우량계

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1. 개요

우량계는 강우량을 측정하는 기구로, 고대부터 현대까지 다양한 형태로 발전해왔다. 기원전 400년에서 500년 사이에 인도와 고대 그리스에서 강우량 기록이 시작되었으며, 1441년 조선 세종 시대에는 측우기가 발명되어 체계적인 강우량 관측이 이루어졌다. 우량계는 보통우량계, 자기우량계 등으로 나뉘며, 자기우량계는 Tipping bucket형, 중량측정형, 부자형 등 다양한 작동 방식을 가진다. 현대에는 자동 기상 관측소(AWS)와 레이더를 활용하여 강우량을 측정하며, 기상 예보와 기후 연구에 활용된다.

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우량계
기본 정보
명칭	우량계
로마자 표기	uryanggye
종류	표준 우량계 전도형 우량계 가중형 우량계 광학식 우량계 레이더 강우계
상세 정보
정의	강수량 (액체 강수) 을 측정하는 기상학적 기기
측정 단위	mm (밀리미터) 또는 inch (인치)
사용 분야	기상 관측 수문학 농업 환경 과학
역사	고대부터 다양한 형태로 사용
작동 원리	깔때기를 통해 모은 빗물의 양을 측정
특징	강수량의 정확한 측정 가능
주의사항	설치 장소 선정 중요 (바람, 장애물 영향 최소화) 주기적인 점검 및 유지보수 필요
추가 정보
전도형 우량계	일정량의 빗물이 모이면 자동으로 비워지는 구조
가중형 우량계	빗물의 무게를 측정하여 강수량을 계산
광학식 우량계	광학 센서를 사용하여 빗방울의 크기와 속도를 측정
레이더 강우계	레이더를 사용하여 넓은 지역의 강수량을 추정
관련 정보
관련 기상 현상	강수, 비, 눈, 진눈깨비, 우박
관련 기상 장비	기상 관측 장비, 자동 기상 관측 장비 (AWS)

2. 역사

기원전 400년에서 500년 사이에 인도와 고대 그리스 사람들이 강우량을 기록하기 시작했다.^[2]^[3] 인도에서는 강우량 측정치를 예상되는 작물 생장과 상관관계를 분석했다. 예를 들어 마갈라에서 사용된 아르타샤스트라에서는 곡물 생산에 대한 정확한 기준이 설정되었다. 각 주 창고에는 토지 세금 부과 목적으로 강우량계가 설치되어 있었다.^[4] 팔레스타인의 유대교 경전에도 강우량 측정에 대한 언급이 있다.^[5] 우량계를 기술한 세계에서 가장 오래된 책은 기원전 4세기경 고대 인도 마우리아 왕조 초대 왕인 찬드라굽타의 재상이자 군사였던 카우틸리아(기원전 350년-기원전 283년)가 저술한 『실리론』(Arthashastra)이다. 당시 곡물 파종 시기를 결정하기 위해 지름 약 45cm의 항아리를 이용해 정기적으로 강우량을 관측하였다.^[24]

1247년, 송나라의 수학자이자 발명가인 친지우샤오는 강우량과 강설량, 그리고 다른 기상 데이터를 참조하기 위해 천치 분지 강우 및 적설계를 발명했다.^[6]^[7] 홍수로 고통받던 중국에서는 수학자 친지우샤오(秦九韶, 1202-1261)가 1247년 『수서구장』(数書九章)에서 각 지점에 설치된 우량계의 값을 이용하여 어떻게 면적 평균값을 산출할 것인가를 논의하였다.^[24]

조선(李氏朝鮮)에서는 1441년 세종 재위 시대에 최초의 표준 강우량계인 측우기가 발명되었다.^[8]^[9]^[10] 1442년 세종(世宗, 조선 제4대 국왕)이 지름 14cm, 깊이 30cm의 청동으로 제작한 우량계를 만들었는데, 이것이 현존하는 가장 오래된 우량계로 여겨진다. 이 우량계를 이용한 관측은 조선에서 독자적으로 발전한 것으로, 조선은 이를 각 지방에 배치함으로써 세계 최초의 체계적인 관측망을 구축하였다.^[25] 이 관측은 1907년까지 궁정에 보고되었다는 기록이 있다.^[24] 부산 장영실 과학동산에는 측우기가 전시되어 있다.

