KR102473048B1 - 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법 - Google Patents

기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공 위성으로부터 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하고, 상기 경계값에 기초하여 유효운을 탐지함으로써, 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법을 제공한다.

Description

기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법 {detecting method of effective cloud for artificial weather test based on meteorological aircraft}
본 발명은 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공 위성으로부터 수집된 구름 산출물 자료를 이용하여 유효운을 탐지함으로써, 보다 효과적으로 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 탐지할 수 있는 방법에 관한 것이다.
2000년대 이후 도시화와 산업화가 빠르게 진행되면서 용수 수요가 지속적으로 증가 되어 왔고, 미래의 수자원 확보에 대한 우려가 발생되고 있다. 댐 건설은 가장 효과적인 수자원 확보 방안이 될 수 있으나 경제적인 문제 이외에 주변 지형과 환경 변화 그리고 수몰지역 생태계 파괴 등의 환경 문제가 발생된다.
이를 대체할 수 있는 수자원으로 지하수와 강변 여과수, 해수 담수화, 해양 심층수, 인공증우(설) 등이 있다. 이 중에서 인공 증우(설)는 환경 문제를 최소화하며 비교적 적은 비용으로 수자원을 확보할 수 있는 방안으로 검토되고 있다.
인공증우(설) 실험은 강수 가능성이 낮거나 강수 효율이 낮은 구름에 인위적인 미세물리과정을 부여(시딩, Seeding)함으로써, 변화를 야기시켜 강수를 유발시키는 발명을 일컫는다. 이 때, 지상과 항공 실험 등 다양한 방법으로 인공증우(설) 실험을 수행할 수 있으나 보통 항공 실험을 주로 수행한다. 인공증우(설)을 위한 기상조절 실험은 전세계적으로 기술의 개발과 실용화가 진행되고 있으며 많은 경제적 이익이 보고되고 있다. 기상 항공기를 이용한 인공증우(설) 실험을 장기간 현업으로 수행하고 있는 미국, 중국, 태국, 호주 등은 통계적으로 실험에 의한 연강수량이 증가하고 있음을 제시해오고 있다.
한편, 기상 항공기를 이용한 기상 조절 실험으로부터 인공증우(설)를 보다 효과적으로 수행할 수 있도록 시딩 가능한 구름, 즉, 유효운의 탐지는 매우 중요하다.
본 발명은 인공 위성으로부터 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하고, 상기 경계값에 기초하여 유효운을 탐지함으로써, 보다 효과적으로 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 탐지할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 인공 위성으로부터 구름 산출물 자료를 수집하는 수집 단계; 상기 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하는 설정 단계; 설정된 경계값에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 탐지하는 탐지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 방법은 인공 위성으로부터 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하고, 상기 경계값에 기초하여 유효운을 탐지함으로써, 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 인공위성으로부터 수집된 구름 산출물 자료를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 구름 산출물 자료로부터 탐지된 유효운을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 기상 항공기 기반의 인공증우 실험 및 시딩 가능한 유효운에 대한 설명은 전술하였으므로 이하에서 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리 범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이에, 본발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한, 도 1은 본 발명에 따른 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 인공위성으로부터 수집된 구름 산출물 자료를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2a는 위성 운량을 나타내고, 도 2b는 운정 고도를 나타내며, 도 2c는 운정 온도를 나타내고, 도 2d는 강우 강도를 나타내며, 도 2e는 운상을 나타내고, 도 2f는 구름 수액 및 빙정 경로를 나타낸다. 그리고, 도 3은 도 2에 도시된 구름 산출물 자료로부터 탐지된 유효운을 나타내는 도면이다.
본 발명의 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법은, 인공 위성으로부터 구름 산출물 자료를 수집하는 수집 단계; 상기 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하는 설정 단계; 및 설정된 경계값에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 탐지하는 탐지 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 넓은 영역을 연속적으로 실시간 모니터링을 수행하고 있는 인공위성으로부터 구름 산출물 자료를 활용하여 유효운을 탐지하는 것이다.
