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라디오존데

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목차

1. 개요

라디오존데는 기상 관측을 위해 기구에 매달아 대기 중으로 띄워 올려 기압, 온도, 습도, 풍향, 풍속 등의 기상 데이터를 측정하고 지상으로 전송하는 장치이다. 19세기 후반 연과 기상기록계를 이용한 관측에서 시작되어, 20세기 초 무선 기술의 발달로 라디오존데가 발명되었다. 라디오존데는 GPS 정보를 활용하여 풍속과 풍향을 측정하며, 전 세계적으로 매일 수백 개가 발사되어 기상 예보, 기상 현상 연구, 수치 예보 등에 활용된다. 국제 협력을 통해 데이터가 공유되며, 한국을 포함한 각국은 관련 법규에 따라 라디오존데를 운용한다.

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라디오존데
라디오존데
라디오존데
라디오존데
유형기상 관측 장비
사용 목적대기 상층의 기상 관측
측정 요소기압
기온
습도
풍향
풍속
작동 방식
작동 원리센서로 측정한 데이터를 무선으로 지상국에 전송
운반 수단기상 관측 기구
관측 고도대략 30 km
데이터 전송 방식무선 전송
구성 요소
주요 구성센서
데이터 처리 장치
무선 송신기
센서 종류기압 센서
기온 센서
습도 센서
풍향/풍속 센서
전원 공급배터리
역사
개발 시기1920년대 후반
초기 형태가볍고 작은 무선 송신기
초기 사용군사 및 과학 연구 목적
활용
주요 활용 분야기상 예보
기후 연구
항공 기상 관측
관측 빈도전 세계적으로 하루에 두 번 발사
관측 자료실시간으로 기상청에 전송
오존 측정오존존데를 이용하여 오존층 관측
기타
대체 기술위성 관측, 드론
관련 연구측정 정확도 향상 및 새로운 센서 개발

2. 역사

기상학에서 지상 관측만큼 중요한 고층 기상 관측은 초기에는 연이나 기구에 기상기록계를 매달아 올린 뒤 회수하는 방식으로 이루어졌다. 1898년 레옹 테세랑 드 보르는 기구를 이용한 정기적인 관측을 통해 대류권계면과 성층권을 발견하는 중요한 성과를 거두었다.[4] 그러나 관측 장비를 회수해야만 데이터를 얻을 수 있다는 한계가 있었다.[45]

이러한 한계를 극복한 것이 무선 통신 기술을 이용한 라디오존데이다. 1929년 프랑스의 Robert Bureau|로베르 뷔로프랑스어가 기상 센서의 측정값을 원격으로 전송하는 최초의 진정한 라디오존데를 개발하고 명명했으며[4][5], 이듬해 소련의 파벨 몰차노프는 사용하기 쉬운 방식의 라디오존데를 개발하여 널리 보급되는 표준을 만들었다.[6] 이후 라디오존데 기술은 세르게이 베르노프의 우주선 측정[6][7], 미국 표준국(NBS)의 해리 다이아몬드 주도하의 성능 개선[8][9][10] 등 지속적인 발전을 거듭했다.

1930년대 이후 많은 국가에서 정기적인 라디오존데 관측 프로그램을 시작했으며, 기술은 지구 대기권을 넘어 1985년 소련의 베가 계획처럼 금성과 같은 다른 행성 탐사에도 활용되었다.

오늘날 인공위성이나 원격 감지 기술이 발달했음에도, 라디오존데는 약 30km 고도까지 30m 이하의 높은 수직 해상도로 대기를 직접 관측할 수 있는 중요한 수단으로 남아 현대 기상학에 필수적인 역할을 하고 있다.[2] 전 세계적으로 매일 수백 개의 라디오존데가 발사되지만, 드물게 1943년 미국에서의 감전사고[14][15]나 1970년 소련 여객기 충돌 사고와 같은 사고가 발생하기도 했다.

2. 1. 초기 역사

연으로 날린 기상기록계


1898년 미국 기상국에서 사용한 기상기록계


1936년 워싱턴 D.C. 근처에서 미국 표준국 직원들이 라디오존데를 발사하는 모습


지상에서의 기상 관측만큼 중요한 것이 높은 하늘의 상태를 알아보는 고층 기상 관측이다. 고층 기상의 규칙성을 이해하는 것은 대기역학의 발전을 이끌었고, 수치 예보 모델 개발 등 현대 일기 예보에 필수적인 역할을 하고 있다.

