau}_{ob}$), 진행방향(${\phi}_{ob}$), 관측위상속도(${\upsilon}_{ob}$)와 일본 Shigaraki($34.8^{\circ}\;N,\;13.1^{\circ}\;E$) 페브리-페로 간섭계로부터 관측된 중성바람으로부터 유도되었다. 2002년부터 2006년까지 두 관측소의 기상 및 관측 장비 상태를 고려한 결과 총 5일이 분석 가능일로 선택되었다. 중량파 고유파동계수의 평균값은 $({\tau}_{int})\;=\;12.9\;{\pm}\;6.1m/s,\;({\lambda}_z)\;=\;12.9\;{\pm}\;6.5,\;(C_{int})\;=\;40.6\;{\pm}\;11.6min$으로 나타났다. ${\lambda}_z\;<\;6km$인 경우를 제외하고 4일에 대한 계산된 운동량 플럭스의 값은 $12.0{\pm}15.2m^2/s^2$이다. 중간권 중량파의 전형적인 운동량 플럭스를 획득하기 위하여 전천 카메라와 중성바람을 측정할 수 있는 장비와의 장기간에 걸친 연계관측이 요구된다.
We estimate the momentum fluxes of short-period gravity waves which are observed in the OI 557.7 nm nightglow emission with all-sky camera at Mt. Bohyun ($36.2^{\circ}\;N,\;128.9^{\circ}\;E$) in Korea. The intrinsic phase speed ($C_{int}$), the intrinsic period (${\tau}_{i...
We estimate the momentum fluxes of short-period gravity waves which are observed in the OI 557.7 nm nightglow emission with all-sky camera at Mt. Bohyun ($36.2^{\circ}\;N,\;128.9^{\circ}\;E$) in Korea. The intrinsic phase speed ($C_{int}$), the intrinsic period (${\tau}_{int}$), and vertical wavelength (${\lambda}_z$) are also deduced from the horizontal wavelength (${\lambda}_h$), observed period (${\tau}_{ob}$), propagation direction (${\phi}_{ob}$), observe phase speed (${\upsilon}_{ob}$) of the gravity wave on the all-sky images. The neutral winds to deduce intrinsic wave parameters are measured with Fabry-Perot interferometer on Shigaraki ($34.8^{\circ}\;N,\;13.1^{\circ}\;E$) in Japan. We selected 5-nights of observations during the period between July 2002 and December 2006 considering of the weather and instrument conditions in two observation sites. The mean values of intrinsic parameter of gravity waves are $({\tau}_{int})\;=\;12.9\;{\pm}\;6.1\;m/s,\;({\lambda}_z)\;=\;12.9\;{\pm}\;6.5,\;and\;(C_{int})\;=\;40.6\;{\pm}\;11.6\;min$. The mean value of calculated momentum fluxes for four nights besides of ${\lambda}_z\;<\;6\;km$ is $12.0\;{\pm}\;15.2\;m^2/s^2$. It is needed the long-term coherent observation to obtain typical values of momentum fluxes of the mesospheric gravity waves using all-sky camera and the neutral wind measurements.
We estimate the momentum fluxes of short-period gravity waves which are observed in the OI 557.7 nm nightglow emission with all-sky camera at Mt. Bohyun ($36.2^{\circ}\;N,\;128.9^{\circ}\;E$) in Korea. The intrinsic phase speed ($C_{int}$), the intrinsic period (${\tau}_{int}$), and vertical wavelength (${\lambda}_z$) are also deduced from the horizontal wavelength (${\lambda}_h$), observed period (${\tau}_{ob}$), propagation direction (${\phi}_{ob}$), observe phase speed (${\upsilon}_{ob}$) of the gravity wave on the all-sky images. The neutral winds to deduce intrinsic wave parameters are measured with Fabry-Perot interferometer on Shigaraki ($34.8^{\circ}\;N,\;13.1^{\circ}\;E$) in Japan. We selected 5-nights of observations during the period between July 2002 and December 2006 considering of the weather and instrument conditions in two observation sites. The mean values of intrinsic parameter of gravity waves are $({\tau}_{int})\;=\;12.9\;{\pm}\;6.1\;m/s,\;({\lambda}_z)\;=\;12.9\;{\pm}\;6.5,\;and\;(C_{int})\;=\;40.6\;{\pm}\;11.6\;min$. The mean value of calculated momentum fluxes for four nights besides of ${\lambda}_z\;<\;6\;km$ is $12.0\;{\pm}\;15.2\;m^2/s^2$. It is needed the long-term coherent observation to obtain typical values of momentum fluxes of the mesospheric gravity waves using all-sky camera and the neutral wind measurements.