1662년, 크리스토퍼 렌은 영국에서 로버트 훅과 공동으로 최초의 기울임식 강우량계를 만들었다.^[8] 로버트 훅은 깔때기를 사용한 수동식 강우량계를 설계하여 1695년까지 측정을 수행했다. 유럽에서 기록으로 남아있는 가장 오래된 우량계에 대한 기술은 이탈리아의 수리학자 베네데토 카스텔리(Benedetto Castelli)에 의한 것으로, 우량계의 수위를 측정하기 위한 것이었다.^[26] 영국에서는 1662년 건축가로 유명한 크리스토퍼 렌(Christopher Wren)이 기상시계(자동 기상 관측 장치)의 일부로 우량계를 설계하였다. 이것은 전도형 우량계로, 쌓인 빗물이 일정량이 되면 용기가 기울어져 내용물을 비우는 구조였다.^[27] 1677년경에는 영국의 수학자이자 천문학자인 리처드 타운리(Richard Towneley)가 증발에 의한 오차를 줄이기 위해 깔때기 모양의 우량계를 개발하였다. 1695년에는 로버트 훅(Robert Hooke)도 유사한 우량계를 제작하였는데, 이것은 그레샴 칼리지(Gresham College)에서 수년간 사용되었다.^[27]

리처드 타운리는 1677년부터 1694년까지 15년 동안 체계적인 강우량 측정을 최초로 수행하여 그 기록을 ''왕립학회 철학회보''에 발표했다. 타운리는 다른 지역의 강우량을 비교하기 위해 전국 다른 곳에서도 더 많은 측정을 요청했지만,^[11] 윌리엄 더햄만이 타운리의 제안을 받아들인 것으로 보인다. 그들은 1697년부터 1704년까지 타운리 공원과 에식스주 업민스터의 강우량 측정 결과를 공동으로 발표했다.^[12]

자연주의자 길버트 화이트는 1779년부터 1786년까지 평균 강우량을 측정했지만, 그의 매형인 토마스 바커가 59년 동안 온도, 풍향, 기압, 강우량, 구름을 기록하는 정기적이고 세심한 측정을 수행했다. 그의 기상 기록은 18세기 영국 기후에 대한 귀중한 자료이다. 그는 평균 강우량이 해마다 크게 변하며 눈에 띄는 패턴이 거의 없음을 보여줄 수 있었다.^[13]

영국의 의사 윌리엄 헤버던(William Heberden)은 같은 종류의 우량계를 정원과 굴뚝 위, 그리고 웨스트민스터 사원 탑 위 세 곳에 설치하여 조사한 결과, 정원의 강우량에 비해 굴뚝 위는 80%, 탑 위는 50%의 강우량밖에 되지 않는다는 것을 발견하였다. 그는 빗방울이 지표면에 도달하기 수백 미터 전부터 성장하기 때문에 고도가 낮을수록 강우량이 많아지는 것이 아닌가 추측하였다.^[24]

이에 대해, 경제학의 한계효용이론을 제창한 것으로 유명한 영국의 경제학자 윌리엄 스탠리 제번스(William Stanley Jevons)는 측면이 유리로 된 풍동을 만들고, 그 안에 우량계를 놓고 연기를 흘려 관찰하면서, 우량계에 대한 바람의 영향에 대한 실험을 실시하였다. 그 결과, 1861년 고지대처럼 바람이 강한 곳에서는 우량계 자체가 바람을 강하게 하여 빗방울이 우량계를 넘어가기 때문에 우량계에 의한 빗방울 포착률이 떨어진다는 것을 발견하였다.^[24] 이것으로 우량을 측정할 때 바람의 영향을 고려해야 한다는 것이 분명해졌다.

기상청에서는 우량 관측 시 건물의 옥상 등을 피해 바람의 영향이 없는 장소를 적합하다고 하며, 우량계 설치 장소 근처에 건물이 있는 경우에는 그 바람의 영향을 피하기 위해 건물 높이의 최소 2배 이상, 가능하면 4배 이상 떨어진 장소를 권장하고 있다.^[28]

2. 1. 고대

기원전 400년에서 기원전 500년 사이에 인도와 고대 그리스 사람들이 강우량을 기록하기 시작했다.^[2]^[3] 인도에서는 강우량 측정치를 예상되는 작물 생장과 상관관계를 분석했다. 예를 들어 마갈라에서 사용된 아르타샤스트라에서는 곡물 생산에 대한 정확한 기준이 설정되었다. 각 주 창고에는 토지 세금 부과 목적으로 강우량계가 설치되어 있었다.^[4] 팔레스타인의 유대교 경전에도 강우량 측정에 대한 언급이 있다.^[5]

우량계를 기술한 세계에서 가장 오래된 책은 기원전 4세기경 고대 인도 마우리아 왕조 초대 왕인 찬드라굽타의 재상이자 군사였던 카우틸리아(기원전 350년-기원전 283년)가 저술한 『실리론』(Arthashastra)이다. 당시 곡물 파종 시기를 결정하기 위해 지름 약 45cm의 항아리를 이용해 정기적으로 강우량을 관측하였다.^[24]

2. 2. 동아시아

기원전 400년에서 500년 사이에 인도와 고대 그리스 사람들이 강우량을 기록하기 시작했다.^[2]^[3] 인도에서는 강우량 측정치를 예상되는 작물 생장과 상관관계를 분석했다. 예를 들어 마갈라에서 사용된 아르타샤스트라에서는 곡물 생산에 대한 정확한 기준이 설정되었다. 각 주 창고에는 토지 세금 부과 목적으로 강우량계가 설치되어 있었다.^[4] 1247년, 송나라의 수학자이자 발명가인 친지우샤오는 강우량과 강설량, 그리고 다른 기상 데이터를 참조하기 위해 천치 분지 강우 및 적설계를 발명했다.^[6]^[7]

1441년, 조선 왕조의 세종대왕 재위 시대에 최초의 표준 강우량계인 측우기가 발명되었다.^[8]^[9]^[10] 부산 장영실 과학동산에는 측우기가 전시되어 있다.

