[논문]서울의 최근 자외선 복사의 변화 2004~2010

김준; 박상서; 조나영; 김우경; 조희구

doi:10.14191/atmos.2011.21.4.429

서울의 최근 자외선 복사의 변화 2004~2010
Recent Variations of UV Irradiance at Seoul 2004~2010 원문보기

대기 = Atmosphere, v.21 no.4, 2011년, pp.429 - 438

김준 (연세대학교 지구환경연구소) , 박상서 (연세대학교 지구환경연구소) , 조나영 (연세대학교 지구환경연구소) , 김우경 (연세대학교 지구환경연구소) , 조희구 (연세대학교 지구환경연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The climatology of surface UV radiation for Seoul, presented in Cho et al. (1998; 2001), has been updated using measurement of surface erythemal ultraviolet (EUV) and total ultraviolet (TUV) irradiance (wavelength 286.5~363.0 nm) by a Brewer Spectrophotometer (MK-IV) for the period 2004~2010. The analysis was also carried out together with the broadband total (global) solar irradiance (TR ; 305~2800 nm) and cloud amount to compare with the UV variations, measured by Seoul meteorological station of Korean Meteorological Agency located near the present study site. Under all-sky conditions, the day-to-day variability of EUV exhibits annual mean of 98% in increase and 31% in decrease. It has been also shown that the EUV variability is 17 times as high as the total ozone in positive change, whereas this is 6 times higher in negative change. Thus, the day to day variability is dominantly caused rather by the daily synoptic situations than by the ozone variability. Annual mean value of daily EUV and TUV shows $1.62kJm^{-2}$ and $0.63MJm^{-2}$ respectively, whereas mean value of TR is $12.4MJm^{-2}$ ($143.1Wm^{-2}$). The yearly maximum in noon-time UV Index (UVI) varies between 9 and 11 depending on time of year. The highest UVI shows 11 on 20 July, 2008 during the period 2004~2010, but for the period 1994~2000, the index of 12 was recorded on 13 July, 1994 (Cho et al., 2001). A 40% of daily maximum UVI belongs to "low (UVI < 2)", whereas the UVI less than 5% of the maximum show "very high (8 < UVI < 10)". On average, the maximum UVI exceeded 8 on 9 days per year. The values of Tropospheric Emission Monitoring Internet Service (TEMIS) EUV and UVI under cloud-free conditions are 1.8 times and 1.5 times, respectively, higher than the all-sky measurements by the Brewer. The trend analysis in fractional deviation of monthly UV from the reference value shows a decrease of -0.83% and -0.90% $decade^{-1}$ in the EUV and TUV, respectively, whereas the TR trend is near zero (+0.11% $decade^{-1}$). The trend is statistically significant except for TR trend (p = 0.279). It is possible that the recent UV decrease is mainly associated with increase in total ozone, but the trend in TR can be attributed to the other parameters such as clouds except the ozone. Certainly, the cloud effects suggest that the reason for the differences between UV and TR trends can be explained. In order to estimate cloud effects, the EUV, TUV and TR irradiances have been also evaluated for clear skies (cloud cover < 25%) and cloudy skies (cloud cover ${\geq}$ 75%). Annual mean values show that EUV, TUV and TR are $2.15kJm^{-2}$, $0.83MJm^{-2}$, and $17.9MJm^{-2}$ for clear skies, and $1.24kJm^{-2}$, $0.46MJm^{-2}$, and $7.2MJm^{-2}$ for cloudy skies, respectively. As results, the transmission of radiation through clouds under cloudy-sky conditions is observed to be 58%, 55% and 40% for EUV, TUV and TR, respectively. Consequently, it is clear that the cloud effects on EUV and TUV are 18% and 15%, respectively lower than the effects on TR under cloudy-sky conditions. Clouds under all-sky conditions (average of cloud cover is 5 tenths) reduced the EUV and TUV to about 25% of the clear-sky (cloud cover < 25%) values, whereas for TR, this was 31%. As a result, it is noted that the UV radiation is attenuated less than TR by clouds under all weather conditions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