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가설 설정
보현산과 Shigaraki 두 관측소의 날씨 및 기 기 운영 상태를 고려한 결과 표 1에 제시된 5일이 분석 가능일로 선택되었다. 두 관측소의 위도와 경도를 고려해 볼 때, 조석파에 의한 바람의 세기와 방향의 변화는 없다고 가정하였다.
일반적으로 중간권 상부의 대기광으로부터 관측된 중량파는 고진동수 파동으로 빠르게 연직으로 전파되므로 파동 원천으로부터 중간권 상부까지 전파되는 동안 배경대기의 시간적 변화는 거의 없다고 가정할 수 있다. 따라서 지상에서 관측된 중간권 상부 중량파의 진동수는 일정하다고 가정할 수 있다. 만일 중성 바람이 파동의 위 상속도와 같은 방향이 면 지 상에서 관측된 중간권 상부 중량파의 진동수에 대해 고유진동수는 작아지고, 이에 따라 수평파수도 작아져서 파장은 커지게 된다.
2°로서 시 간적 으로 29분의 시 간 차가 나기 때문에 중위도 조석파의 주기와 비교할 때 경도차에 의한 변화는 작음을 알 수 있다. 따라서두 관측소 상공 중간권의 물리적 상태가 조석파에 의해 변화되지 않음을 가정하였다. 그림 4 ~ 8은 Shigaraki 페브리-페로 관측소에서 관측된 OI 557.
제안 방법
Swenson et al.(1999)이 제시한 방법을 바탕으로 하여 보현산 전천 카메라 관측소에서 2002년부터 2004년 사이에 관측된 중량파의 고유파동계수를 결정하여 운동량 플럭스를 계산하였다. 중량파 운동량 플럭스 계산에 필요한 고유파동계수는 보현산과 지리적으로 가장 인접한 일본 Shigaraki(34.
6분의 중량파의 특성과 비교해 볼 수 있다. 보현산과 일본 Shigaraki 상공 약 97km의 중성바람의 구조가 동일하다는 가정에 의해서 Shigaraki 페브리-페로 간섭계의 바람 관측 자료를 사용하여 보현산에서 관측된 중량파의 고유파동계수를 유도하였다. 표 1에 제시된 고유 파동 계수(λz,Cint, tint)의 평균값은 각각 Cint = 40.
중간권 및 열권 하부에서 관측되는 중량파의 운동량 플럭스는 그동안 OH Meinel band 밤대 기광에 의해 관측된 자료에 대해서 계산되었다. 이는 대기광의 밝기와 온도와의 관계식인 CF가 OH Meinel band 밤대기광에 대해서 모델화되 었기 때문이다.
대상 데이터
2001년 7월부터 2006년까지 보현산 전천카메라 관측소에서 열권 및 중간권 상부 지역의 대표적 밤 대기광인 01 630.0nm(~250km), 01 557.7nm(~97km), OH Meinel band(~87km), O2 Atmospheric band(~84km) 방출선의 2차원 영상 관측이 수행되었다. 괄호안의 값은 각 파장별 밤대기광의 최대 밝기가 나타난 고도이다.
그림 2. 2002년 3월 8일 보현산 전천 카메라 필터에 나타난 밴드형 대기 중량파 화상.
7nm 밤대기광에 나타난 중간권 중량파의 관측파동계수, 고유파동계수, 그리고 운동량 플럭스이다. 고유 파동 계수와 운동량 플럭스를 계산하기 위한 중성바람은 국내에 관련 관측 시설이 없기 때문에 보현산과 가장 가까운 일본 Shigaraki의 페브리-페로 간섭계 관측소(34.8° N, 136.1° E)에서 측정한 자료를 사용하였다. 보현산과 Shigaraki 두 관측소의 날씨 및 기 기 운영 상태를 고려한 결과 표 1에 제시된 5일이 분석 가능일로 선택되었다.