홍수로 고통받던 중국에서는 수학자 친지우샤오(秦九韶, 1202-1261)가 1247년 『수서구장』(数書九章)에서 각 지점에 설치된 우량계의 값을 이용하여 어떻게 면적 평균값을 산출할 것인가를 논의하였다.^[24] 조선(李氏朝鮮)에서는 1442년 세종(世宗, 조선 제4대 국왕)이 지름 14cm, 깊이 30cm의 청동으로 제작한 우량계를 만들었는데, 이것이 현존하는 가장 오래된 우량계로 여겨진다. 이 우량계를 이용한 관측은 조선에서 독자적으로 발전한 것으로, 조선은 이를 각 지방에 배치함으로써 세계 최초의 체계적인 관측망을 구축하였다.^[25] 이 관측은 1907년까지 궁정에 보고되었다는 기록이 있다.^[24]

2. 3. 서양

1662년, 크리스토퍼 렌은 영국에서 로버트 훅과 공동으로 최초의 기울임식 강우량계를 만들었다.^[8] 로버트 훅은 깔때기를 사용한 수동식 강우량계를 설계하여 1695년까지 측정을 수행했다.

리처드 타운리는 1677년부터 1694년까지 15년 동안 체계적인 강우량 측정을 최초로 수행하여 그 기록을 ''왕립학회 철학회보''에 발표했다. 타운리는 다른 지역의 강우량을 비교하기 위해 전국 다른 곳에서도 더 많은 측정을 요청했지만,^[11] 윌리엄 더햄만이 타운리의 제안을 받아들인 것으로 보인다. 그들은 1697년부터 1704년까지 타운리 공원과 에식스주 업민스터의 강우량 측정 결과를 공동으로 발표했다.^[12]

19세기, 조지 제임스 시몬스(George James Symons)는 영국 전역의 강우량 관측 네트워크를 구축하고, 표준 우량계를 개발하여 현대적인 강우 관측의 기틀을 마련했다. 그는 1860년에 최초의 연간 간행물인 ''British Rainfall''을 출판하여 잉글랜드와 웨일스의 168개 지상 관측소의 강우 기록을 포함시켰다. 1863년에 영국 기상학회 의회에 선출된 그는 영국 제도 내 강우 조사를 평생의 업무로 삼았다. 자원봉사자 관측 네트워크를 통해 데이터를 수집하고 분석하여, 1866년까지 강우 분포를 제대로 나타내는 결과를 보여주었다. 그가 편집했던 마지막 ''British Rainfall''(1899년)에는 3,528개 관측소의 수치가 포함되었다. 그는 또한 100년 이상 거슬러 올라가는 오래된 강우 기록을 수집하여, 1870년에는 1725년부터 시작하는 영국 제도의 강우에 대한 보고서를 작성했다.

관측자 수가 계속 증가함에 따라 계기의 표준화가 필요해졌고, 시몬스는 자신의 정원에서 새로운 계기를 실험하기 시작했다. 그는 크기, 모양, 높이가 다른 다양한 모델을 시험했으며, 1863년에 윌트셔주(Wiltshire) 칼른(Calne)의 마이클 포스터 워드(Michael Foster Ward)^[14]와 공동 연구를 시작하여 더 광범위한 조사를 수행했다. 워드와 영국 전역의 여러 다른 사람들을 포함하여 조사는 1890년까지 계속되었다. 이러한 실험의 결과는 오늘날 영국 기상청에서 여전히 사용되는 표준 계기, 즉 "...구리로 만들어진 지름 5인치의 깔때기가 있으며, 황동 테두리가 지면에서 1피트 위에 있습니다..."^[15]로 만들어진 계기의 점진적인 채택으로 이어졌다.

자연주의자 길버트 화이트는 1779년부터 1786년까지 평균 강우량을 측정했지만, 그의 매형인 토마스 바커가 59년 동안 온도, 풍향, 기압, 강우량, 구름을 기록하는 정기적이고 세심한 측정을 수행했다. 그의 기상 기록은 18세기 영국 기후에 대한 귀중한 자료이며, 그는 평균 강우량이 해마다 크게 변하며 눈에 띄는 패턴이 거의 없음을 보여줄 수 있었다.^[13]

영국의 의사 윌리엄 헤버던은 같은 종류의 우량계를 정원과 굴뚝 위, 그리고 웨스트민스터 사원 탑 위 세 곳에 설치하여 조사한 결과, 정원의 강우량에 비해 굴뚝 위는 80%, 탑 위는 50%의 강우량밖에 되지 않는다는 것을 발견하였다. 그는 빗방울이 지표면에 도달하기 수백 미터 전부터 성장하기 때문에 고도가 낮을수록 강우량이 많아지는 것이 아닌가 추측하였다.^[24]