앞에서 언급한 바와 같이 서울의 UV 변화를 최종 발표 한 지 10년이 지나고 최근 한반도 상공의 오존층 변화 (박상서 등, 2011)에 따르는 최근 UV 변화에 관한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 Brewer 분광광도계에 의하여 관측한 UV자료 (2004~2010)와 UV 변화와의 비교를 위하여 같은 기간에 기상청 (서울 서대문구 송월동)에서 관측한 전천일사량 [Total(Global) Solar Radiation; TR]과 운량을 함께 사용하여 선행연구에 이어 서울의 최근 UV의 변화 특성을 새롭게 밝히고 (update) 나아가서 이 복사변화의 구름 효과를 알아보고자 한다.

제안 방법

구름효과를 알아보기 위하여 맑은 날씨(운량 < 25%)와 흐린 날씨(운량 ≥ 75%)의 일사량을 함께 분석하였다.
그 후 조희구 등 (2001)은 서울에서 1994~2000년간 UVA (320~400 nm)와 UV-B (280~320 nm)의 두 Biometer에 의하여 관측한 UV-A와 UV-B 자료로 이들 값의 시간별과 월별 변화의 특성을 밝혔다. 그리고 Earth Probe/ TOMS로 1979~1999년 동안 관측된 일별 홍반자외선 복사 (EUV Exposure, 280~400 nm)로 한반도 전역의 계절별과 연평균 홍반자외선 (TOMS-EUV) 복사의 분포를 구하여 지역적 변화의 특성을 밝혔다. 기상청에서는 1994년 이후부터 남한 전지역 5개 관측소에 UV-Biometer (Solar Light, Model 501)를 사용하여 EUV 복사를 관측하고 그 분석 결과를 매년 발표하고 있다 (기상청, 2011).
25% 와 비슷하였다. 따라서 서울의 자외선지수 (UVI)를 구하여 그 변화를 발표하였다. 그 후 조희구 등 (2001)은 서울에서 1994~2000년간 UVA (320~400 nm)와 UV-B (280~320 nm)의 두 Biometer에 의하여 관측한 UV-A와 UV-B 자료로 이들 값의 시간별과 월별 변화의 특성을 밝혔다.
이 연구에서 구름효과를 파악하기 위하여 맑은 날씨와 흐린 날씨 (모든 날씨)의 백분율 편차 즉 [cloudy(all)- clear]/clear의 값을 구하였다. 여기에서 clear는 맑은 날씨, cloudy는 흐린 날씨의 값 그리고 all는 모든 날씨의 값을 의미한다.
즉 광학부의 파장에 대한보정은 관측 직전에 자동으로 내부 수은램프를 통해 보정이 이루어지며, 주기적으로 외부 표준램프 (tungsten halogen)로 절대 보정을 하고 있다. 표준램프 검정을 통하여 측기의 상대적인 민감도에 대한 보정을 한다. 이와 같은 보정 이외에 이 분광광도계의 검정을 캐나다에 있는 International Ozone Service (IOS)의 관계 기술자가 약 2년 주기로 와서 측기의 전반적인 점검 및 검보정을 실시하고 있다.

대상 데이터

2004년 3월부터 2010년 12월까지 서울 연세대학교 과학관 옥상에서 Brewer 분광광도계(MK-IV)로 관측한 자외역 복사의 변동을 분석하였다. 이 분석에 기상청 서울기상관측소 (서대문구 송월동)에서 관측한 전천일사량 (TR)과 운량도 함께 사용하였다.
이 측정기는 본체, 접속부와 제어부로 구성되어 있다. 본체에는 측정장치와 방위 추적 장치가 있고 접속부에는 변환기 그리고 제어부에는 계산기와 프린터 장치로 구성되어 있어 Hard disk와 Floppy disk용 driver가 장치되어 있다. 관측은 Hard disk에 탑재되어 있는 Software에 의하여 행하여진다.
2004년 3월부터 2010년 12월까지 서울 연세대학교 과학관 옥상에서 Brewer 분광광도계(MK-IV)로 관측한 자외역 복사의 변동을 분석하였다. 이 분석에 기상청 서울기상관측소 (서대문구 송월동)에서 관측한 전천일사량 (TR)과 운량도 함께 사용하였다. 인체 피부에 가장 예민한 EUV의 일일차 변동율에서 연평균 증가는 98%, 감소는 31%로 나타났다.