18세기 말 기구가 발명된 이후, 사람들은 기구를 타고 하늘 높이 올라가 상층 대기를 탐험하고 관측하기 시작했다. 초기에는 관측자가 직접 기구에 탑승하여 기상 상태를 기록해야 했기에, 기구의 곤돌라는 "젊은 기상학자를 기르는 요람"으로 불리기도 했다. 하지만 높은 고도에서는 산소 공급이 어려웠고, 사람과 장비를 태운 무거운 기구를 띄우는 데 한계가 있어 10km 정도가 유인 기구의 한계 고도로 여겨졌다. 1862년 영국의 기상학자 제임스 글레이셔는 약 12km 고도까지 오르는 기록을 세웠지만, 하강 과정에서 산소 부족과 추위로 목숨을 잃을 뻔한 위험한 비행이었다.[44]

이러한 위험 때문에 가볍고 자동으로 측정값을 기록하는 기상기록계가 발명되면서, 사람이 타지 않는 무인 기구를 이용한 관측이 점차 주류가 되었다. 프랑스의 귀스타브 에르미트와 조르주 베상송은 1892년 최초로 기상기록계(기압과 온도를 측정하는 기록 장치)를 기구에 매달아 띄우는 데 성공했다. 1898년에는 레옹 테세랑 드 보르가 트라프의 ''동역학 기상대(Observatoire de Météorologie Dynamique de Trappes)''에서 이러한 기구를 이용한 최초의 정기적인 일일 관측을 시작했다. 이 관측을 통해 그는 특정 고도까지는 높이 올라갈수록 기온이 낮아지지만, 그 이상에서는 기온이 안정적으로 유지된다는 사실을 발견했고, 1902년 대류권계면과 성층권의 존재를 발표했다.[4] 독일의 리하르트 아스만과 영국의 윌리엄 헨리 다인스 등 다른 연구자들도 비슷한 시기에 유사한 장비로 연구를 진행했다.

하지만 무인 기구 관측 역시 측정기를 회수해야만 기록된 데이터를 얻을 수 있다는 불편함이 있었다.[45] 또한, 19세기 후반에는 연에 기상기록계를 매달아 날리는 시도도 있었으나, 연이 지상과 연결되어 있어 바람이 강할 때 조종이 어렵고 관측 고도가 낮다는 한계가 있었다.

이러한 문제를 해결한 것이 바로 라디오존데의 발명이었다. 1924년 미국 육군 통신대의 윌리엄 블레어 대령은 무선 회로가 온도에 따라 전기적 특성이 변하는 현상을 이용한 초기 실험을 수행했다. 최초의 진정한 라디오존데, 즉 기상 센서의 측정값을 부호화하여 무선으로 지상에 전송하는 장비는 프랑스의 Robert Bureau|로베르 뷔로프랑스어가 발명했다. 그는 이 장치에 "라디오존데"라는 이름을 붙였고, 1929년 1월 7일 첫 비행에 성공했다.[4][5]

독자적으로 연구를 진행하던 소련의 파벨 몰차노프는 1년 뒤인 1930년 1월 30일 자신의 라디오존데를 비행시켰다. 몰차노프의 설계는 센서 측정값을 모스 부호로 변환하여 전송하는 간단한 방식이었기 때문에 특별한 장비나 교육 없이도 쉽게 사용할 수 있어 널리 보급되는 표준이 되었다.[6]

몰차노프의 라디오존데를 개조한 세르게이 베르노프는 1935년 4월 1일, 가이거 계수기를 탑재한 라디오존데를 13.6km 상공까지 띄워 고고도 우주선(cosmic ray)을 측정하는 데 성공했다. 이는 라디오존데를 이용한 새로운 연구 분야를 개척한 중요한 성과였다.[6][7]

1936년, 미국 해군은 미국 표준국(NBS)에 자체적으로 사용할 라디오존데 개발을 의뢰했다.[8] 이 프로젝트는 항공기의 무착륙 시스템 등을 연구했던 해리 다이아몬드가 이끌게 되었다.[9] 다이아몬드 팀은 1937년 오디오 주파수를 이용하는 새로운 방식의 라디오존데를 개발했으며, 전기 센서를 사용하여 기존 장비보다 더 높은 고도에서 온도와 습도를 정확하게 측정할 수 있었다.[8][10] 1938년에는 라디오존데 신호를 수신하는 지상 장비를 개발하여 해군이 NBS 라디오존데를 운용할 수 있게 했고, 1940년에는 기압에 따라 온도와 습도를 측정하는 기능과 구름 두께, 빛의 강도를 측정하는 기능까지 추가했다.[8][12] 약 25USD의 비용과 1kg 이상의 무게를 가졌던 이 NBS 라디오존데는 지속적인 개선을 통해 정확도를 높였고, 수십만 개가 생산되어 연구 목적으로 사용되었으며 결국 미국 기상국의 공식 장비로 채택되었다.[8][10]

라디오존데의 발명으로 기상 관측 데이터를 실시간으로 얻을 수 있게 되면서, 1930년대에는 경제적으로 중요성이 커진 기상 예보 서비스를 위해 많은 국가에서 정기적인 라디오존데 관측 프로그램을 시작했다.

