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기상 관측

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목차

1. 개요

기상 관측은 날씨, 재해 등을 파악하기 위해 기상 요소를 측정하는 활동이다. 고대 그리스와 인도에서 시작되어, 1442년 조선 세종 때 측우기와 수표가 발명되며 정량적 관측이 시작되었다. 1873년 국제기상회의를 통해 표준화된 규격이 논의되었고, 2차 세계대전 이후 조직화되었다. 기상 관측은 지상, 해양, 고층, 위성 관측 등으로 분류되며, 과학 기술 발전에 따라 방법이 다양해졌다. 기상 관측은 일기 예보, 기후 변화 연구, 재해 예방, 농업, 항공, 해양 등 다양한 분야에서 활용되며, 대한민국은 기상청을 중심으로 기상 관측을 수행하고 있다.

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기상 관측
기상 관측
정의
설명기상 관측은 지구의 대기 상태를 과학적 및 기술적으로 관찰하는 것이다. 여기에는 기온, 기압, 습도, 풍향, 풍속, 강수량, 운량 등 다양한 변수를 측정하는 것이 포함된다.
목적
목적일기 예보
기후 연구
항공 및 해상 안전
농업, 건설, 공공 안전 등 다양한 분야에 대한 정보 제공
관측 방법
지상 관측지상 기상 관측소에서 기상 장비를 사용하여 측정
자동 기상 관측 장비 (AWOS) 및 사람에 의한 관측
전 세계적으로 수만 개의 관측소 운영
해상 관측부표, 선박 등 해양 플랫폼에서 관측
기온, 바람, 해수면 온도 등 측정
고층 관측기상 관측 기구를 사용하여 대기 상층부 측정
라디오존데를 사용하여 기온, 습도, 바람 등 측정
항공기 및 로켓을 이용한 관측도 수행
위성 관측인공위성을 사용하여 지구 전체의 기상 데이터 관측
가시광선 및 적외선 이미지 촬영
기상 변화 추적 및 분석
레이더 관측강수 레이더를 사용하여 강수량 및 폭풍 위치 관측
도플러 레이더를 사용하여 바람 정보 측정
관측 요소
기온대기의 따뜻함 또는 차가움 정도
기압대기가 누르는 압력
습도대기 중 수증기 양
풍향바람이 불어오는 방향
풍속바람의 빠르기
강수량특정 기간 동안 내린 비, 눈 등의 양
운량하늘을 덮고 있는 구름의 양
시정대기 가시도
일조태양광의 양
데이터 수집 및 활용
데이터 수집기상 관측 데이터는 전 세계적으로 수집되어 공유
세계기상기구 (WMO)를 통해 국제적으로 표준화된 데이터 교환
수집된 데이터는 다양한 기상 모델의 입력값으로 사용
데이터 활용수치 예보 모델을 사용하여 일기 예보 생산
기후 모델을 사용하여 기후 변화 연구
기상 데이터는 다양한 분야에서 활용
역사
역사고대부터 기상 관측은 이루어짐
과학 혁명 이후 기상 관측은 과학적 방법론을 갖춤
20세기 이후 위성 및 레이더 기술 발전으로 기상 관측 기술이 크게 발전
기타
중요성기상 관측은 인간 생활과 밀접한 관계가 있으며, 정확한 기상 정보는 사회 경제적 활동에 필수적이다.
추가 정보WOW 웹사이트와 같은 플랫폼에서 기상 관측 데이터 제공

2. 역사

날씨나 재해 등에 관한 관측은 기원전부터 이루어졌다. 고대에는 주로 자연 현상을 관찰하여 날씨를 예측했지만, 점차 과학적인 방법으로 발전했다.

1873년 제1회 국제기상회의에서 기상 관측의 통일된 규격이 논의되었고, 제2차 세계 대전 이후부터 기상 관측이 좀 더 조직화되었다.[41] 1939년 미국 해군 항공국은 자동 기상 관측소 개발을 시작했다.[5]

1963년부터 세계기상기구(WMO)를 중심으로 세계기상감시계획(WWW)이 시작되어 선진국이 기술이 부족한 국가를 돕고 있다. 또한 WWW에서는 각종 기상 통보식 규격을 제정하고 국제민간항공기구(ICAO) 등과 협력하여 국제적인 관측망을 구축하는 등 기상 업무 향상을 도모하고 있다.

많은 국가에서 19세기와 20세기부터 기상청이나 연구 기관을 설치하여 기상 관측 방법을 개선해왔다. 일본의 경우, 기상업무법에 따라 기상청이 기상 관측 및 예보 의무와 제한을 부여받고, 관측 정확도를 유지한다. 세계적으로도 대부분 국가의 기상 기관이 기상 업무 책임을 지고 예보를 발표한다. 기상 관측 및 예보는 군사 측면에서도 필요하기 때문에 국가가 독점할 필요성이 있다는 배경도 있다.[38]

2. 1. 고대

기원전 6세기에 그리스에서 풍향 관측이 이루어졌다는 기록이 있으며, 기원전 4세기에는 인도에서 우량을 측정했다는 기록이 있다.[41]

2. 2. 중세 및 근대

1442년 조선 세종 시대에 측우기와 수표를 발명하여 강수량을 체계적으로 측정하기 시작했는데, 이는 세계적으로도 매우 앞선 기상 관측 기술이었다.[41]

17세기 미국에서는 존 캄파니우스 홀름(Reverend John Campanius Holm) 목사가 체계적인 기상 관측을 시작했다. 홀름 목사는 1644년과 1645년에 기구 없이 매일 관측 기록을 남겼다.[5] 18세기 이후에는 기온, 기압 등 다양한 기상 요소를 측정하기 시작했다.

