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[보도자료] 한반도 성층권 유입된 아프리카 화산재, 국내 레이저 탐사장비 LIDAR로 첫 관측
- 이석호
- 등록일 : 2017.02.09
- 조회수 : 2010
한반도 성층권 유입된 아프리카 화산재
국내 레이저 탐사장비 LIDAR로 첫 관측
- 6년前 나브로 화산재 관측 후 4년 간 분석…농도 반감기 117일, 빙정 분포 등 입증
- GIST 국제환경硏 노영민 연구교수팀, 대기 전문 Atmospheric Environment 게재
[그림 2] GIST 다산빌딩 6층에 설치된 라이다에서 레이저 광(초록색)을 하늘로 쏘아 올리는 모습. 6층 내부에서 촬영한 사진(좌)과 하늘로 향해 난 창문으로 레이저가 나오는 모습(우). 좌측 사진의 흰색 밝은 부분은 달(月)이다.
□ GIST(광주과학기술원)가 레이저 원격탐사장비인 라이다(LIDAR*)를 이용해 한반도 성층권(약 10~50㎞ 상공)에 유입되었던 아프리카 화산재를 처음으로 관측하고, 그 분포 특성을 분석하는 데 성공했다.
* 라이다(LIDAR) : LIght Detection And Range. ‘레이저 레이더’라고도 불리며 바람‧먼지‧연기‧에어로졸‧구름 입자 등의 존재와 이동을 측정하기 위한 원격탐사 장비. 가시광선이나 적외선의 레이저 광선이 광원으로 사용된다.
∘ 이번 연구는 국내에서 라이다를 이용해 성층권 에어로졸을 최초로 관측․분석한 것으로, 백두산 화산 폭발 등 한반도에서 발생할 수 있는 재난에 대응하는 데 국내 라이다 시스템이 활용될 수 있음을 입증한 것으로 평가된다.
□ 주로 성층권에 분포하는 화산재는 성층권 내 화학반응의 주요 매개체 역할을 하면서 지구 대기 온도를 낮추는 역할을 한다. 일례로 1991년 발생한 필리핀 피나투보(Pinatubo) 화산 폭발은 엄청난 양의 화산재를 성층권에 유입시켜 지구 전체의 평균온도를 0.5~0.8℃ 낮추었다.
∘ 이와 같은 지구의 대기환경 변화를 연구하기 위해서는 화산재 등 성층권 에어로졸에 대한 분포 연구가 필수적이지만, 국내에선 이를 직접 관측한 사례가 없었다.
[그림 1] 라이다를 이용한 화산재 관측 원리. 라이다로 광원인 레이저를 대기 중으로 보내면 성층권에 도달하게 되는데, 이 레이저 광이 화산재와 부딪히면 산란을 일으키게 된다. 산란된 레이저 광 중 후방으로 산란된 광을 망원경으로 수집, 라이다 신호를 얻는다. 이 신호를 분석해 화산재의 고도, 농도 등을 파악할 수 있다.
□ GIST 국제환경연구소 노영민 연구교수 연구팀은 라이다를 이용한 대기 관측을 통해 지난 2011년 6월 12일 아프리카 북동부 국가인 에리트레아(Eritrea)의 나브로(Nabro) 화산 분화로 발생한 화산재가 대기를 따라 이동, 당시 한반도 상공 성층권에 6개월 동안 분포했다는 사실을 확인했다.
∘ 연구팀은 기존의 다(多)파장 라만 라이다 시스템의 검출기 성능을 개선해 성층권의 입자를 실시간 관측할 수 있는 시스템을 구축하고 지난 2011년 2월부터 본격적인 관측을 시작했으며, 그해 6월 19일 국내 성층권 상공에서 나브로 화산의 분화로 발생된 화산재를 최초로 관측했다.
∘ 이후 6개월에 걸친 화산재 추적 관측 결과, 관측 초기 성층권 15~17㎞ 상공에 2㎞의 두께로 분포하던 화산재는 2개월 후 9㎞ 두께(11~19㎞ 상공)로 확산되었으며, 전체 화산재 농도는 시간이 지남에 따라 감소했다. (그림4 참조)
∘ 또한 첫 관측 시점의 화산재 농도가 절반으로 줄어드는 감쇄 시간(반감기)은 117일로 관측됐으며, 화산재 입자 형태를 분석한 결과 일부 화산재는 저온에서 빙정을 이룬 뒤 밀도 증가로 인해 화산재 층의 아래쪽에 주로 분포하는 모습도 관측됐다.
∘ 연구팀은 첫 관측 당시 화산재 여부를 파악하지 못했지만, 기상 자료를 바탕으로 대기 흐름을 역추적하고 위성자료와의 비교·분석을 통해 해당 에어로졸 입자를 포함한 공기층이 나브로 화산 폭발 지역에서 한반도로 유입됐음을 뒤늦게 확인할 수 있었다.
(왼쪽부터) 노영민 연구교수, 신동호 박사(GIST 동문), 데트레프 뮐러 교수
□ 노영민 연구교수는 “이번 연구는 라이다 시스템을 이용해 대류권(0~10㎞ 상공)의 초미세먼지와 황사, 꽃가루뿐 아니라 지구 기상현상과 환경 변화에 영향을 주는 성층권 내 화산재까지 동시에 관측할 수 있음을 보여준 것”이라며 “백두산 화산 폭발 등 미래에 발생할 수 있는 한반도와 그 주변 화산 폭발 재난에도 라이다 시스템의 활용이 가능하다”고 말했다.
∘ 국립환경과학원의 신동호 박사(교신저자)가 주도하고 GIST 노영민 연구교수(제1저자)와 영국 허트포드셔(Hertfordshire) 대학 데트레프 뮐러(Detlef Müller) 교수(공동저자)가 수행한 이번 연구는 한국기상산업진흥원의 기상 See-At 기술개발사업과 한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업 기본연구(후속연구지원)의 지원으로 수행됐으며, 대기환경 분야 저명 학술지인 에트머스페릭 인바이런먼트(Atmospheric Environment)에 1월 17일 온라인판으로 게재됐다. <끝>
대외협력팀