이에 대해, 경제학의 한계효용이론을 제창한 것으로 유명한 영국의 경제학자 윌리엄 스탠리 제번스는 측면이 유리로 된 풍동을 만들고, 그 안에 우량계를 놓고 연기를 흘려 관찰하면서, 우량계에 대한 바람의 영향에 대한 실험을 실시하였다. 그 결과, 1861년 고지대처럼 바람이 강한 곳에서는 우량계 자체가 바람을 강하게 하여 빗방울이 우량계를 넘어가기 때문에 우량계에 의한 빗방울 포착률이 떨어진다는 것을 발견하였다.^[24] 이것으로 우량을 측정할 때 바람의 영향을 고려해야 한다는 것이 분명해졌다.

3. 종류

우량계는 보통우량계와 자기우량계로 나뉜다. 보통우량계는 플라스크와 깔대기로 이루어진 비교적 간단한 형태의 우량계이다. 자기우량계는 보통우량계보다 좀더 복잡한 구조를 가지고 있는, 스스로 우량을 측정하는 기구이다.^[29] 형태와 작동방식에 따라 Tipping bucket형 자기우량계, 중량측정형(weighing bucket) 자기우량계, 부자형(float type) 자기우량계로 구분한다.

Tipping bucket형 자기우량계는 작은 컵이 장치에 있어서 일정량의 강우가 모이면 컵이 비워지면서 다른 컵으로 대체되어 계속 강우를 받는 우량계이다.^[29]

우량계의 종류에는 메스실린더, 중량식 우량계, 팁핑 버킷 우량계, 그리고 간단한 매설형 집수기 등이 있다. 각 유형은 강우 자료를 수집하는 데 장단점이 있다.

3. 1. 보통우량계

보통우량계는 플라스크와 깔대기로 이루어진 비교적 간단한 형태의 우량계이다.^[29] 미국 국립기상청(National Weather Service)의 표준 우량계는 20세기 초에 개발되었으며, 지름 20.32cm 깔때기가 지름 2.525 인치의 눈금이 매겨진 원통형 용기에 연결된 형태이다. 이 원통은 지름 20.32cm, 높이 50.8cm의 더 큰 용기 안에 들어있다. 빗물이 안쪽 눈금이 매겨진 원통을 넘치면 바깥쪽 큰 용기가 넘친 물을 받는다. 측정할 때는 작은 눈금이 매겨진 원통의 물 높이를 측정하고, 큰 용기에 넘친 물은 다른 눈금이 매겨진 원통에 조심스럽게 옮겨 담아 측정하여 총 강수량을 구한다. 때로는 누수로 인한 데이터 오류를 방지하기 위해 원뿔형 계량기를 사용한다. 미터법을 사용하는 지역에서는 원통에 보통 mm 단위의 눈금이 표시되며 최대 250mm의 강수량까지 측정할 수 있다. 원통의 각 수평선은 0.5mm를 나타낸다.

貯수형 우량계에는, 수집기가 모은 강수를 눈금이 있는 용기인 우량통에 저장하고, 그 양을 육안으로 관측하는 '''저수형 지시 우량계'''가 있다. 지시 우량계는 취급이 간편하고, 자원봉사자를 모집하는 등 저렴하게 관측망을 구축할 수 있는 반면, 우량통의 용량이 한계를 초과하면 측정이 불가능하고, 또 방치하면 강수가 증발하여 측정이 부정확해지므로 유인 관측이 전제가 된다.^[23]

3. 2. 자기우량계

자기우량계는 보통우량계보다 좀더 복잡한 구조를 가지고 있는, 스스로 우량을 측정하는 기구이다.^[29] 형태와 작동방식에 따라 Tipping bucket형 자기우량계, 중량측정형(weighing bucket) 자기우량계, 부자형(float type) 자기우량계로 구분한다.

== Tipping bucket형 자기우량계 ==

Tipping bucket형 자기우량계는 작은 컵이 장치에 있어서 일정량의 강우가 모이면 컵이 비워지면서 다른 컵으로 대체되어 계속 강우를 받는 우량계이다.^[29]

기울림형 버킷 우량계는 강수를 모아 작은 시소 모양의 용기에 보내는 깔때기로 구성되어 있다. 미리 설정된 양의 강수가 내린 후, 레버가 기울어져 모인 물을 버리고 전기 신호를 보낸다. 구형 기록 장치는 수집기에서 보낸 각 신호마다 움직이는 기어 톱니바퀴에 부착된 팔에 장착된 펜으로 구성될 수 있다. 이 설계에서 바퀴가 회전함에 따라 펜 팔은 위아래로 움직여 그래프에 흔적을 남기고 동시에 큰 "딸깍" 소리를 낸다.