2. 3. 현대

1873년 제1회 국제기상회의에서 기상 관측의 통일된 규격이 논의된 이후, 제2차 세계 대전 이후부터 기상 관측이 좀 더 조직화되었다.[41]

METAR(국제항공기상통보)에서 부호화된 지상 관측소에서 수집된 데이터는 전화선이나 무선 기술을 통해 전 세계로 전달된다. 많은 국가의 기상청에서는 이 데이터를 관측소 모델을 사용하여 기상도에 표시한다. 관측소 모델은 특정 보고 관측소에서 발생하는 날씨를 보여주는 상징적인 그림이다.[28] 기상학자들은 기상도의 작은 공간에 여러 기상 요소를 표시하기 위해 관측소 모델을 만들었다.[29] 밀집된 관측소 모델 도표로 가득 찬 지도는 읽기 어려울 수 있지만, 기상학자, 조종사 및 선원이 중요한 기상 패턴을 파악하는 데 도움이 된다.

기상도는 대기의 여러 높이, 이 경우 지표면의 여러 기상량 분석을 빠르게 보여주는 정보를 표시하는 데 사용된다.[30] 관측소 모델이 포함된 지도는 등온선을 그리는 데 도움이 되어 온도 경도를 더 쉽게 식별할 수 있으며,[31] 전선의 위치를 파악하는 데 도움이 될 수 있다. 풍속을 기반으로 한 2차원 유선은 풍장의 수렴 및 발산 영역을 보여주며, 이는 풍속 패턴 내 특징의 위치를 결정하는 데 유용하다. 일반적인 지상 기상도의 한 유형은 지상 기상 분석이며, 등압선을 표시하여 고기압과 저기압 영역을 나타낸다.

3. 관측 종류

기상 관측은 관측 장소와 방법에 따라 육지의 지상 기상 관측, 바다의 해양(해상) 기상 관측, 지상에서 떨어진 대기 중 또는 고산에서의 고층 기상 관측, 인공위성을 이용한 위성 관측 등으로 다양하게 분류된다.

라디오존데를 자동으로 발사하는 장치, 오키나와현 미나미다이토섬


과학 기술의 발전에 따라 관측 방법은 더욱 복잡하고 다양해졌다. 특히 20세기 중반에 등장한 기상 위성을 이용한 위성 관측은 현재 기상 예보의 필수적인 요소가 되었다.

기상 관측은 학술 연구나 재해 예방 등 시민의 안전과 관련된 중요한 문제이므로, 세계 여러 국가에서 정부가 책임을 지고 수행하고 있다. 많은 국가는 기상청이나 연구 기관을 설치하여 관측 방법을 개선하고 정확도를 유지한다. 일본의 경우, 기상업무법에 따라 기상청을 중심으로 기상 관측 및 예보 의무와 제한을 두고 있다.[38]

세계기상기구(WMO)는 세계기상감시계획(WWW)을 통해 기술이 부족한 국가를 지원하고, 국제민간항공기구(ICAO) 등과 협력하여 국제적인 관측망을 구축하는 등 기상 업무 향상을 위해 노력하고 있다.

3. 1. 지상 기상 관측

지상 기상 관측은 기상 관측의 가장 일반적인 방법으로, 지표면에서 기온, 습도, 기압, 풍향, 풍속, 강수량, 일사량 등 다양한 기상 요소를 측정한다. 관측 역사가 오래되어 통계적으로 신뢰성 있는 데이터를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

과거에는 유인 관측이 주를 이루었지만, 20세기 중반 이후 무인 자동 관측 시스템(AWS)이 보급되면서 관측 지점이 급증했다. 대한민국은 기상청과 각 지방 기상청, 측후소 등을 통해 전국적인 지상 관측망을 운영하고 있다. 특히, 일본의 경우 아메다스와 같은 무인 자동 관측 시스템을 통해 상세한 기상 정보를 수집하고 있다.[40]

지상 기상 관측은 학교 교육에서도 널리 활용된다. 주변 도구를 이용하여 기온이나 기압 등을 측정하는 간단한 실험은 과학 교육에 유용하다. 미국에는 시민 참여형 기상 관측망인 CWOP가 존재한다.

지상 기상 관측에서 다루는 기상 요소는 다음과 같다.

thumb(캘리포니아주) 소재]]

공항에서는 항공기의 안전 운항을 위해 지상 기상 관측이 필수적이다. 국제민간항공기구(ICAO)는 ICAO 표준대기를 정의하여 고도에 따른 기압, 기온, 밀도 등의 표준 변화 모델을 제시하고 있다.[6] 미국에서는 FAA가 대형 공항에서의 기상 관측을 의무화하고 있으며, 자동화된 공항 기상 관측소 설치에 연방 예산을 지원한다.[8] 공항 관측 자료는 METAR 코드를 통해 전 세계에 전송된다.[9][10][11][12]

METAR 보고서에는 다음과 같은 정보가 포함된다.[13]

수집된 데이터는 관측소 모델을 사용하여 기상도에 표시된다.[28]

3. 2. 고층 기상 관측

고층 기상 관측은 지표면에서 떨어진 높은 고도의 대기 상태를 관측하는 것을 말한다. 라디오존데, 레이윈존데, 드롭존데, 로켓존데, 측풍기구 등을 이용하여 기온, 습도, 기압, 풍향, 풍속 등을 측정한다.[39] 이러한 관측 자료는 날씨 예보, 기후 변화 연구 등에 중요한 자료로 활용된다.