2. 2. 라디오존데의 발명과 발전



제2차 세계 대전 중 미 해군이 라디오존데를 발사하는 모습


초기 고층 기상 관측은 기구에 사람이 직접 타거나, 기상기록계와 같은 장비를 매달아 올린 뒤 회수하는 방식으로 이루어졌다. 유인 관측은 고도의 위험성이 따랐고[44], 무인 관측 역시 관측 장비를 회수해야만 데이터를 얻을 수 있다는 불편함이 있었다.[45] 이러한 한계를 극복하고 실시간으로 고층 기상 데이터를 얻기 위한 노력이 라디오존데의 발명으로 이어졌다.

1924년, 미국 육군 신호대의 윌리엄 블레어(William Blair) 대령은 무선 회로의 온도 의존성을 이용한 초기 실험을 진행했다. 이는 라디오존데의 개념으로 이어지는 중요한 시도였으나, 기상 센서로부터 정밀한 데이터를 부호화하여 원격 전송하는 진정한 의미의 라디오존데는 아니었다.

최초의 라디오존데는 프랑스의 로베르 뷔로(Robert Bureau)에 의해 발명되었다. 그는 "라디오존데"라는 이름을 직접 만들었으며, 1929년 1월 7일 첫 장비를 성공적으로 비행시켰다.[4][5] 이듬해인 1930년 1월 30일, 소련의 파벨 몰차노프는 독자적으로 개발한 라디오존데를 비행시키는 데 성공했다. 몰차노프의 설계는 구조가 간단하고 센서 측정값을 모스 부호로 변환하여 전송했기 때문에 특별한 장비나 훈련 없이도 쉽게 사용할 수 있었다. 이러한 장점 덕분에 몰차노프 방식은 빠르게 표준으로 자리 잡으며 널리 사용되었다.[6][46]

라디오존데 기술은 기상 관측을 넘어 다른 과학 분야에도 응용되었다. 세르게이 베르노프는 몰차노프의 라디오존데를 개조하여 고고도 우주선 측정에 처음으로 활용했다. 그는 1935년 4월 1일, 가이거 계수기를 탑재한 라디오존데를 이용해 13.6km 상공까지 우주선을 측정하는 데 성공했다.[6][7] 이는 우주선 연구에 중요한 기여를 했으며, 베르노프는 이후에도 라디오존데를 이용하여 지구 자기장에 따른 우주선 강도의 위도 변화를 연구했다.

1936년, 미국 해군은 NBS에 공식적인 라디오존데 개발을 의뢰했다.[8] 이 프로젝트는 항공기 무착륙 시스템 개발 등으로 알려진 해리 다이아몬드가 이끌게 되었다.[9] 다이아몬드는 프랜시스 던모어(Francis Dunmore), 윌버 힌먼 주니어(Wilbur Hinman Jr.)와 함께 1937년, 전기 센서를 사용하여 기존 라디오존데보다 더 높은 고도에서 온도와 습도를 정확하게 측정할 수 있는 새로운 라디오존데를 개발했다.[8][10] 이 NBS 라디오존데는 저항-용량 완화 발진기를 이용한 오디오 주파수 부반송파 변조 방식을 사용했다.

다이아몬드는 1938년에 라디오존데 신호를 수신하는 최초의 지상 수신기를 개발하여 NBS 라디오존데의 실용화를 가능하게 했다. 이듬해인 1939년에는 동료들과 함께 원격지나 접근하기 어려운 지역에서 자동으로 기상 데이터를 수집할 수 있는 지상 기반의 "원격 기상 관측소"를 개발했다.[11] 1940년에는 기압 변화에 따라 작동하는 장치를 추가하여 온도와 습도를 기압의 함수로 측정할 수 있도록 개선했으며, 구름 두께나 빛의 강도 같은 데이터도 수집할 수 있게 되었다.[8][12] 이러한 기술적 개선과 더불어 비용 절감(당시 약 25USD), 무게 감소(1kg 이상), 정확도 향상 등의 장점으로 NBS 방식의 라디오존데는 미국 내에서 널리 보급되었고, 결국 미국 기상국에 의해 공식적으로 채택되었다.[8][10] 해리 다이아몬드는 이러한 공로를 인정받아 1940년 워싱턴 과학 아카데미 공학상, 1943년 IRE 펠로우상(이후 해리 다이아몬드 기념상으로 명칭 변경) 등을 수상했다.[11][13]

