위성관측 파장대별 특성
기상위성은 우주에서 지구상의 기상의 변화를 감시하므로 지상기상 관측이 용이하지 못한 해양
이나 산악 또는 사막 지대를 구분하지 않고 광범위한 지역에 대한 균일한 데이터를 제공하는 필수
적인 기상관측 수단이다.
기상위성에 의한 관측은 지표, 해양, 대기, 구름으로부터 우주공간으로 방출되는 태양광의 반사
또는 지구복사에너지를 위성탑재 센서로 측정하여 행하므로 위성관측 파장대의 특성을 충분히
파악할 필요가 있다.
그림1은 태양으로부터 입사된 복사량이 지면과 대기를 통해 위성탑재센서에 감지되는 과정을
도식화 한 것인데 지표로부터의 반사 , 복사량이 대기중을 투과할 때 감쇄되고 있음을 나타내고
있다.
관측 파장대의 분류
기상위성에서 관측에 사용하는 파장대는 가시채널, 단파적외채널, 수증기채널, 적외채널, 마이크
로파 등이다.
가시채널은 인간의 눈에 보이는 0.4∼0.7㎛ 파장대로서 태양광이 있는 주간에만 관측이 가능하
고, 특히 하층운, 안개, 적설, 해빙 등의 기상현상을 식별하는데 유효하다.
단파적외채널은 3.5-4.0㎛ 파장대로서, 가시광선보다 파장이 길으나 바로 이웃하고 있어 주간
에만 사용이 가능하며, 특히 식물군의 녹색잎에서 반사가 크므로 주로 지표를 덮고 있는 녹색 식
물군의 양을 측정하는 식생지수를 산출하는데 이용되고 있다.
수증기채널은 6.5∼7.0㎛ 파장대로서 중간적 외영역에 해당하나 수증기에 의한 흡수 파장대로
서 중상층의 수증기량을 탐지하는데 사용하고 있으며, 특히 건조파는 제트기류의 위치를 나타내
므로 상층기압계의 움직임을 관측하는데 유용하다.
적외채널은 10.5∼11.5㎛, 11.5∼12.5㎛ 파장대로서 주야간에 관계없이 항상 지표면과 해수
면의 온도, 구름분포 등을 관측하는데 이용되고 있다.
일반적으로 적외선영상이라 함은 열적외선 구름사진을 의미하며, 가장 빈번히 이용되고 있고, 특
히 구름의 온도분석 고도, 바람장, 강우강도, 해수면온도, 야간 안개/하층운 탐지, 황사분포 분석,
항공로 운정고도 산출 등 가장 폭넓게 이용되고 있다.
마이크로파는 1㎜∼1m 파장대로서 자연으로부터 방출되는 복사강도는 미약하나, 대기의 입자,
수증기, 구름에서 감쇄 영향을 별로 받지 않으므로, 특히 구름층 밑의 하층대기 온·습도 분포를
측정하는데 이용되고 있다.
그림2는 파장대역에 따른 복사에너지 형태를 나타낸다.
가시광선에 의한 관측은 태양광에 전적으로 의존하여 반사광으로 관측되나, 열적외선과 마이크
로파에 의한 관측은 지구복사에 의해 관측된다.
대기의 흡수・투과효과
기상위성에서 사용하고 있는 파장대의 가시적외선은 대기중을 투과할 때 대기중의 대기분자
(탄산가스, 오존, 질소, 수증기 등)와 에어로졸(안개, 박무등의 수적과 스모그, 먼지 등)에 의해
흡수, 산란된다. 이 대기분자에 의한 산란은 빛의 파장에 비해 작은 입자에 의한 산란이므로 레일
리(Rayleigh)산란을 하며 파장의 4승에 반비례한다. 그러나 에어로졸에의한 산란은 빛의 파장
에 비해 산란입자의 직경이 크므로 미(Mie)산란을 한다. 미산란은 파장에 따른 의존성이 적다.
대기에 의한 산란 · 흡수 또는 투과정도는 파장에 따라 달라진다 .
그림 3은 대기구성분자의 흡수특성을 파장과 투과율로 나타낸 것이다 . 그림에서 대기 중의 기체
분자 CH4 , N2O, O2와 O3, CO2, H2O 에 의해 흡수되는 파장대를 볼 수 있다 . 그러나 투과율
이 높은 파장대 영역인 3.5 ∼ 4.0 ㎛ , 10.5 ∼ 12.5 ㎛ 파장대는 지구표면으로 부터의 복사가
대기층을 잘 투과하여 우주로 방출되는데 이를 대기의 창(Atmospherical window)이라고
칭한다 .
기상위성 관측탑재센서는 대기의 창 영역 파장대를 적절히 이용하고 있어 지표, 해수면, 구름의
온도를 분석하는데 유용하게 이용되고 있다. 그러나 에어로졸, 수증기와 구름에 의한 감쇄영향을
보다 정확하게 보정하기 위하여는 아직도 개선해야 할 부분이 많이 남아 있다.