고층 기상 관측은 18세기 이후부터 시작되었는데, 1749년 알렉산더 윌슨이 연에 온도계를 달아 날린 것이 최초의 고층 기상 관측으로 알려져 있다. 1783년 몽골피에 형제와 자크 샤를이 기구를 이용한 유인 비행에 성공한 이후에는 기구에 관측 장비와 사람을 태워 고층 대기를 관측하기도 했다.

1880년대 이후 1883년에 더글러스 아키보가 연을 이용한 고층 풍 관측을 시작했지만, 고도 3000m 이상의 관측이 불가능했기 때문에 곧 사라졌다. 1892년에는 엘미트(Gustave Hermite)가 탐측 기구(Sounding balloon)를 이용하여 무인 기구에 기온, 습도, 기압 등을 측정하는 장치를 달아 날려 성층권을 발견하기도 했다. 그러나 관측 장비 회수에 시간과 노력이 많이 들고, 관측 결과를 즉시 일기 예보에 활용할 수 없다는 단점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 1902년 뷔로 등에 의해 기온, 습도, 기압 관측 결과를 무선으로 전송하는 라디오존데가 개발되었다.[39] 1908년에는 색깔이 있는 기구를 날려 1대 또는 여러 대의 측풍 경위의로 눈으로 기구를 추적하여 풍향·풍속을 관측하는 측풍기구 관측도 시작되었다. 하지만 눈으로 관측하는 것은 악천후나 야간에는 관측이 불가능했기 때문에, 기구에 작은 전구를 달거나 소형 무선 발신기를 달아 지상에서 전파를 이용해 풍향, 풍속을 측정하는 방법이 사용되기도 했다. (현재는 레이윈존데로부터의 전파를 자동 추적하는 방향 탐지기나 GPS존데의 관측 결과에 따라 풍향·풍속을 관측할 수 있다.)

1950년대 후반 이후에는 기구에 특수 관측 장치를 탑재한 오존존데와 이슬점 존데, 로켓존데, 드롭존데 등도 등장하여 더욱 다양한 고층 기상 관측이 가능해졌다.[39]

대한민국에서는 1920년 8월에 고층기상대가 설립되어 고층 기상 관측을 시작했다. 1921년 4월에는 측풍기구 관측, 1925년 8월에는 탐측 기구 관측, 1944년 9월에는 라디오존데를 이용한 고층 기상 관측이 시작되었다.

3. 3. 해양 기상 관측

해상에서 기상 현상을 관측한다. 기상관측선이나 해양 기상 부이 등을 이용하여 기온, 습도, 기압, 풍향, 풍속, 해수면 온도, 파고 등을 측정한다.[33] 이러한 관측은 해양 활동, 해양 환경 연구, 기상 예보 등에 활용된다.

100년 이상 동안 전 세계 바다에서 수집된 기상 관측 보고서는 안전상의 이유와 일반적인 기상 예보에 도움을 주기 위해 실시간으로 수신되어 왔다. 이러한 보고서는 시놉 코드를 사용하여 코드화되고 무선 또는 위성을 통해 전 세계 기상 기관에 전달된다.[32]

해양 표면 보고의 중요성 때문에, VOS(자발적 관측 선박 프로그램)가 설립되어 선원들이 바다에서 기상 관측을 수행하는 방법을 교육하고, 선박이 항구에 도착했을 때 선상에 사용되는 기상 센서(예: 기압계와 온도계)를 교정하는 방법을 교육한다.[34] 바다에서 수동으로 관측하는 사람들은 여전히 바람 속도를 결정하기 위해 보퍼트 풍력계급을 일반적으로 사용한다.

과거에는 기상관측선을 이용하여 해양 기상을 관측했지만, 관측 지점을 늘리고 장시간 관측을 할 필요성이 커지면서 무인 해양기상부이가 등장하여 20세기 중반부터 보급되었다.

육상과 달리, 위치 제어를 하지 않는 관측선이나 부이는 항상 같은 지점에서 관측할 수 없다.

육상 기상 관측 요소와 거의 같은 것을 관측할 수 있지만, 해류의 방향과 속도, 해수온, 해빙의 유무 등 바다에 특화된 것을 관측할 수 있다는 특징이 있다. 이는 해양학 연구에서도 중요한 방법이다.

3. 4. 항공 기상 관측

항공기의 안전 운항을 위해 공항 등에서 기상 요소들을 관측하는 것을 말한다. 항공 기상 관측에서는 주로 다음과 같은 기상 요소들을 관측한다.

  • 하늘상태: 구름이나 안개로 하늘이 얼마나 덮여 있는지를 나타낸다.
  • 실링: 운량이 6 이상인 구름의 높이이다.
  • 우시정(優視程): 사방을 보았을 때 적어도 절반 이상의 구역을 볼 수 있는 시정을 말한다.
  • 고도계 수정치: 항공기 고도계는 표준 대기를 기준으로 하는 기압계이므로, 실제 대기와의 차이를 수정하는 것이다.