구체적으로, 상기 구름 산출물 자료는 정지궤도위성으로부터 수집할 수 있다. 예를 들면, 상기 구름 산출물 자료는 우리나라 천리안 2호(GK-2A) 또는 일본 Himawari-8과 같은 정지궤도위성으로부터 수집할 수 있다. 정지궤도위성은 특정 지상 영역 (GK-2A 또는 Himawari-8은 한반도 영역)을 매 2분 간격으로 2km× 2km의 공간해상도로 관측할 수 있다. 즉, 정지궤도위성은 극궤도위성 또는 지상 관측 장비와 달리 광범위한 영역의 구름을 연속적으로 관측할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 구름 산출물 자료는 위성 운량, 운정 고도, 운정 온도, 운상, 강우강도, 구름 수액 경로 및 구름 빙정 경로 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기에서, 위성 운량(cloud fraction)은 위성에서 탐지된 해당 격자 영역 구름의 분율로 0 내지 100%의 운량(단위:%)을 의미한다. 상기 운정 고도(cloud top height)는 구름의 정상부 고도(단위: km)를 의미하며, 운정 온도(cloud top temperature)는 구름의 정상부 온도(단위: ℃)을 의미한다. 상기 운상(cloud phase)은 구름의 상태, 즉, 액체상(water phase)과 얼음상(ice phase)를 의미하고, 상기 강우 강도(rainfall rate)는 해당 격자 영역 내에 발생될 수 있는 강우의 강도(mm/h)를 의미한다. 또한, 구름 수액 경로(cloud water path)는 구름의 광학 경로 내에 존재하는 액체 물의 총량(단위: g/m2)을 의미하며, 구름 빙정 경로(cloud ice path)는 구름의 광학 경로 내에 존재하는 빙정 얼음의 총량(단위: g/m2)을 의미한다.
그리고, 상기 설정 단계에서, 구름 산출물의 경계값을 설정한다는 것은 위성 운량, 운정고도, 운정온도, 운상, 강우강도, 구름 수액 경로 및 구름 빙정 경로의 경계값을 설정하는 것이다. 상기 경계값은 사용자가 임의로 설정할 수 있으나, 지형 고도, 기상 항공기의 유효 비행 고도, 자연 강수 유무 및 구름의 광학적인 특성을 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 대관령과 같이 해발 800m를 넘는 지역에서 주로 실험을 수행하는 경우 지형 고도를 고려하여 기상 항공기의 유효 비행 고도를 높게 설정할 수 있으며, 자연 강수 현상이 빈번히 일어나거나 그렇지 않은 지역의 경우 강우 강도 조건을 높이거나 낮출 수 있다. 또한 기상 항공기의 성능에 따라 도 1에 예시로 설정된 운정 고도 5km를 초과할 수 있다. 단, 고도가 높아질수록 대기중의 산소가 부족해지므로 시딩 연소탄의 연소를 고려할 필요가 있고, 시딩 물질의 활성화 온도를 참고하여 운정 온도 조건을 -5℃ 미만으로 설정할 수 있다. 따라서, 도 1에 기재된 다양한 경계값들은 하나의 예시로서 사용자가 임의로 변경 가능하다.
하나의 예시에서, 상기 탐지 단계는 위성 운량, 운정고도 및 강우 강도의 경계값에 기초하여 유효운을 탐지할 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 탐지 단계는 위성 운량 80% 이상이고, 운정 고도가 1 km 이상 5km 이하이며 및 강우 강도가 5mm/h 이하를 동시에 만족할 때 유효운으로 탐지하고, 상기 요소 중 하나라도 만족하지 않는다면 미탐지된 것으로 판단한다.
한편, 기상 항공기 기반의 인공증우 실험에 있어서, 시딩 물질은 유효운의 성질에 따라 다르게 사용되어야 하기 때문에, 유효운의 운상은 매우 중요한 정보이다. 상기 유효운은 운상에 따라 액체상 유효운 (따듯한 구름) 또는 얼음상 유효운(차가운 구름)으로 분류될 수 있다.