1930년대 이후, 기상 예보의 중요성이 커지면서 많은 국가에서 정기적인 라디오존데 관측 프로그램을 시작했다. 라디오존데 기술은 지구 대기권을 넘어 다른 행성 탐사에도 활용되었다. 1985년 소련의 베가 계획에서는 베가 1호와 베가 2호 탐사선이 각각 라디오존데를 금성 대기에 투하하여 약 이틀간 데이터를 전송받는 데 성공했다.

3. 구성 및 작동 원리

라디오존데는 대기과학에서 고층대기의 기상 상태를 관측하기 위해 사용하는 중요한 장비이다. 주로 기온, 습도, 기압 등의 기상 요소를 측정하는 센서와 측정된 데이터를 지상으로 전송하기 위한 무선 송신기, 그리고 이들을 작동시키는 전지 등으로 구성된다.

관측을 위해 라디오존데는 보통 헬륨이나 수소 가스를 채운 기구(풍선)에 매달려 하늘 높이 올라간다. 상승하는 동안 각 고도에서의 기상 데이터를 실시간으로 측정하여 전파를 이용해 지상의 수신 장비로 전송한다. 초기에는 측량기나 레이더를 이용해 위치를 추적하며 바람 정보를 얻었으나, 현대에는 GPS와 같은 위성항법시스템을 이용하여 더욱 정확한 위치와 바람 정보를 파악한다.[16]

일반적으로 라디오존데는 일정 고도까지 상승한 후 풍선이 터지면 낙하산 등을 이용해 천천히 지상으로 떨어진다. 때로는 항공기에서 직접 투하하여 하강하면서 대기를 관측하는 경우도 있는데, 이를 드롭존데라고 부른다.

3. 1. 구성 요소

라디오존데는 주로 측정 장비, 센서류, 무선 송신기, 전자회로 기판, 전지, 송신용 안테나 등으로 구성된다. 보통 온도계와 습도계는 라디오존데에서 튀어나온 암(arm)에 부착되어 있으며, 기압계, 무선 송신기, 전지는 라디오존데 본체 내부에 배치된다.[34] 사용되는 전지로는 소형 적층전지, 주입식 전지(염화은전지), 리튬 1차 전지 등이 있으며, 환경 부하가 적은 것을 선정하여 사용한다. 참고로 반도체가 보급되기 이전에는 소형 진공관을 사용한 회로를 사용했다.

3. 2. 작동 방식

헬륨이나 수소 가스를 채운 고무 또는 라텍스 풍선에 라디오존데를 매달아 대기 중으로 띄운다.[35] 풍선은 분당 약 300m에서 400m의 속도로 상승하며[34], 도달 가능한 최대 고도는 풍선의 직경과 두께에 따라 달라진다. 풍선 크기는 100g에서 3000g까지 다양하며, 라디오존데의 무게는 일반적으로 250g 정도이다.

상승하는 동안 라디오존데는 기온, 습도, 기압 등 기상 자료를 지속적으로 관측한다. 관측된 데이터는 403.3MHz~405.7MHz(100kHz 간격), 1673MHz, 1680MHz, 1687MHz 등의 주파수 대역을 사용하여 무선 신호 형태로 지상으로 실시간 전송된다. 지상에서는 수신기로 이 신호를 받아 데이터를 해독하고 분석하여 고층 대기의 상태를 파악한다.

초기에는 지상에서 측량기를 사용하여 라디오존데의 위치를 추적하며 풍향과 풍속을 추정했다. 이후 신호부대(Signal Corps)에서 SCR-658 레이더를 개발하면서 풍선에 부착된 레이더 표적을 추적하는 방식이 사용되었다. 현대의 라디오존데는 GPS나 무선 방위 탐지기와 같은 기술을 이용하여 더욱 정확하게 위치와 바람 정보를 측정한다.

풍선은 상승하면서 주변 기압이 낮아짐에 따라 점차 팽창한다. 특정 고도에 도달하면(예를 들어, 800g 풍선은 약 21km 고도[16], 600g 풍선은 약 90분 비행 후 30km 상공[34]) 풍선이 더 이상 팽창을 견디지 못하고 터지면서 상승이 종료된다. 일반적인 라디오존데 비행은 약 60분에서 90분 정도 소요된다. 풍선이 터진 후에는 작은 낙하산이 펼쳐져 라디오존데 본체가 천천히 지상으로 하강하거나[34], 때로는 풍선 파편의 공기 저항과 기기 자체의 가벼운 무게에 의존하여 낙하 속도를 줄인다. 필리핀 클라크 공군기지에서 발사된 한 라디오존데는 47270m라는 높은 고도까지 도달한 기록이 있다.