지상 기상 관측은 항공기 이착륙 시 안전 문제 때문에 전통적으로 공항에서 이루어져 왔다. 국제민간항공기구(ICAO)는 고도/해발고도에 따른 기압, 기온, 밀도, 점성의 표준 변화 모델인 국제표준대기(또는 ICAO 표준대기)를 정의한다.[6]

미국에서는 FAA가 대형 공항에서의 기상 관측을 안전상의 이유로 의무화하고 있다. FAA는 ASOS와 같은 자동화된 공항 기상 관측소 구매를 쉽게 하기 위해, 공항에 인증된 기상 관측소 설치에 연방 예산을 사용할 수 있도록 허용한다.[8] 공항 관측 자료는 METAR 관측 코드를 사용하여 전 세계에 전송된다. METAR 보고서는 보통 공항이나 상설 기상 관측소에서 나오며, 1시간에 한 번씩 생성되지만 상황이 크게 변하면 SPECI라는 특별 보고서로 업데이트될 수 있다.[9][10][11][12]

3. 5. 위성 관측

1950년대부터 기상위성의 가시광선 센서와 적외선 레이더를 이용한 관측이 시작되었다.[41] 장파 영역의 전파는 구름에 의한 흡수 문제가 있기 때문에 대기의 창 영역 등을 이용하고 있다. 현재는 온도, 수증기량, 구름의 유무, 풍향·풍속 등을 추정할 수 있다. 또한, 물질의 분포를 추정하여 주로 대기화학 등에도 활용된다.

주요 국가들은 기상 예보를 위해 항상 여러 대의 위성을 운용하고, 데이터를 국제적으로 개방하고 있다. 이 밖에도 각국이 독자적으로 활용하는 위성도 다수 있다.

3. 6. 수문 기상 관측

수문 기상 관측(水文氣象觀測)은 대기 중의 물의 수지, 즉 비나 눈이 내리는 양 및 지표면으로부터의 증발산량(蒸發散量)을 관측한다.[41] 댐의 집수역(集水域)에 쌓인 적설량을 측정하여 눈 녹은 물을 효율적으로 발전에 이용하도록 하며, 집중호우로 인한 홍수를 미리 알아서 대비하고 하천 제방의 높이를 결정하는 등 실용상 중요한 관측이다. 댐의 집수역은 주로 지형이 복잡한 산악지방에 있으므로 우량(雨量) 관측은 3개월간 할 수 있는 자동우량계와 우량 로봇을 이용한다. 빗물이 우량 로봇(직경 14cm의 집수부)에 들어가면 로봇 집 속에 있는 전도형(顚倒型) 우량승을 동작시키고 모스 부호 발생 원통을 회전시켜 1시간마다 자동 스위치가 들어가는 초단파 송신기에 의해 우량을 발신한다. 눈의 경우 적설의 총량을 알기 위해서는 여러 지점의 적설의 깊이와 밀도를 관측한다. 이것을 설량조사(雪量調査)라 한다. 보통은 채설기(採雪器)를 이용하여 설량을 측정한다. 채설기는 직경이 30cm~50cm인 관이며 앞끝에 강철 연모가 붙어 있다. 이것을 적설 속에 수직으로 넣고 끝이 지면에 달하기까지 돌리면서 내린다. 그리고 다시 뽑아서 관 속에 든 눈의 무게를 측정하여 적설의 밀도를 산출한다.

4. 관측 장비 및 방법

기상 관측에는 다양한 장비가 사용된다. 기상관측기는 기상 관측을 위한 기구로, 무선공학 등의 발달에 따라 기상 레이더, 레이윈존데, 기상 위성 등 새로운 관측 장비가 개발되어 사람이 직접 관측하기 어려운 구름이나 상공의 대기 상태를 관측할 수 있게 되었다.[6]

thumb(캘리포니아주) 소재]]

항공기의 안전 운항을 위해 공항에서는 자동화된 기상 관측소(ASOS)를 설치하여 기상 정보를 수집하고, METAR 관측 코드를 사용하여 전 세계에 전송한다.[8][9] METAR 보고서는 보통 1시간마다 생성되지만, 상황이 급변하면 SPECI라는 특별 보고서로 업데이트된다.[9][10][11][12]

해상에서는 부표를 이용하여 기상 관측을 수행한다. 해안 근처에는 큰 정박 부표를, 먼바다에는 작은 표류 부표를 사용한다.[33] 또한, 자발적 관측 선박 프로그램(VOS)을 통해 선원들이 기상 관측을 수행하고, 선박에 사용되는 기상 센서를 교정하도록 교육한다.[34]

일반 시민들도 개인 기상 관측소를 운영하여 관측 자료를 제공할 수 있다. 이러한 자료는 Weather Underground[3] 또는 CWOP[27]와 같은 사이트를 통해 전송되어 기상 기관에서 실시간 상황 진단 및 기상 예보 모델에 활용된다.

증발량은 물을 담은 용기에 받침대를 덮어 측정하는 증발계를 사용한다(팬 증발 방식(영어)).

날씨는 시각에 의존하는 부분이 크다. 레이저를 이용하여 강수 강도 측정, 우설 판별, 시정 측정 등을 실시하여 종합적으로 날씨를 판별하는 현재일기계를 사용하는 경우도 있다.

해면의 조석(조위, 파랑)은 플로트, 수압 센서, 음파 측정을 이용한 검조기나 파랑계 등으로 측정한다.

4. 1. 기온

온도는 물질 표본의 운동 에너지를 측정한 것이다. 온도는 열 접촉 상태에 있는 두 물체 사이의 열 흐름 방향을 결정하는 고유한 물리적 특성이다.[15] 열 흐름이 발생하지 않으면 두 물체의 온도는 같으며,[15] 그렇지 않으면 열이 더 뜨거운 물체에서 더 차가운 물체로 흐른다. 기상학에서 온도는 공기에 노출되지만 직접적인 태양 노출로부터 차폐된 온도계로 측정한다.[16]

세계 대부분 지역에서는 섭씨 눈금을 사용한다. 그러나 미국은 일반인, 산업, 대중적인 기상학 및 정부에서 화씨 온도 눈금을 사용하는 마지막 주요 국가이다.[14] 그럼에도 불구하고 미국에서의 METAR 보고서에는 섭씨 온도(및 이슬점)도 보고된다.