기울림형 버킷 우량계는 레버가 기울어지기 전에 강우가 멈출 수 있기 때문에 표준 우량계만큼 정확하지 않다. 다음 강우가 시작될 때 레버를 기울이는 데 한두 방울만 필요할 수 있다. 그러면 실제로 그 양의 일부만 내렸는데도 미리 설정된 양이 내린 것으로 나타난다. 기울림형 버킷은 특히 눈과 폭우 시 강수량을 과소평가하는 경향이 있다.^[19]^[20] 기울림형 버킷 우량계의 장점은 비의 특성(약함, 보통, 혹은 셈)을 쉽게 얻을 수 있다는 점이다. 강우 특성은 설정된 기간(일반적으로 1시간) 동안 내린 총 강우량을 그 기간 동안의 펄스 수를 세어 결정한다. 고강도 강우에 대한 데이터를 보정하는 방법으로 알고리즘을 데이터에 적용할 수 있다.

현대식 기울림형 우량계는 피벗 위에 균형을 이루는 플라스틱 수집기로 구성되어 있다. 기울어지면 리드 스위치와 같은 스위치를 작동시켜 전자적으로 기록하거나 원격 수집소로 전송한다.

기울림형 우량계는 또한 스트레인 게이지가 수집 버킷에 고정되어 언제든지 정확한 강수량을 읽을 수 있는 무게 측정 우량계의 요소를 통합할 수 있다. 수집기가 기울어질 때마다 스트레인 게이지(무게 센서)가 재영점 조정되어 드리프트를 제거한다.

동결 강수의 ''물 환산량''을 측정하기 위해 기울림형 버킷을 가열하여 깔때기에 걸린 얼음과 눈을 녹일 수 있다. 가열 장치가 없으면 깔때기가 동결 강수 사건 중에 종종 막히므로 강수를 측정할 수 없다. 많은 자동 지상 관측 시스템 (ASOS) 장치는 강수를 측정하기 위해 가열된 기울림형 버킷을 사용한다.^[21]

우량계 내부에는, 시소의 지점(전도축) 상에서 결합된 두 개의 용기(마스/ます^일본어)로 구성된 '''전도식(転倒ます)'''이라는 기구를 가지고 있다. 수집기가 모은 강수는 한쪽 용기에 흘러들어가고, 일정량(대부분 강수량 0.5mm 상당)이 차면, 그 무게에 의해 시소가 전도하고(사슴 쫓는 기계 참조), 강수는 튀어 오른 다른 쪽 용기에 흘러들어간다. 이것을 반복하여, 1시간당 좌우로 번갈아 전도하는 횟수를 세는 것으로 강수량이 측정된다(폭우 시에는 맹렬한 속도로 전도가 반복된다).

전도 횟수의 측정에는, 전도식의 무게에 의해 작동하는 마이크로스위치나, 전도축에 부착한 자석이 움직이는 것에 의해 작동하는 리드 스위치가 사용된다. 계수기식 자기 장치나 펄스 발신기를 장착하면 장기간의 자동 연속 관측이나 원격지로부터의 모니터링을 무인으로 할 수 있기 때문에, 일본에서는 기상청이나 하천사무소 등 공공기관에서 주력으로 사용되고 있다.

기상 관측용으로 허용되는 기차는, 전도 우량(1회의 전도에 필요한 강수량)이 0.5mm인 경우, 강수량 20mm 이하에서는 0.5mm, 강수량 20mm 초과에서는 강수량의 3%, 전도 우량이 1mm인 경우, 강수량 40mm 이하에서는 1mm, 강수량 40mm 초과에서는 강수량의 3%이다.

== 중량측정형 자기우량계 ==

무게 측정 방식 우량계는 강수량의 질량을 측정하여 기록하는 저장 용기로 구성된다. 일부 모델은 회전 드럼에 부착된 펜 또는 진동 와이어를 데이터 기록장치에 연결하여 질량을 측정한다.^[9] 이러한 유형의 계기는 기울임 버킷 방식보다 집중 호우를 과소평가하지 않고 비, 우박, 눈을 포함한 다른 형태의 강수를 측정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 이러한 계기는 기울임 버킷 방식 계기보다 비용이 더 많이 들고 유지 관리가 더 필요하다.

무게 측정 방식 기록 계기에는 해당 지역 대기 중에 포함된 화학 물질의 양을 측정하는 장치가 포함될 수도 있다. 이것은 대기 중으로 배출되는 온실 가스의 영향과 산성비 수준에 대한 영향을 연구하는 과학자들에게 매우 유용하다. 일부 자동화된 지표 관측 시스템(ASOS) 장치는 AWPAG(All Weather Precipitation Accumulation Gauge)라고 하는 자동 무게 측정 계기를 사용한다.

== 부자형 자기우량계 ==

부자형(float type) 자기우량계는 부자를 사용하여 수위를 측정하고, 이를 통해 강우량을 기록하는 방식이다.^[29]

3. 2. 1. Tipping bucket형 자기우량계

Tipping bucket형 자기우량계는 작은 컵이 장치에 있어서 일정량의 강우가 모이면 컵이 비워지면서 다른 컵으로 대체되어 계속 강우를 받는 우량계이다.^[29]

기울림형 버킷 우량계는 강수를 모아 작은 시소 모양의 용기에 보내는 깔때기로 구성되어 있다. 미리 설정된 양의 강수가 내린 후, 레버가 기울어져 모인 물을 버리고 전기 신호를 보낸다. 구형 기록 장치는 수집기에서 보낸 각 신호마다 움직이는 기어 톱니바퀴에 부착된 팔에 장착된 펜으로 구성될 수 있다. 이 설계에서 바퀴가 회전함에 따라 펜 팔은 위아래로 움직여 그래프에 흔적을 남기고 동시에 큰 "딸깍" 소리를 낸다.