중량파가 관측된 고도의 바람의 속력과 방향을 알아야 한다. 국내에는 고층대기 중성 대기 바람을 측정할 수 있는 장비가 없기 때문에, 보현산(36.2° N, 128.9° E)과 위치적으로 가장 인접한 일본 Shigaraki(34.8° N, 13.1° E) 페브리-페로 간섭계에서 관측된 중성바람 자료를 이용하였다. 그러나 Shigaraki 페브리-페로 간섭계는 01 630.
1° E) 페브리-페로 간섭계에서 관측된 중성바람 자료를 이용하였다. 그러나 Shigaraki 페브리-페로 간섭계는 01 630.0nm와 01 557.7nm의 두 밤대기광만을 관측하기 때문에, 이 연구에서는 보현산 전천 카메라의 관측원과 중복되는 OI 557.7nm 방출선에서 도출된 중성 바람 자료를 사용하였다. 두 관측소의 관측 시간동안의 기상상태와 기기의 작동 여부, 그리고 자료 상태를 고려한 결과, 2002년 3월 8일, 2003년 10월 18일, 10월 24일, 11월 23일, 그리고 2004년 2월 19일을 분석 가능일로 선택되었다.
7nm 방출선에서 도출된 중성 바람 자료를 사용하였다. 두 관측소의 관측 시간동안의 기상상태와 기기의 작동 여부, 그리고 자료 상태를 고려한 결과, 2002년 3월 8일, 2003년 10월 18일, 10월 24일, 11월 23일, 그리고 2004년 2월 19일을 분석 가능일로 선택되었다.
(1999)이 제시한 방법을 바탕으로 하여 보현산 전천 카메라 관측소에서 2002년부터 2004년 사이에 관측된 중량파의 고유파동계수를 결정하여 운동량 플럭스를 계산하였다. 중량파 운동량 플럭스 계산에 필요한 고유파동계수는 보현산과 지리적으로 가장 인접한 일본 Shigaraki(34.8° N, 136.1° E) 페브리-페로 간섭계(Fabry-Perot Interferometer, FPI)에서 관측된 중성대기 바람 관측자료를 사용하였다. 그림 1은 보현산 전천 카메라 관측소와 일본 Shigaraki 페브리-페로 간섭계 관측소의 위치를 나타낸다.
중량파의 본래적 특성을 이해하기 위한 중량파가 관측된 고도의 중성대기 바람은 일본 Shigraki 페브리-페로 간섭 계 자료가 사용되었다. 2000년 10월부터 운영되 기 시작한 일본 Shigaraki 페브리-페로 간섭계는 OI 557.
이론/모형
중량파의 운동량 플럭스를 계 산하기 위하여 Swenson & Liu(1998)의 식 (3)의 모델을 사용하였다.
성능/효과
도출할 수 있다. 표 1의 Cint값을 살펴보면 2003년 11월 23일에 관측된 파동을 제외하고 고유 파동 속도는 관측된 속도보다 증가함을 볼 수 있다. 계산된 고유파동속도는 22.
후속연구
분석 일이 4일이므로 이 값들이 한반도 상공 중량파 운동량 플럭스의 일반적인 값으로 보기에는 힘들다. 그러나 향후 전천 카메라를 이용한 중량 파 관측 연구를 수행할 시에 표 1에 제시된 파동계수 및 운동량 플럭스 값들의 지속적인 정량화는 중간권에 대한 중량파의 영향을 연구하는데 있어 주요 기준값으로 제시될 것으로 기대한다.
그림 1은 보현산 전천 카메라 관측소와 일본 Shigaraki 페브리-페로 간섭계 관측소의 위치를 나타낸다. 본 논문에서 기술하는 MLT 지역 중량파의 정량화 과정과 산출된 파동 계수는 향후 전천 카메라와 중성바람을 이용한 고층대기의 동역학적/열역학적 특성을 이해하기 위한 중요한 방법으로 제시될 것이다.
참고문헌 (19)
정종균 2005, 박사학위논문, 총남대학교
Chung, J.-K., Kim, Y. H., & Won, Y.-I. 2003, Adv. Space Res. 32, 825
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