4. 2. 습도

습도는 습도계를 이용하여 측정한다. 건습구 습도계는 건구 온도와 습구 온도를 측정하여 상대 습도를 계산하며, 모발 습도계는 모발의 신축성을 이용한다. 높은 상대습도는 이슬점이 현재 기온에 가깝다는 것을 나타낸다. 상대 습도가 100%이면 이슬점은 현재 온도와 같다. 일정한 이슬점이 주어지면 온도가 상승할 때 상대 습도는 감소한다.[17]

4. 3. 기압

기압은 기압계를 이용하여 측정한다. 수은 기압계, 아네로이드 기압계 등이 사용된다.[21] 해면 기압(SLP)은 해수면의 기압 또는 육지의 특정 고도에서 측정되는 경우, 관측소 온도에서 등온층을 가정하여 해수면으로 환산된 관측소 기압이다. 이것은 라디오, 텔레비전, 신문이나 인터넷에서 일반적으로 일기 예보에 제시되는 기압이다. 가정의 기압계가 지역 일기 예보와 일치하도록 설정되면 실제 지역 대기압이 아닌 해수면으로 환산된 기압을 측정한다. 해수면으로 환산한다는 것은 기압의 ''일반적인 변동 범위''가 모든 사람에게 동일하다는 것을 의미한다. ''고기압'' 또는 ''저기압''으로 간주되는 기압은 지리적 위치에 따라 달라지지 않으므로, 일기 예보 지도의 등압선이 의미 있고 유용한 도구가 된다.

4. 4. 풍향/풍속

풍속계와 풍향계, 또는 풍향 풍속계를 사용하여 지상 고도(AGL) 10m 표준 높이에서 풍향과 풍속을 측정한다.[19] 풍향은 북쪽을 0도 또는 360도로 나타내는 각도를 사용하여 측정하며, 값은 북쪽에서 시계 방향으로 0부터 증가한다.[19] 미국에서는 2분 평균으로,[19] 다른 지역에서는 10분 평균으로 평균 풍속을 측정한다.[20] 샘플링 기간 동안 최고점과 최저점 사이의 풍속 변화가 10kn를 초과하는 경우 돌풍이 보고된다.[19]

4. 5. 강수량

우량계를 이용하여 용기에 모인 빗물의 양을 측정한다. 비로 인한 재해를 감시·예방하는 관점에서 기상관측 기관뿐만 아니라 치수, 도로, 철도, 임업 등의 기관에서도 우량계를 설치하고 있다. 또한, 기상레이더의 관측값은 높은 분해능을 얻을 수 있는 반면, 오차가 크기 때문에 우량계 값을 이용하여 보정할 필요가 있다. 특수한 것으로는 빗방울 크기 측정이나 우설 판별을 하는 우적계, 강수 유무를 판별하는 감우계가 있다. 댐의 집수역은 주로 지형이 복잡한 산악지방에 있으므로 우량(雨量) 관측은 3개월간 할 수 있는 자동우량계와 우량 로봇을 이용한다. 빗물이 우량 로봇(직경 14cm의 집수부)에 들어가면 로봇 집 속에 있는 전도형(顚倒型) 우량승을 동작시키고 모스의 숫자 부호 발생 원통을 회전시켜 1시간마다 자동 스위치가 들어가는 초단파 송신기에 의해 우량을 발신한다.[13]

4. 6. 적설량

적설량은 자(설척)나 기계식 적설계를 이용하여 적설의 깊이를 측정한다.[25]

4. 7. 일사량/일조시간

일사량은 센서를 이용한 일사계로 측정한다. 직사광선만을 측정하는 직달일사계와 하늘 전체의 햇빛을 측정하는 전천일사계가 있다. 일조시간은 직달일사계와 같은 구조의 센서인 일조계로 직달일사 120W/m2 이상의 시간을 측정한다.

4. 8. 시정

시정은 전 세계 대부분의 지역에서 미터 단위로 측정되지만, 미국에서는 법정 마일로 보고된다.[14] 활주로 시정은 전 세계 많은 지역에서는 미터 단위로, 미국에서는 피트 단위로 측정된다.[14] 시정은 시정계를 이용하여 측정하며, 사람이 직접 눈으로 관측하는 경우도 있다.

4. 9. 구름

구름은 운고계를 이용하여 관측하며, 운형(구름의 형태) 또한 중요한 관측 요소이다. 기상학에서 구름의 높이는 운량이 6 이상인 구름을 기준으로 측정한다.[13] 이러한 전문적인 장비를 이용하는 관측 외에도, 사람이 직접 눈으로 하늘을 관측하여 구름의 양이나 형태를 파악하기도 한다.

4. 10. 해수면 온도

해수 온도는 온도계를 이용하여 측정한다.[16] 해안 근처에는 더 큰 정박 부표가 사용되고, 더 먼 바다에서는 더 작은 표류 부표가 사용된다.[33]

5. 기상 관측의 활용

기상 관측 자료는 일상생활뿐만 아니라 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다.