기울림형 버킷 우량계는 레버가 기울어지기 전에 강우가 멈출 수 있기 때문에 표준 우량계만큼 정확하지 않다. 다음 강우가 시작될 때 레버를 기울이는 데 한두 방울만 필요할 수 있다. 그러면 실제로 그 양의 일부만 내렸는데도 미리 설정된 양이 내린 것으로 나타난다. 기울림형 버킷은 특히 눈과 폭우 시 강수량을 과소평가하는 경향이 있다.^[19]^[20] 기울림형 버킷 우량계의 장점은 비의 특성(약함, 보통, 혹은 셈)을 쉽게 얻을 수 있다는 점이다. 강우 특성은 설정된 기간(일반적으로 1시간) 동안 내린 총 강우량을 그 기간 동안의 펄스 수를 세어 결정한다. 고강도 강우에 대한 데이터를 보정하는 방법으로 알고리즘을 데이터에 적용할 수 있다.

현대식 기울림형 우량계는 피벗 위에 균형을 이루는 플라스틱 수집기로 구성되어 있다. 기울어지면 리드 스위치와 같은 스위치를 작동시켜 전자적으로 기록하거나 원격 수집소로 전송한다.

기울림형 우량계는 또한 스트레인 게이지가 수집 버킷에 고정되어 언제든지 정확한 강수량을 읽을 수 있는 무게 측정 우량계의 요소를 통합할 수 있다. 수집기가 기울어질 때마다 스트레인 게이지(무게 센서)가 재영점 조정되어 드리프트를 제거한다.

동결 강수의 ''물 환산량''을 측정하기 위해 기울림형 버킷을 가열하여 깔때기에 걸린 얼음과 눈을 녹일 수 있다. 가열 장치가 없으면 깔때기가 동결 강수 사건 중에 종종 막히므로 강수를 측정할 수 없다. 많은 자동 지상 관측 시스템 (ASOS) 장치는 강수를 측정하기 위해 가열된 기울림형 버킷을 사용한다.^[21]

우량계 내부에는, 시소의 지점(전도축) 상에서 결합된 두 개의 용기(마스/ます^일본어)로 구성된 '''전도식(転倒ます)'''이라는 기구를 가지고 있다. 수집기가 모은 강수는 한쪽 용기에 흘러들어가고, 일정량(대부분 강수량 0.5mm 상당)이 차면, 그 무게에 의해 시소가 전도하고(사슴 쫓는 기계 참조), 강수는 튀어 오른 다른 쪽 용기에 흘러들어간다. 이것을 반복하여, 1시간당 좌우로 번갈아 전도하는 횟수를 세는 것으로 강수량이 측정된다(폭우 시에는 맹렬한 속도로 전도가 반복된다).

전도 횟수의 측정에는, 전도식의 무게에 의해 작동하는 마이크로스위치나, 전도축에 부착한 자석이 움직이는 것에 의해 작동하는 리드 스위치가 사용된다. 계수기식 자기 장치나 펄스 발신기를 장착하면 장기간의 자동 연속 관측이나 원격지로부터의 모니터링을 무인으로 할 수 있기 때문에, 일본에서는 기상청이나 하천사무소 등 공공기관에서 주력으로 사용되고 있다.

기상 관측용으로 허용되는 기차는, 전도 우량(1회의 전도에 필요한 강수량)이 0.5mm인 경우, 강수량 20mm 이하에서는 0.5mm, 강수량 20mm 초과에서는 강수량의 3%, 전도 우량이 1mm인 경우, 강수량 40mm 이하에서는 1mm, 강수량 40mm 초과에서는 강수량의 3%이다.

3. 2. 2. 중량측정형 자기우량계

무게 측정 방식 우량계는 강수량의 질량을 측정하여 기록하는 저장 용기로 구성된다. 일부 모델은 회전 드럼에 부착된 펜 또는 진동 와이어를 데이터 기록장치에 연결하여 질량을 측정한다.^[9] 이러한 유형의 계기는 기울임 버킷 방식보다 집중 호우를 과소평가하지 않고 비, 우박, 눈을 포함한 다른 형태의 강수를 측정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 이러한 계기는 기울임 버킷 방식 계기보다 비용이 더 많이 들고 유지 관리가 더 필요하다.

무게 측정 방식 기록 계기에는 해당 지역 대기 중에 포함된 화학 물질의 양을 측정하는 장치가 포함될 수도 있다. 이것은 대기 중으로 배출되는 온실 가스의 영향과 산성비 수준에 대한 영향을 연구하는 과학자들에게 매우 유용하다. 일부 자동화된 지표 관측 시스템(ASOS) 장치는 AWPAG(All Weather Precipitation Accumulation Gauge)라고 하는 자동 무게 측정 계기를 사용한다.