라디오존데는 대부분 일회용이지만, 회수하여 수리하는 것이 더 경제적일 경우 재사용하기도 한다. 이러한 경우를 대비해 라디오존데 케이스에는 발사 기관의 연락처와 함께 회수 시 연락을 부탁하는 문구가 적혀 있기도 한다.

한편, 풍선으로 띄우는 방식 외에 항공기에서 라디오존데를 투하하여 대기를 관측하는 경우도 있는데, 이를 특별히 드롭존데라고 부른다.

4. 분류 및 종류

기구에 매달아 날려 고층 기상 데이터를 전파로 지상에 송신하는 장치를 총칭하여 "라디오존데"라고 부르지만, 관측하는 데이터 종류에 따라 다음과 같이 분류된다.

; 라디오존데(rawinsonde)

: 기압, 기온, 습도 외에 풍향·풍속을 측정하는 기능까지 갖춘 관측 장비를 특정하여 부르는 명칭이다.

; 에코존데

: 측풍 정밀도를 라디오존데보다 높이기 위해 개발된 장비이다. 존데에 무선 송수신 기능을 가진 트랜스폰더를 장착하고, 지상 설비의 펄스 송신기에서 보낸 전파를 존데가 수신한 뒤 응답 전파를 되돌려 보낸다. 이 송수신에 걸린 시간으로 직선거리를 측정한다.

; GPS존데

: 존데가 기상 데이터와 함께 GPS 위성으로부터 자신의 GPS 정보를 받아 DGPS(상대 측위 방식)를 이용해 오차를 수 m 수준까지 보정한다. 이 3차원 위치 정보를 지상으로 보내 기상 데이터와 함께 고도나 풍향·풍속을 관측한다. GPS존데는 크기가 작고 가벼우며, 측풍 관측에 필요한 지상의 방향탐지기 시스템이 필요 없다는 장점 때문에 최근 라디오존데를 대체하며 주류로 자리 잡고 있다. 다만, 18000m 이상의 고도에서는 대륙간탄도미사일과 같은 군사적 용도로 사용되는 것을 막기 위한 대공산권수출통제위원회(COCOM) 규정(COCOM 제한) 때문에 대부분의 GPS 모듈 사용이 제한된다.[38][39][40] 하지만 중국 Quectel사의 GPS 모듈처럼 고도 80km까지 지원하는 '벌룬 모드'를 갖춘 모듈이나,[41][42] 전용 칩 대신 소프트웨어 무선, FPGA, 오픈소스 프로그램(예: GNSS-SDR, RTKLIB)을 활용하여 규제를 피하는 기기들도 제작·사용되고 있다. 심지어 지상파 디지털 방송용 USB 튜너로 GPS 신호를 받아 컴퓨터에서 해석하여 위치를 파악하는 것도 가능하다.[43]

; 방사능 존데

: 상공의 방사선량을 측정하는 존데이다.

; 오존 존데

: 오존 농도를 측정하는 존데이다.

; 에어로졸 존데

: 먼지와 같은 에어로졸을 측정하는 존데이다.

; 전기 존데

: 공중의 전위차를 측정하는 존데이다.

참고로, 일반 라디오존데가 측정하는 항목 외에 다른 요소를 측정하는 기능을 가진 존데를 통틀어 '''특수 존데'''라고 부른다.

5. 국제 협력 및 활용

라디오존데는 습도, 온도, 기압, 풍속 및 풍향 등 상층 대기의 상태를 직접 측정하는 중요한 기상 관측 장비이다.[17] 이렇게 얻어진 시공간적으로 연속적인 고품질 데이터는 지표 관측 자료와 함께 기상 현상을 이해하고 기후 변화 추세를 파악하는 데 필수적이며, 사회 복지 향상을 위한 기상 및 기후 정보 제공의 기반이 된다. 특히, 신뢰성 높고 시의적절한 상층 대기 정보는 극한 기상 현상이나 변화하는 기후 패턴에 대한 사회적 대비 능력을 강화하는 데 기여한다.[17]

전 세계적으로 운영되는 약 1,300개의 라디오존데 관측소는[18] 국제적인 협력을 통해 관측 자료를 공유하며, 이는 일기 예보의 정확도를 높이고 강한 기상 현상에 대한 주의보 및 경보 시스템 운영, 그리고 다양한 대기 연구 활동에 핵심적인 역할을 수행한다.[19][20] 이러한 국제적 관측망과 데이터 공유 체계는 전 지구적 기상 및 기후 변화 감시에 있어 매우 중요하다.