  • 일기 예보: 기상 관측 자료를 바탕으로 수치 예보 모델을 운영하여 미래의 날씨를 예측한다.
  • 기후 변화 연구: 장기간의 기상 관측 자료를 분석하여 기후 변화의 경향을 파악하고, 미래의 기후를 예측하여 대응 정책을 수립한다.
  • 재해 예방: 태풍, 집중호우, 폭설, 가뭄 등 기상 재해를 감시하고 예측하여 피해를 최소화한다. 대한민국은 재난안전법에 따라 기상 특보 시스템을 운영하고 있다.
  • 농업: 기상 관측은 작물 생육에 적합한 환경을 조성하고, 병충해 발생을 예측하여 농업 생산성을 높이는 데 활용된다.
  • 항공/해양: 항공기와 선박의 안전 운항을 위해 필요한 기상 정보를 제공한다.
  • 기타: "기후는 예상하는 것이고, 날씨는 실제로 얻는 것"이라는 문구처럼, 기상 관측은 우리가 예상하는 기후와 실제 날씨의 차이를 이해하는 데 도움을 준다.[37]

5. 1. 일기 예보

기상 관측 자료를 바탕으로 수치 예보 모델을 운영하여 미래의 날씨를 예측하는 것은 가장 대표적인 활용 분야이다.

국제민간항공기구(ICAO)는 고도/해발고도에 따른 기압, 기온, 밀도, 점성의 표준 변화 모델인 국제표준대기(또는 ICAO 표준대기)를 정의한다. 이는 계기 보정 및 항공기 설계에 유용하며, 관측소의 기압을 해면기압(SLP)으로 환산하여 일기도에 사용된다.[6][7]

미국에서는 FAA가 안전상의 이유로 대형 공항에서 기상 관측을 의무화하고 있다. FAA는 공항에 인증된 기상 관측소 설치에 연방 예산을 사용할 수 있도록 허용한다.[8] 그런 다음 공항 관측 자료는 METAR 관측 코드를 사용하여 전 세계에 전송된다. METAR 보고서는 일반적으로 공항이나 상설 기상 관측소에서 나오며, 1시간에 한 번 생성되지만 상황이 크게 바뀌면 SPECI라고 하는 특별 보고서로 업데이트될 수 있다.[9][10][11][12]

지표 기상 관측에는 다음과 같은 요소가 포함될 수 있다.

  • '''관측소 식별자:''' METAR 관측의 경우 네 글자로 구성되며,[13] 첫 번째 글자는 관측소가 위치한 세계 지역을 나타낸다.
  • '''시정''': 전 세계 대부분의 지역에서 미터 단위로 측정되지만, 미국에서는 법정 마일로 보고된다.[14]
  • '''활주로 시정''': 전 세계 많은 지역에서는 미터 단위로, 미국에서는 피트 단위로 측정된다.[14]
  • '''온도''': 기상학에서 온도는 공기에 노출되지만 직접적인 태양 노출로부터 차폐된 온도계로 측정된다.[16] 세계 대부분 지역에서는 섭씨 눈금을 사용하지만, 미국은 화씨 온도 눈금을 사용한다.[14]
  • '''이슬점''': 주어진 기단이 일정한 기압에서 수증기가 물로 응축되도록 냉각되어야 하는 온도이다. 일반 항공 조종사에게 중요한 통계량이며, 기화기 결빙 및 안개의 가능성을 계산하는 데 사용된다.
  • '''풍''': 지상 고도(AGL) 표준 높이에 위치한 풍속계와 풍향계, 또는 풍향 풍속계를 사용하여 결정된다. 풍향은 북쪽을 0도 또는 360도로 나타내는 각도를 사용하여 측정하며, 값은 북쪽에서 시계 방향으로 0부터 증가한다.
  • '''해면 기압'''(SLP): 해수면의 기압 또는 관측소 온도에서 등온층을 가정하여 해수면으로 환산된 관측소 기압이다. 일기 예보에 제시되는 기압이다.[21]
  • '''고도계 설정''': 항공에서 사용되는 용어 및 수량이다. 평균 해수면의 지역 또는 지역 대기압을 고도계 설정이라고 하며, 주어진 QNH 비행장에서 지상 고도를 표시하도록 고도계를 보정하는 기압이다.[22]
  • '''현재 기상''': 시정 제한 또는 천둥 또는 돌풍의 존재를 나타내는 관측 결과에 보고되어 공항에서 이착륙하는 동안 발생할 수 있는 위험을 항공에 알린다.
  • '''강수 강도''': 주로 기상학적 관심사를 위해 측정된다. 강한 강수는 시정을 제한할 수 있으므로 항공에도 관심사가 될 수 있다.
  • '''강수량''': 지난 1, 3, 6 또는 24시간 동안의 강수량은 예보된 강수량을 검증하고 관측소 기후를 결정하는 기상학자에게 특히 관심이 있다.
  • '''적설량''': 지난 6시간 동안의 적설량은 기상 및 기후학적 관심사를 위해 측정된다.
  • '''적설 심도''': 하루에 한 번 기상 및 기후학적 관심사를 위해 측정된다. 그러나 강설 기간에는 최근 적설량을 결정하기 위해 6시간마다 측정된다.[25]


METAR에서 부호화된 지상 관측소에서 수집된 데이터는 전화선이나 무선 기술을 통해 전 세계로 전달된다. 많은 국가의 기상청에서는 이 데이터를 관측소 모델을 사용하여 기상도에 표시한다. 관측소 모델은 특정 보고 관측소에서 발생하는 날씨를 보여주는 상징적인 그림이다.[28]

기상도는 대기의 여러 높이, 이 경우 지표면의 여러 기상량 분석을 빠르게 보여주는 정보를 표시하는 데 사용된다.[30] 관측소 모델이 포함된 지도는 등온선을 그리는 데 도움이 되어 온도 경도를 더 쉽게 식별할 수 있으며,[31] 전선의 위치를 파악하는 데 도움이 될 수 있다. 일반적인 지상 기상도의 한 유형은 지상 기상 분석이며, 등압선을 표시하여 고기압과 저기압 영역을 나타낸다.