3. 2. 3. 부자형 자기우량계

부자형(float type) 자기우량계는 부자를 사용하여 수위를 측정하고, 이를 통해 강우량을 기록하는 방식이다.^[29]

3. 3. 기타 우량계

우량계는 보통우량계와 자기우량계로 나뉜다. 보통우량계는 플라스크와 깔대기로 이루어진 비교적 간단한 형태의 우량계이다. 자기우량계는 보통우량계보다 좀더 복잡한 구조를 가지고 있는, 스스로 우량을 측정하는 기구이다. 형태와 작동방식에 따라 Tipping bucket형 자기우량계, 중량측정형(weighing bucket) 자기우량계, 부자형(float type) 자기우량계로 구분한다.

Tipping bucket형 자기우량계는 작은 컵이 장치에 있어서 일정량의 강우가 모이면 컵이 비워지면서 다른 컵으로 대체되어 계속 강우를 받는 우량계이다.^[29]

우량계의 종류에는 메스실린더, 중량식 우량계, 팁핑 버킷 우량계, 그리고 간단한 매설형 집수기 등이 있다. 각 유형은 강우 자료를 수집하는 데 장단점이 있다.

'''광학 우량계'''

이러한 유형의 우량계는 일련의 집수깔때기를 가지고 있다. 각 깔때기 아래의 밀폐된 공간에는 레이저 다이오드와 광 트랜지스터 검출기가 있다. 충분한 양의 물이 모여 한 방울이 떨어지면 레이저 빔 경로에 떨어진다. 센서는 레이저에 직각으로 설치되어 충분한 빛이 산란되어 갑작스러운 섬광으로 감지된다. 이러한 광검출기의 섬광은 읽혀지고 전송되거나 기록된다. 수십 년 동안 다양한 유형의 광학식 우량계가 사용되어 왔으며, 기술 또한 향상되었다.

'''음향 우량계'''

음향 강우계, 또는 수중 청음기라고도 불리는 이 장치는 강우계 내의 수면에 빗방울이 떨어질 때 각 빗방울 크기에 따른 고유한 음향 신호를 감지할 수 있다. 각 음향 신호는 고유하기 때문에 수중 음향장을 역으로 계산하여 강우 내의 빗방울 크기 분포를 추정할 수 있다. 빗방울 크기 분포의 특정 모멘트를 이용하여 강우 강도, 강우 누적량 및 기타 강우 특성을 산출한다.^[22]

3. 3. 1. 광학 우량계

이러한 유형의 우량계는 일련의 집수깔대기를 가지고 있다. 각 깔때기 아래의 밀폐된 공간에는 레이저 다이오드와 광 트랜지스터 검출기가 있다. 충분한 양의 물이 모여 한 방울이 떨어지면 레이저 빔 경로에 떨어진다. 센서는 레이저에 직각으로 설치되어 충분한 빛이 산란되어 갑작스러운 섬광으로 감지된다. 이러한 광검출기의 섬광은 읽혀지고 전송되거나 기록된다. 수십 년 동안 다양한 유형의 광학식 우량계가 사용되어 왔으며, 기술 또한 향상되었다.

3. 3. 2. 음향 우량계

음향 강우계, 또는 수중 청음기라고도 불리는 이 장치는 강우계 내의 수면에 빗방울이 떨어질 때 각 빗방울 크기에 따른 고유한 음향 신호를 감지할 수 있다. 각 음향 신호는 고유하기 때문에 수중 음향장을 역으로 계산하여 강우 내의 빗방울 크기 분포를 추정할 수 있다. 빗방울 크기 분포의 특정 모멘트를 이용하여 강우 강도, 강우 누적량 및 기타 강우 특성을 산출한다.^[22]

4. 현대의 우량 관측

자동 기상 관측소(automatic weather station)(AWS)는 무인으로 강우량을 측정하고, 데이터를 실시간으로 전송하여 기상 예보의 정확도를 높이는 데 기여한다. 대부분의 현대 강우량계는 특정 기간 동안 수집된 강우의 높이를 밀리미터(millimetre) 단위로 측정하며, 이는 리터당 평방미터와 같다.^[16] 과거에는 강우량을 인치 또는 포인트로 기록했으며, 1포인트는 0.254mm 또는 0.01인치에 해당한다.^[16]

강우량계는 강우를 차단할 수 있는 건물이나 나무 등이 없는 개방된 장소에 설치해야 한다. 이는 건물 지붕이나 나뭇잎에 고인 물이 강우량계로 떨어져 부정확한 측정값을 초래하는 것을 방지하기 위함이다. 강우량계는 극심한 바람이 부는 환경에서는 정확한 측정이 어렵고, 국지적인 지역의 강우량만 나타낸다는 한계가 있다.^[16] 또한, 영하의 온도에서는 얼음이나 눈이 쌓여 강우 측정을 방해할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 자동 전기 히터를 장착하기도 한다.^[16]