5. 1. 국제 협력

전 세계적으로 약 1,300개의 라디오존데 발사장이 운영되고 있다.[18] 대부분의 국가는 국제 협정을 통해 관측 데이터를 서로 공유하며, 이는 일기 예보, 강한 기상 현상 주의보 및 경보, 그리고 대기 연구에 중요한 기초 자료로 활용된다.[17] 거의 모든 정기적인 라디오존데 발사는 공식 관측 시간인 0000 UTC 및 1200 UTC보다 한 시간 전에 이루어진다. 이는 약 2시간 동안의 상승 과정에서 관측 시간을 중앙에 맞추기 위함이다.[19][20]

주요 국가들의 라디오존데 운영 사례는 다음과 같다.

  • '''미국''': 미국 국립기상청은 미국 본토 69개소, 알래스카 13개소, 태평양 9개소, 푸에르토리코 1개소를 포함한 총 92개소에서 하루 두 번 라디오존데를 발사한다. 또한 카리브해 지역의 10개 라디오존데 관측소 운영을 지원하고 있다.[20] 미국이 운영하는 육상 기반 발사장의 자세한 목록은 연방 기상 안내서 #3(Rawinsonde and Pibal Observations, 1997년 5월)의 부록 C에서 확인할 수 있다.[22][21]

  • '''영국''': 영국은 6개의 발사장에서 바이살라 RS41 라디오존데를 사용하여 하루 네 번(00, 06, 12, 18 UTC 한 시간 전) 발사를 진행한다.[23] 영국 내 발사장은 다음과 같다.[24][25]

발사장위치좌표 (위도, 경도)
캠본영국 남서쪽 끝50.218, -5.327
허스트먼소남동쪽 해안 근처50.89, 0.318
왓널영국 중부53.005, -1.25
캐슬 베이니 (북아일랜드) 남동쪽 모서리 근처54.50, -6.34
알비마르영국 북동부55.02, -1.88
러윅셰틀랜드 (스코틀랜드)60.139, -1.183


5. 2. 활용 분야

라디오존데는 습도, 온도, 기압, 풍속 및 풍향의 대기 프로파일을 측정하는 전통적인 수단이다.[17] 상층 대기 관측에서 얻어지는 고품질의 공간적, 시간적으로 연속적인 데이터와 지표 관측 데이터는 기상 조건과 기후 변화 경향을 이해하고 사회 복지를 향상시키는 데 중요한 기반이 된다. 신뢰할 수 있고 시기적절한 정보는 극한 기상 현상과 변화하는 기후 패턴에 대한 사회의 대비를 뒷받침한다.[17]

전 세계적으로 약 1,300개의 라디오존데 발사 지점이 있으며,[18] 대부분의 국가는 국제 협정을 통해 데이터를 공유한다. 라디오존데 관측은 일기 예보, 강한 기상 현상 주의보 및 경보 발령, 대기 연구에 필수적이다. 거의 모든 정기적인 라디오존데 발사는 공식 관측 시간인 0000 UTC와 1200 UTC보다 약 한 시간 전에 이루어지는데, 이는 약 2시간 동안의 상승 시간 동안 관측 시간을 중앙에 맞추기 위함이다.[19][20] 예를 들어, 미국 국립기상청은 미국 본토 69개소, 알래스카 13개소, 태평양 9개소, 푸에르토리코 1개소를 포함한 총 92개 지점에서 하루 두 번 라디오존데를 발사하며, 카리브해의 10개 관측소 운영도 지원한다.[20] 영국 기상청은 6개 지점에서 하루 네 번(00, 06, 12, 18 UTC 한 시간 전) 라디오존데를 발사한다.[23][24][25]

수집된 상층 대기 원시 데이터는 수치 예보 모델을 실행하는 슈퍼컴퓨터에 의해 정기적으로 처리된다. 예보관들은 종종 Skew-T log-P 도표, 테피그램, 슈투베 도표와 같은 열역학 도표 형태로 데이터를 확인한다. 이 도표들은 대기의 수직 열역학 구조(온도 및 습도 프로파일)와 운동학적 특성(수직 풍속 프로파일)을 해석하는 데 유용하다.[17]

