[논문]오존라이더를 이용한 한반도 성층권 오존 관측

방소영; 조경숙; 최재천; 윤용훈; 차주완

[국내논문] 오존라이더를 이용한 한반도 성층권 오존 관측
The observation of Stratospheric ozone using Ozone LIDAR in Korean Peninsula 원문보기

방소영 (기상연구소 지구대기감시관측소) , 조경숙 (기상연구소 지구대기감시관측) , 최재천 (기상연구소 지구대기감시관측) , 윤용훈 (기상연구소 지구대기감시관측) , 차주완 (기상연구소 지구대기감시관측소)

대기권 오존의 90%정도가 성층권의 15-30km 부근에 존재한다. 성층권에 존재하는 오존은 대류권에서 생성된 오존과 화학식은 동일하지만 대기 중의 생성과정과 유발시킬 수 있는 피해 정도가 다르다. 성층권 오존은 직접적으로 생체 DNA 변성, 피부암 등을 야기 시키는 자외선을 흡수ㆍ차단시켜 주므로 인간 및 동ㆍ식물에게는 중요한 기체이다. 이러한 성층권 오존이 인간에 의해 배출되는 오염물질 염화불화탄소(CFCs), 할로겐 가스등에 의해 파괴되고 있다. (중략)

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구는 국내에서 최초로 개발된 엑시머레이저 (XeCl) 를 이용한 DIAL( Differential Absorption Lidar)방식의 오존라이더를 이용하여 한반도 성층권 오존의 수농도 및 수직 분포를 관측하고자 한다.

제안 방법

안면도 지구대기감시관측소 오존라이더를 이용한 성층권 오존 관측은 2002년 1월 24일 처음 시작하여 2월 현재까지 총 4회(2002년 1월 24일, 1월 31일, 2월 7일, 2월 14일)의 관측을 수행하였다. 오존라이더 관측은 운량이 0인 맑은 날에만 관측이 가능하기 때문에 동 관측소에서 보유하고 있는 에어로졸라이더 를 동시에 운영하여 운량 및 운고를 확인 후 관측하였다.
안면도에 위치한 지구대기감시 관측소(36° 32' N, 126° 19' E, 해발고도 45.7m)에서는 운량이 0인 구름이 없는 청명한 날 야간을 선택하여, 오존라이더를 이용한 성층권 오존량 및 수직 분포를 관측하였다 (Fig. 1). 2002년 1월 24일, 1월 31일, 2월 7일 및 2월 14일 총 4회 관측이 이루어졌으며 기상상태에 따라 3월 및 4월중에도 주기적인 관측이 있을 예정이다.
안면도 지구대기감시관측소 오존라이더를 이용한 성층권 오존 관측은 2002년 1월 24일 처음 시작하여 2월 현재까지 총 4회(2002년 1월 24일, 1월 31일, 2월 7일, 2월 14일)의 관측을 수행하였다. 오존라이더 관측은 운량이 0인 맑은 날에만 관측이 가능하기 때문에 동 관측소에서 보유하고 있는 에어로졸라이더 를 동시에 운영하여 운량 및 운고를 확인 후 관측하였다.
현재 안면도에 위치한 기상청 기상연구소 지구대기감시관측소에서는 성층권 오존을 감시하기 위해 라 이다텍(주)으로부터 2001년 12월에 오존라이더(모델명:StraZon3070)를 도입하여 시험운영 중에 있다. 이 오존라이더는 성층권 오존의 수농도 및 수직분포를 관측할 수 있는 장비로 DIAL(Differential Absorption Lidar) 방식으로 두 개의 다른 파장(파장 308 및 353nm)의 레이저빔(XeCl 레이저빔)을 대기 중으로 발사한 후, 되돌아오는 신호를 측정한다. 이때 308 및 353nm의 파장에 대해 성층권 오존이 서로 다른 흡수율을 보이므로 그 농도 차를 역산하여 계산하게 된다.

대상 데이터

본 라이더는 12~40km사이의 성층권 오존을 측정하는 것으로 근거리에서 들어오는 강한 후방산란 신 호를 제거하기 위해 일반적으로 사용하는 Optica】 chopper를 사용하지 않고 송신부와 수신부 사이를 일 정거리(6m)로 유지시켜 자연적으로 일정 고도 이상의 신호만이 수신부에 들어오도록 구성되어 있다. 특정 구간의 신호를 수신하지 않을 수 있는 게이팅(gating)이 가능한 광전증배관(Photo Multiplier Tubes: PMT)과 이를 조절할 수 있는 시간지연 펄스 발생기를 사용하며, 두 개의 서로 다른 파장을 얻기 위해 고가의 서로 다른 두 레이저를 사용하는 대신 간편하고 효율이 높은 저압형 라만 쉬프터(Raman shifter)* 사용하여 308nm 파장을 생산하는 한 대의 레이저에서 동시에 353nm의 파장을 쉽게 얻을 수 있는 장점을 갖고 있다.

성능/효과

후방산란 되어오는 빔의 양을 증가시켜 상 층관측 자료의 신뢰성을 향상시킬 뿐 아니라 최대오존수밀도가 나타나는 고도를 결정짓는 중요한 Align 교정이 실시된 후 관측된 2002년 2월 7일 및 14일에는 각각 지상 23 km 부근에서 최대 오존수밀도를 나타났다. 오존수밀도를 적산한 후 높이에 따라 정규화(normalize)한 결과, 성층권 내 오존 농도는 1km 당 약 2.3E+12cm³로 거의 균일하게 분포함을 알 수 있다. 제 1차와 2차에서 미홉한 관측을 보였으나 2월 현재 총 4회의 오존 관측 결과를 평균하면 지상 21.
그러나 align이 교 정되지 않은 관측 결과로 신뢰할 수 없는 결과로 판단된다. 후방산란 되어오는 빔의 양을 증가시켜 상 층관측 자료의 신뢰성을 향상시킬 뿐 아니라 최대오존수밀도가 나타나는 고도를 결정짓는 중요한 Align 교정이 실시된 후 관측된 2002년 2월 7일 및 14일에는 각각 지상 23 km 부근에서 최대 오존수밀도를 나타났다. 오존수밀도를 적산한 후 높이에 따라 정규화(normalize)한 결과, 성층권 내 오존 농도는 1km 당 약 2.

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