레이더를 이용하여 강수 입자로부터의 전파 반사를 관측하면 강수의 분포와 그 강도를 구할 수 있다. 광범위한 강수량을 면적(현재는 1km 격자)으로 파악할 수 있다는 장점이 있지만, 레이더 관측만으로는 강수 입자의 크기별 반사 강도의 차이와 바람에 의한 강우 영역의 변위 등에 기인하는 오차를 피할 수 없다. 따라서 실제 발표되는 정보로는 아메다스(アメダス)에 설치된 우량계에 의한 관측 결과를 이용하여 보정한 '''해석 강수량'''이 사용된다. 일본 기상 업무에서는 주로 기상 레이더의 저앙각 시 관측 데이터 및 국토교통성 하천국·도로국이 설치한 강수 관측용 레이더의 관측 데이터가 사용된다.

4. 1. 자동 기상 관측 시스템 (AWS)

자동 기상 관측소(automatic weather station)(AWS)는 무인으로 강우량을 측정하고, 데이터를 실시간으로 전송하여 기상 예보의 정확도를 높이는 데 기여한다. 대부분의 현대 강우량계는 특정 기간 동안 수집된 강우의 높이를 밀리미터(millimetre) 단위로 측정하며, 이는 리터당 평방미터와 같다.^[16] 과거에는 강우량을 인치 또는 포인트로 기록했으며, 1포인트는 0.254mm 또는 0.01인치에 해당한다.^[16]

강우량계는 강우를 차단할 수 있는 건물이나 나무 등이 없는 개방된 장소에 설치해야 한다. 이는 건물 지붕이나 나뭇잎에 고인 물이 강우량계로 떨어져 부정확한 측정값을 초래하는 것을 방지하기 위함이다. 강우량계는 극심한 바람이 부는 환경에서는 정확한 측정이 어렵고, 국지적인 지역의 강우량만 나타낸다는 한계가 있다.^[16] 또한, 영하의 온도에서는 얼음이나 눈이 쌓여 강우 측정을 방해할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 자동 전기 히터를 장착하기도 한다.^[16]

4. 2. 레이더 관측

레이더를 이용하여 강수 입자로부터의 전파 반사를 관측하면 강수의 분포와 그 강도를 구할 수 있다. 광범위한 강수량을 면적(현재는 1km 격자)으로 파악할 수 있다는 장점이 있지만, 레이더 관측만으로는 강수 입자의 크기별 반사 강도의 차이와 바람에 의한 강우 영역의 변위 등에 기인하는 오차를 피할 수 없다. 따라서 실제 발표되는 정보로는 아메다스(アメダス)에 설치된 우량계에 의한 관측 결과를 이용하여 보정한 '''해석 강수량'''이 사용된다. 일본 기상 업무에서는 주로 기상 레이더의 저앙각 시 관측 데이터 및 국토교통성 하천국·도로국이 설치한 강수 관측용 레이더의 관측 데이터가 사용된다.

5. 우량계 설치 및 활용

5. 1. 설치 장소

5. 2. 활용 분야

참조

_[1] 서적 Certificate Physics And Human Geography; Indian Edition https://books.google[...] Oxford University Press 1995-10-27
_[2] 서적 A History of rain gauges TerraData 2010
_[3] 웹사이트 Just When Was the Rain Gauge Invented? https://sciencebrief[...] 2021-12-19
_[4] 서적 The Culture and Civilization of Ancient India in Historical Outline 1982
_[5] 웹사이트 When Was the Rain Gauge Invented? https://sciencing.co[...] 2023-04-24
_[6] 서적 Precipitation: Theory, Measurement and Distribution Cambridge University Press 2011-04-14
_[7] 서적 Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures https://archive.org/[...] Springer 2008-04-16
_[8] 웹사이트 WeatherShack.com http://www.weathersh[...]
_[9] 웹사이트 The Long History of the Rain Gauge http://inventors.abo[...]
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_[17] 서적 Water Resources Series https://books.google[...] United Nations 2011-10-23
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_[20] 웹사이트 AgriMet Pacific Northwest Region - Bureau of Reclamation http://www.usbr.gov/[...]
_[21] 웹사이트 The Tipping Bucket Rain Gauge http://www.nws.noaa.[...]
_[22] 웹사이트 Acoustic rain gauge - AMS Glossary http://glossary.amet[...]
_[23] 문서 気象の観測を行う場合に～気象観測の技術上の基準と届出・検定制度 https://www.jma.go.j[...] 2018-03
_[24] 논문 A history of rain gauges https://doi.org/10.1[...] 2010-05
_[25] 논문 朝鮮の気象学(7) 気象庁
_[26] 서적 The History of Meteorology to 1800 American Meteorological Society
_[27] 논문 The automatic rain-gauge of Sir Christopher Wren, F. R. S https://doi.org/10.1[...] 1967-09-30
_[28] 서적 気象観測の手引き http://worldcat.org/[...] 1998-10
_[29] 서적

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