라디오존데 데이터는 수치 예보 모델의 중요한 입력 자료이지만, 존데가 90~120분 동안 비행하며 수백 킬로미터를 이동할 수 있어 모델 초기화 시 오차 발생 우려가 있다.[17] 그러나 이 문제는 성층권의 제트 기류 지역을 제외하면 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보인다.[26] 향후 위치를 정밀하게 제어하고 이동을 보상할 수 있는 기상 드론이 이 문제를 해결할 수 있다.[27]

하지만 극심한 기상 현상과 기후 변화 영향에 취약한 아프리카와 같은 개발도상 지역에서는 지표 및 상층 대기 관측이 부족하다. 2020년 세계기상기구(WMO)는 이 문제의 심각성을 강조하며, "아프리카에서 가장 중요한 지표 기반 관측인 라디오존데 비행 수가 2015년부터 2020년까지 거의 50% 급감했으며, 보고 범위도 더욱 축소되었다"고 지적했다.[28] 지난 20년간 아프리카 국가의 약 82%가 심각한(57%) 또는 중간 정도(25%)의 라디오존데 데이터 공백을 경험했다.[17] 이러한 상황은 전 세계적으로 데이터 공백을 메우고 관측 네트워크의 추가 악화를 막기 위한 긴급한 국제적 노력을 요구한다.[29]

5. 3. 한국의 현황

6. 국제 규정

국제전기통신연합에 따르면, '''기상보조 서비스'''(또는 ''기상보조 무선통신 서비스'')는 ITU 무선규칙(RR) 제1조 50항[30]에 따라 ''"기상학적, 수문학적 관측 및 탐사에 사용되는 무선통신 서비스"''로 정의된다.

또한, ITU RR 제1조 109항[31]에서는 '''라디오존데'''를 다음과 같이 정의한다:

라디오존데는 일반적으로 항공기, 자유 기구, 연 또는 낙하산에 실려 기상 데이터를 전송하는 기상보조 서비스의 자동 무선 송신기이다. 각각의 ''무선 송신기''는 영구적 또는 일시적으로 작동하는 ''무선통신 서비스''에 따라 분류되어야 한다.

라디오존데가 사용하는 주파수 할당은 ITU 무선규칙(2012년판) 제5조에 따라 이루어진다.[32] 주파수 이용의 조화를 위해, 대부분의 서비스 할당은 각국 행정부의 책임 하에 있는 국가별 주파수 할당 및 이용 표에 포함된다. 할당 방식은 다음과 같이 나뉜다.


  • 주 할당(primary): 대문자로 표기된다.
  • 종 할당(secondary): 소문자로 표기된다.
  • 배타적(exclusive) 또는 공유(shared) 이용: 각국 행정부의 결정에 따른다.


민간에서 사용하는 주파수 대역이라도 군사적 목적의 사용은 ITU 무선규칙을 따라야 한다.

; 주파수 할당 예시:

서비스 할당
지역 1지역 2지역 3
401-402 MHz       기상 보조 장비



라디오존데는 무선국의 일종으로, 각국의 전파 관련 법규의 규제를 받는다.

7. 한국의 법규

'''주의: 아래 내용은 일본의 법규에 대한 설명이며, 한국의 법규와는 다를 수 있습니다.'''

일본 총무성령 전파법 시행규칙 제2조 제1항 제42호에서는 라디오존데를 "항공기, 자유기구, 연 또는 낙하산에 통상 장착하는 기상원조업무용 자동송신설비로서 기상자료를 송신하는 것"으로 정의한다. 이는 기상원조국의 일종으로 분류되며, 무선국 면허가 필요하지만 조작에 무선종사자 자격은 요구되지 않는다.[47]

같은 규칙 제13조의 3의 2에는 전파 형식, 주파수, 공중선 전력이 규정되어 있다. 현재 사용되는 주파수는 이 조문에 따른 것으로, 2009년(헤이세이 21년) 디지털화 시점에 정해진 것이다. 사용되는 무선설비는 적합표시 무선설비여야 하며, 일본의 기적마크 표시가 필수적이다.

과거에는 아날로그 방식의 전파 형식을 사용했으며, 주파수는 404.5MHz 및 1600MHz 대역의 3개 파, 공중선 전력은 1W 이하였다. 당시에는 무선기기 형식검정규칙에 따른 검정에 합격한 기기임을 나타내는 검정마크[48] 표시가 필수였다. 이 구형 아날로그 방식 라디오존데에 대한 면허 유효기간은 2019년(레이와 원년) 6월 25일[49]로 만료되어 폐지되었다.