기후와 일상적인 날씨의 주된 차이점은 "기후는 예상하는 것이고, 날씨는 실제로 얻는 것"이라는 일반적인 문구로 가장 잘 요약된다.[37]

5. 2. 기후 변화 연구

기후는 장기간에 걸쳐 나타나는 날씨의 평균적인 상태를 의미하며, 일반적으로 30년 동안의 관측 자료를 바탕으로 한다.[35] 기후에는 평균값뿐만 아니라, 일일 또는 연간 변화의 크기와 같은 다양한 통계적 자료도 포함된다.[4]

장기간의 기상 관측 자료를 분석하면 기후 변화의 경향을 파악하고, 이를 통해 미래의 기후를 예측할 수 있다. 대한민국은 이러한 기상 관측 자료를 활용하여 온실가스 감축, 기후 변화 적응 정책 등을 수립하고 시행한다.

5. 3. 재해 예방

태풍, 집중호우, 폭설, 가뭄 등 기상 재해를 감시하고 예측하여 피해를 최소화한다. 대한민국은 재난안전법에 따라 기상 특보 시스템을 운영하고 있다.

5. 4. 농업

기상 관측은 작물 생육에 적합한 환경을 조성하고, 병충해 발생을 예측하여 농업 생산성을 높이는 데 활용된다.

5. 5. 항공/해양

항공기와 선박의 안전 운항을 위해 필요한 기상 정보를 제공한다.

항공 기상 관측은 공항 등에서 항공기의 안전을 위해 기상 요소들을 관측하는 것을 말한다. 주로 하늘상태, 실링, 우시정, 고도계 수정치 등을 관측한다.[6] 국제민간항공기구(ICAO)는 ICAO 표준대기를 정의하여 계기 보정 및 항공기 설계에 활용하며,[7] FAA는 대형 공항에서 기상 관측을 의무화하고 자동화된 공항 기상 관측소 설치를 지원한다.[8] 공항 관측 자료는 METAR 코드를 통해 전 세계에 전송되며, 보고서는 보통 1시간마다 생성되지만 상황에 따라 특별 보고서로 업데이트될 수 있다.[9][10][11][12]

METAR 관측에서 위치 식별자는 네 글자로 구성되며, 첫 글자는 관측소 위치 지역(태평양 주변 P, 유럽 E), 두 번째 글자는 국가/주를 나타낸다. (하와이 PH, 영국 EG, 캐나다 C, 미국 본토 K) 나머지 글자는 위치나 공항 이름이다.[13] 시정은 미국에서는 법정 마일, 그 외 지역에서는 미터 단위로 측정된다.[14] 활주로 시정은 미국에서는 피트, 다른 지역에서는 미터 단위로 측정된다.[14] 온도는 세계 대부분 지역에서 섭씨 눈금을 사용하지만, 미국은 화씨를 사용한다.[14] 이슬점은 수증기가 물로 응결되는 온도이며, 상대습도와 관련이 있다.[17] 풍은 풍속계와 풍향계로 측정되며, 풍향은 북쪽을 0도 또는 360도로 하여 시계 방향으로 측정한다.[19][20] 해면 기압은 일기 예보에 사용되는 기압이며, 고도계 설정은 주어진 비행장에서 지상 고도를 표시하도록 고도계를 보정하는 기압이다.[21][22] 현재 기상은 시정 제한, 천둥, 돌풍 등 항공 위험을 알린다.[23]

기상도는 관측소 모델을 사용하여 특정 보고 관측소에서 발생하는 날씨를 보여준다.[28][29]

100년 이상 동안 전 세계 바다에서 수집된 기상 관측 보고서는 안전과 기상 예보를 위해 실시간으로 수신되며, 시놉 코드로 코드화되어 전달된다.[32] 부표 보고서는 자동화되어 해당 국가에서 관리하며, 해안 근처에는 정박 부표, 먼 바다에는 표류 부표가 사용된다.[33] VOS(자발적 관측 선박 프로그램)는 선원들에게 기상 관측 및 센서 교정을 교육한다.[34]

5. 6. 기타

기후와 날씨의 주된 차이점은 "기후는 예상하는 것이고, 날씨는 실제로 얻는 것"이라는 문구로 요약할 수 있다.[37]

6. 한국의 기상 관측

대한민국은 조선시대부터 독자적인 기상 관측 역사를 가지고 있다. 세종은 1442년 측우기와 수표를 만들어 기구를 사용한 정량적 관측을 시작했다.[41]

6. 1. 조선시대

1441년(세종 23년) 조선에서 측우기를 발명하여 강수량을 측정했다. 이는 세계 최초의 우량계로 알려져 있다.[41] 측우기는 전국 8도 330여 개 군현에 설치되어 강수량을 측정하고 농업에 활용했다. 1442년에는 수표를 제작하여 하천의 수위를 측정했다.

6. 2. 근대

1873년 제1회 국제기상회의에서 기상 관측의 통일된 규격이 논의되었고, 이후부터 실시되었다. 제2차 세계대전 이후 기상 관측은 좀 더 조직화되었다.[41]

6. 3. 현대

1949년 대한민국 정부 수립 이후 국립중앙관상대가 발족했다. 1982년 국립중앙관상대는 중앙기상대로 개편되었고, 1990년 기상청으로 승격되었다. 현재 기상청은 전국 500여 곳에 자동기상관측장비(AWS)를 설치하여 실시간으로 기상 정보를 수집하고 있다. 기상청은 슈퍼컴퓨터를 활용한 수치 예보 모델을 운영하여 정확한 일기 예보를 제공하고 있다. 대한민국은 세계기상기구(WMO) 회원국으로서 국제 기상 협력에 적극 참여하고 있다.