또 하나의 예시에서, 본 출원에 따른 방법은 상기 경계값에 기초하여 탐지된 유효운의 운상을 분류하는 분류 단계를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 분류 단계는, 운정 온도, 구름 수액 경로 및 구름 빙정 경로의 경계값에 기초하여 상기 탐지된 유효운을 액체상 유효운 또는 얼음상 유효운으로 분류할 수 있다. 도 1을 참조하면, 탐지 단계로부터 탐지된 유효운의 구름 수액 경로가 100 g/m2 이상이면 액체상 유효운으로 분류하고, 구름 빙정 경로가 100g/m2 이상이면 얼음상 유효운으로 분류할 수 있다. 또한, 상기 분류 단계는 탐지된 유효운의 구름 수액 경로가 100 g/m2 이상이더라도 운정 온도가 -5℃ 이하이면 얼음상 유효운으로 분류할 수 있다.
이상의 과정을 통해 최종적으로 액체상 유효운과 얼음상 유효운을 분류하면, 도 3과 같이 영상 출력한다. 이 때, 식별의 용이성을 위하여 액체상 유효운과 얼음상 유효운을 각각 다른 화소로 출력할 수 있다. (도 3에서, 주황색 영역: 액체상 유효운, 하늘색 영역: 얼음상 유효운).
또한, 기상 항공기 기반의 인공증우 실험 효율을 위해서, 유효운의 운상에 따라 시딩 물질은 다르게 사용되어야 하므로, 본 발명에 따른 방법은 분류된 유효운의 운상에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 물질을 결정하는 결정 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
삭제
본 출원은 또한 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 컴퓨터의 운용 프로그램을 통해 실행될 수 있다.
구체적으로, 상기 시스템은, 인공 위성으로부터 구름 산출물 자료를 수집하는 수집부; 상기 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하는 설정부; 및 설정된 경계값에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 탐지하는 탐지부를 포함한다.
또한, 상기 시스템은, 상기 경계값에 기초하여 탐지된 유효운의 운상을 분류하는 분류부; 및 유효운의 운상에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 물질을 결정부를 추가로 포함한다.
상기 구성들과 관련된 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로, 이하에서 생략하기로 한다.
또한, 본 출원은 기상 항공기 기반의 인공증우 실험에 관한 것이다. 상기 실험은 전술한 방법 또는 시스템을 이용한다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 발명의 설명에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 인공 위성으로부터 구름 산출물 자료를 수집하는 수집 단계;
    상기 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하는 설정 단계;
    설정된 경계값에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 탐지하는 탐지 단계;
    상기 경계값에 기초하여 탐지된 유효운의 운상을 분류하는 분류 단계; 및
    유효운의 운상에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 물질을 결정하는 결정 단계를 포함하고,
    상기 구름 산출물 자료는 위성 운량, 운정 고도, 운정온도, 운상, 강우강도, 구름 수액 경로 및 구름 빙정 경로를 포함하며,
    상기 탐지 단계는 위성 운량 80% 이상, 운정고도 1km 이상 5km 이하 및 강우강도 5mm/h 이하를 만족할 때 유효운으로 탐지하고,
    상기 분류 단계는 탐지된 유효운의 구름 수액 경로가 100 g/m2 이상이면 액체상 유효운으로 분류하고, 구름 빙정 경로가 100g/m2이상이면 얼음상 유효운으로 분류하는 것을 특징으로 하는, 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 인공 위성으로부터 구름 산출물 자료를 수집하는 수집부;
    상기 수집된 구름 산출물 자료의 경계값을 설정하는 설정부;
    설정된 경계값에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운을 탐지하는 탐지부;
    상기 경계값에 기초하여 탐지된 유효운의 운상을 분류하는 분류부; 및
    유효운의 운상에 기초하여 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 물질을 결정부를 포함하고,
    상기 구름 산출물 자료는 위성 운량, 운정 고도, 운정온도, 운상, 강우강도, 구름 수액 경로 및 구름 빙정 경로를 포함하며,
    상기 탐지부는 위성 운량 80% 이상, 운정고도 1km 이상 5km 이하 및 강우강도 5mm/h 이하를 만족할 때 유효운으로 탐지하고,
    상기 분류부는 탐지된 유효운의 구름 수액 경로가 100 g/m2 이상이면 액체상 유효운으로 분류하고, 구름 빙정 경로가 100g/m2이상이면 얼음상 유효운으로 분류하는 것을 특징으로 하는, 기상 항공기 기반의 인공증우 실험을 위한 시딩 가능한 유효운 탐지 시스템.
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