참조

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[2] 웹사이트 Frequently asked questions about NWS observation program http://www.ua.nws.no[...] US National Weather Service, National Oceanic and Atmospheric Administration
[3] 백과사전 Rawinsonde http://www.britannic[...] Encyclopædia Britannica Inc. 2014
[4] 웹사이트 Radiosondage http://www.meteo.fr/[...] Météo-France
[5] 웹사이트 Bureau (Robert) http://www.meteo.fr/[...] Météo-France
[6] 간행물 The Invention and Development of the Radiosonde 2002
[7] 논문 Radio-Transmission of Cosmic Ray Data from the Stratosphere 1935-06-29
[8] 뉴스 The Invention and Development of the Radiosonde, with a Catalog of Upper-Atmospheric Telemetering Probes in the National Museum of American History, Smithsonian Institution https://repository.s[...] Smithsonian Institution Press 2002
[9] 논문 Seventy Years of Radio Science, Technology, Standards, and Measurement at the National Bureau of Standards 1989-12-26
[10] 논문 The radiosonde: The stratosphere laboratory 1941-09
[11] 서적 A Century of Excellence in Measurements, Standards, and Technology https://books.google[...] CRC Press
[12] 웹사이트 NBS radio meteorographs :: Historic Photographs Collection http://nistdigitalar[...]
[13] 웹사이트 Harry Diamond Memorial Award - Past Recipients - IEEE-USA https://ieeeusa.org/[...]
[14] 뉴스 Linemen Cautioned About Disengaging Radiosonde Electrical World 1943-05-15
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[16] 웹사이트 Radiosonde Observations and Their Use in SPARC-Related Investigations http://www.aero.juss[...]
[17] 논문 GNSS Radio Occultation Infilling of the African Radiosonde Data Gaps Reveals Drivers of Tropopause Climate Variability https://agupubs.onli[...] 2022-09-16
[18] 웹사이트 Upper-air observations http://www.wmo.int/p[...]
[19] 웹사이트 Weather Balloons! https://www.weather.[...]
[20] 웹사이트 Radiosondes https://www.weather.[...]
[21] 웹사이트 U.S. Land-based Rawinsode Stations http://www.ofcm.gov/[...]
[22] 웹사이트 Federal Meteorological Handbook #3 http://www.ofcm.gov/[...] Ofcm.gov
[23] 웹사이트 Did You Know? We’re testing new weather balloons: from Cornwall to Antarctica! https://blog.metoffi[...]
[24] 웹사이트 Protecting our observing capability https://www.metoffic[...]
[25] 웹사이트 Synoptic and climate stations https://www.metoffic[...]
[26] 논문 Impact of Balloon Drift Errors in Radiosonde Data on Climate Statistics 2006-07-15
[27] 논문 Confronting the boundary layer data gap: evaluating new and existing methodologies of probing the lower atmosphere https://amt.copernic[...] 2020-07-16
[28] 뉴스 The gaps in the Global Basic Observing Network (GBON) https://library.wmo.[...]
[29] 뉴스 How plugging data gaps will transform our response to climate change https://www.scmp.com[...] 2021-10-31
[30] 규정 ITU Radio Regulations, Section IV. Radio Stations and Systems – Article 1.50, definition: meteorological aids service / meteorological aids radiocommunication service
[31] 규정 ITU Radio Regulations, Section IV. Radio Stations and Systems – Article 1.109, definition: radiosonde
[32] 규정 ITU Radio Regulations, CHAPTER II – Frequencies, ARTICLE 5 Frequency allocations, Section IV – Table of Frequency Allocations
[33] 리다이렉트 #REDIRECT
[34] 백과사전 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典
[35] 백과사전 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典
[36] 웹사이트 https://www1.kaiho.m[...]
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[38] 웹사이트 GPS without limits http://copenhagensub[...] 2018-09
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[41] 웹사이트 GNSS L96 https://www.quectel.[...] 2024-12-26
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[43] 간행물 10分クッキング!　地デジUSBドングルで作る激安GPSナビゲーション https://toragi.cqpub[...] 2017-02
[44] 서적 嵐の正体にせまった科学者たち : 気象予報が現代のかたちになるまで https://www.maruzen-[...] 丸善出版 2013
[45] 웹사이트 気象学と気象予報の発達史: 高層気象観測の始まりと成層圏の発見（1） 概要 https://korechi1.blo[...] 2019-02-18
[46] 서적 気象学と気象予報の発達史　世界でのラジオゾンデ観測の発達 https://www.maruzen-[...] 丸善出版 2018
[47] 법규 電波法施行規則第33条第6号(5)に基づく平成2年郵政省告示第240号第3項第1号(1)
[48] 이미지 RS2-91型レーウィンゾンデの写真にある円形マーク
[49] 법규 平成21年総務省令第66号による電波法施行規則改正附則第3項


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