7. 미래 전망

기상 관측 기술은 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷(IoT) 등 첨단 기술과 융합하여 더욱 발전할 것으로 예상된다. 고해상도 위성 영상, 드론, 레이더 등을 활용한 입체적인 기상 관측이 가능해질 것이다. 기후 변화로 인한 극한 기상 현상이 증가하면서, 기상 관측의 중요성은 더욱 커질 것이다.

대한민국은 기상 관측 기술 개발에 지속적으로 투자하여 기상 재해로부터 국민의 안전을 지키고, 다양한 분야에서 기상 정보를 활용할 수 있도록 노력해야 한다.

참조

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[2] 웹사이트 WOW - A new weather website for everyone https://web.archive.[...] Met Office 2011-02-11
[3] 웹사이트 Personal Weather Station http://www.wundergro[...] 2008-03-09
[4] 웹사이트 Climate Averages http://www.metoffice[...] 2008-03-09
[5] 논문 History of surface weather observations in the United States https://www.scienced[...] 2009-04-01
[6] 간행물 Manual of the ICAO Standard Atmosphere (extended to 80 kilometres (262 500 feet)) http://www.icao.int/[...] ICAO 1993
[7] 논문 An Example of Uncertainty in Sea Level Pressure Reduction http://ams.allenpres[...] 2008-03-29
[8] 웹사이트 Why buy an AWOS? http://www.allweathe[...] 2008-01-12
[9] 웹사이트 METAR Home Page http://www.ncdc.noaa[...] 2008-01-12
[10] 웹사이트 Manual of Surface Weather Observation Standards (MANOBS) 8th Edition, Amendment 1 https://www.canada.c[...] Environment and Climate Change Canada 2023-02-04
[11] 서적 Training Guide in Surface Weather Observations https://www.weather.[...] U.S. DEPARTMENT OF COMMERCE NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION National Weather Service Office of Systems Operations Systems Integration Division Observing Systems Branch 1998-05-01
[12] 서적 U.S. DEPARTMENT OF TRANSPORTATION FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION ORDER JO 7900.5E U.S. DEPARTMENT OF TRANSPORTATION FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION 2020-01-15
[13] 웹사이트 Coding the Type of Report, Station Identifier, Date/Time, and Report Modifier groups http://www.met.tamu.[...] 2008-04-06
[14] 웹사이트 Frequently Asked Questions about METAR/SPECI and TAF http://www.nws.noaa.[...] 2008-04-06
[15] 웹사이트 Temperature http://amsglossary.a[...] 2008-04-06
[16] 웹사이트 Air Temperature http://amsglossary.a[...] 2008-04-06
[17] 웹사이트 Dewpoint http://amsglossary.a[...] 2008-04-06
[18] 웹사이트 Dewpoint Formula http://amsglossary.a[...] 2008-04-06
[19] 웹사이트 Federal Meteorological Handbook No. 1 - Surface Weather Observations and Reports September 2005 Appendix A: Glossary https://web.archive.[...] Office of the Federal Coordinator for Meteorology 2008-04-06
[20] 웹사이트 Frequently Asked Questions Subject D4) What does "maximum sustained wind" mean? How does it relate to gusts in tropical cyclones? http://www.aoml.noaa[...] 2008-04-06
[21] 논문 An Example of Uncertainty in Sea Level Pressure Reduction http://ams.allenpres[...] 2008-04-14
[22] 웹사이트 Understanding Air Pressure https://www.usatoday[...] 2008-04-14
[23] 웹사이트 Present Weather Group w'w'(ww) http://www.met.tamu.[...] 2008-04-14
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[25] 웹사이트 How to Take Snow Measurements http://www.madis-fsl[...] 2008-04-14
[26] 웹사이트 Key to METAR Surface Weather Observations http://www.ncdc.noaa[...] 2008-03-09
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[29] 웹사이트 LAB J: Weather Maps and Humidity http://faculty.icc.e[...] 2008-03-27
[30] 웹사이트 Chart http://encarta.msn.c[...] 2007-11-25
[31] 웹사이트 AIR TEMPERATURE PATTERNS http://dstreme.comet[...] 2007-11-25
[32] 웹사이트 National Weather Service Observing Handbook 1: Marine Surface Weather Observations http://www.vos.noaa.[...] 2008-01-13
[33] 웹사이트 Moored Buoy Program http://www.ndbc.noaa[...] 2008-01-13
[34] 웹사이트 The WMO Voluntary Observing Ships (VOS) Scheme http://www.vos.noaa.[...] 2008-01-13
[35] 웹사이트 Climate http://amsglossary.a[...] 2008-03-09
[36] 웹사이트 Appendix I: Glossary http://www.grida.no/[...] 2007-06-01
[37] 웹사이트 Main page http://www.wrh.noaa.[...] 2007-06-01
[38] 웹사이트 中国、「違法な」測候所を取り締まり　スパイ防止活動の新たな標的に https://www.cnn.co.j[...] CNN 2023-11-02
[39] 뉴스 世界的な航空便の欠航で天気予報の精度低下も 世界気象機関 https://www3.nhk.or.[...]
[40] 웹사이트 https://www.data.jma[...]
[41] 서적 파스칼 세계대백과사전

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