이론/모형

이 때문에 국제 조명 위원회 (Commission Internationale de l’Éclairage, CIE)에서는 자외선이 파장에 따라 피부에 미치는 효과를 Mckinlay and Diffey (1987)가 구한 CIE 작용 스펙트럼 (action spectrum)의 가중값 (W(λ))을 정하였다.

성능/효과

그러므로 EUV와 TUV의 구름효과는 TR 보다 18%와 15%가 더 적다. 모든 날씨의 구름 (평균운량 51%)은 맑은날씨에 대하여 UV를 약25%를, TR을 31%로 각각 감소시켰다.
이 연구 기간에 최대 UVI의 11은 2008년 7월 20일 에 관측되었고 이 UVI가 8 이상 되는 날이 연평균 11회였다. 위성으로부터 관측한 구름없는 날씨의 TEMIS EUV와 UVI는 모든날씨의 지상관측값보다 연평균 1.8배와 1.5배가 각각 더 높았다. 최근 EUV와 TUV는 10년 평균 모두 약 1%의 감소경향을 나타내었고 TR은 변화경향이 거의 없었다.
오존전량의 일일차 변동율에 비하여 증가는 17배, 감소는 6배였다. 이 결과는 일일 UV변화가 오존변화보다 일종관기상장의 변화에 주로 영향을 받고 있음을 알 수 있다. EUV는 12월의 0.
이 분석에 기상청 서울기상관측소 (서대문구 송월동)에서 관측한 전천일사량 (TR)과 운량도 함께 사용하였다. 인체 피부에 가장 예민한 EUV의 일일차 변동율에서 연평균 증가는 98%, 감소는 31%로 나타났다. 오존전량의 일일차 변동율에 비하여 증가는 17배, 감소는 6배였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UV-C가 지표에 도달하지 못하는 이유는 무엇인가?	태양으로부터 방출하는 태양 복사 중에 자외선(UV)은 파장별로 UV-A (315~400 nm), UV-B (280~315 nm) 그리고 UV-C (100~280 nm)의 영역으로 구분된다 (예; WHO, 1994, 2002). 지구에 입사하는 자외선 중에 생명체에 치명적 해가 되는 UV-C는 현 오존층에 의하여 완전 흡수되어 지표에 도달하지 못한다. 그러나 해가 거의 없는 UV-A는 오존층을 통과하여 대부분이 지표에 도달한다.
	자외선으 파장별로 분류하면 무엇이 있는가?	태양으로부터 방출하는 태양 복사 중에 자외선(UV)은 파장별로 UV-A (315~400 nm), UV-B (280~315 nm) 그리고 UV-C (100~280 nm)의 영역으로 구분된다 (예; WHO, 1994, 2002). 지구에 입사하는 자외선 중에 생명체에 치명적 해가 되는 UV-C는 현 오존층에 의하여 완전 흡수되어 지표에 도달하지 못한다.
	일일 UV변화가 오존변화보다 일종관기상장의 변화에 주로 영향을 받고 있다는 사실의 근거는 무엇인가?	이 분석에 기상청 서울기상관측소 (서대문구 송월동)에서 관측한 전천일사량 (TR)과 운량도 함께 사용하였다. 인체 피부에 가장 예민한 EUV의 일일차 변동율에서 연평균 증가는 98%, 감소는 31%로 나타났다. 오존전량의 일일차 변동율에 비하여 증가는 17배, 감소는 6배였다. 이 결과는 일일 UV변화가 오존변화보다 일종관기상장의 변화에 주로 영향을 받고 있음을 알 수 있다.

참고문헌 (23)

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원문보기 상세보기
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