6.3.1 전도형강수량계
전도형강수량계는 내부에 설치된 전도용기에 적정량의 물의 채워지면 전도용기가 기울어지면서 배수가 이루어지고, 리드스위치를 작동시켜서 전기적인 신호를 출력하여 강수량을 산출한다. 1회 전도량에 따라 0.5 mm 형식으로 강수량을 측정하며, 수수구의 직경은 200 mm로 구성되어 있다.
동절기에 강수량을 관측하기 위하여 수수구 내부에 히터(heater)를 설치하여 전도형강수량계에 쌓인 눈을 녹여 관측할 수 있어야 한다. 수수구는 녹에 강하고 낙엽 등의 이물질이 들어가지 않도록 방지하는 차폐막이 있어야 한다.
전도형강수량계는 20 mm ± 5 %의 정확도를 가져야 하며, 바람에 의한 관측오차를 줄이기 위해 강수량계 주변에 바람막이를 설치한다. 전도형 강수량계의 설치는 관측장소 내 장애물들의 영향을 받지 않는 곳에 설치하며, 수수구의 높이는 지면에서 50～70 cm로 설치한다.
6.3.2 무게식강수량계
무게식강수량계는 비, 눈 등 액상과 고체상의 강수를 관측하는 센서이며, 본체에는 저수통이 있어 비, 눈 등을 저수통에 모아 무게를 측정하는 원리를 사용하여 강수량을 산출한다.
무게식강수량계의 수수구는 직경 20 cm의 원통 형태이며, 저수통의 용량은 1,000 mm 이상이다. 저수통에 쌓인 강수량은 저수통 용량을 초과할 경우 쌓인 수동으로 배수 작업을 수행하거나 자동으로 배수된다. 또한, 수동 배수형의 경우 겨울철 저수통 내부의 물이 얼지 않도록 부동액을 주입해야 하며, 자동 배수형의 경우 부동액을 사용하지 않고 운용한다.
무게식강수량계는 0.1 mm 단위로 측정하며, 전도형강수량계와 동일하게 바람막이를 설치하여 바람에 의한 오차를 최소화 한다. 또한, 수수구의 높이는 1 m 내외로 설치한다.
[그림 5] 전도형강수량계(좌), 무게식강수량계(우)
제 7 장 일조시간 관측 7.1 일조시간 관측 목적
일조시간은 빛이 비친 시간과 관련된 요소로 식물생장에 중요한 관측요소이다.
일반적으로 일조시간이 길면 작물의 발육이 양호하나 일조시간이 짧으면 작물이 연약하게 자라서 해충이나 병해가 크게 발생하는 일이 많다. 또한 식물의 개화나 결실기가 일조 시간에 지배되므로 일조관측은 농업분야에서 매우 중요하다.
7.2 일조시간의 정의
일조시간이라 함은 태양광선이 구름이나 안개 등에 차단되지 않고 지표면을 비친 시간을 말한다. 만약 지평선까지 장애물이 없는 지방에서 종일 구름이나 안개 등으로 일광의 장애가 없다면 이 지방의 일조시간은 태양이 동쪽 지평선에 나타나서부터 서쪽 지평선에 질 때까지의 시간, 즉 가조시수와 일치하게 된다.
그러나 대부분의 경우 지형의 영향으로 가조시수와 일조시간은 일치하지 않는다.
이것은 가조시수는 지형에 관계없이 위도에 따라 지평선을 기선으로 하여 일출, 일몰 시각이 결정되기 때문이다.
7.3 일조시간 관측
모든 농업기상관측관서는 회전거울식 일조센서로 일조시간을 관측한다. 일조 센서는 감지된 일사량이 120 W/㎥ 이상일 때의 시간을 측정하도록 고안되어 있다. 기타 관측방법과 사용측기 및 설치 등은 지상기상관측지침에 준한다.
단, 동일 관서 내 종관용 자동기상관측장비(ASOS)가 있는 경우 그 자료를 활용할 수 있다.
제 8 장 증발량 관측 8.1 증발량 관측의 목적
증발량은 강수량과 함께 대기 중의 물 순환의 기본적 요소이므로 증발량의 증감과 변화추세 등의 관측현황은 기후변화 감시, 농업기상, 댐 관리, 생태계의 변화 등 여러 방면에 중요한 자료로 활용된다.
8.2 증발량의 정의
증발이란 수면, 지면, 초지, 산림 등 광범위한 지역에서 액체 또는 고체 상태의 물이 기체 상태의 물로 변화하는 과정을 말하며, 이때 증발되는 양을 증발량이라고 한다. 현재 이와 같은 대규모적인 증발량관측은 불가능하다.
따라서 과거에는 대기상태에 의한 증발량의 경향을 파악할 수 있는 호수 면에서의 증발과 유사한 일정한 용기내의 수면에서 증발하는 양을 직접 측정하였으나, 현재는 증발량을 직접 관측하는 대신 증발산량 계산식을 통해 간접 측정하는 방식을 따르고 있다.
증발량은 임의의 시간 내에 단위 면적의 지표면이나 수면으로부터 증발에 의해 감소된 수분의 양을 의미하며, 증발량의 단위는 강수량과 같이 mm 단위로 측정한다. 일 증발량은 전일 00～00 UTC까지의 증발량을 말하며, 증발량은 용기의 형태에 따라 소형증발량과 대형증발량으로 분류한다.
계산식을 통한 간접 측정에서는 대형증발량은 소형증발량에서 0.7배한 값으로 대신한다.
8.3 Penman-Monteith 증발량 계산식
Penman-Monteith 증발산량 계산식(PM 식)을 활용하여 증발량을 산출한다.
PM 식으로 계산된 증발산량과 과거 관측자료를 통한 지점별 특성 값으로 팬 계수를 도출하여 소형증발량을 산출한다.
일별 증발량 산출식은 다음과 같다.
: 증발량(mm/day)
: 증발산량(mm/day)
: 팬 계수 잔디에서의 팬 계수는
ln
ln
ln
ln
이고, FET는 지점별 특성 값으로 100으로 한다.Penman-Monteith 증발산량 계산식을 이용한 자세한 증발량 계산 방법은 지상 기상관측지침을 준용한다.
제 9 장 토양수분 관측 9.1 토양수분 관측의 목적
토양수분이 적으면 농작물은 물을 흡수하지 못하며 이것은 농작물의 생육에 나쁜 영향을 준다. 또 토양수분이 적을 때에는 비료가 분해되지 않기 때문에 농작물이 영양분을 흡수하지 못 하게 된다. 토양수분은 강수량, 증발산량과 함께 관개(灌漑)에 매우 중요한 요소이다.
9.2 토양수분의 정의
토양수분이라 함은 토양입자나 공극사이에 양적으로 내포되어 중력에 역행 하여 스며들어 있는 물을 말한다. 이것은 토양의 건습정도를 나타내고 %, pF(응력) 또는 cmHg, 전기저항(Ω) 단위로 표시된다.
관측방법은 토양을 채취하여 관측하는 경우와 자연 상태의 토양을 그대로 관측하는 경우 두 가지가 있으며, 기상청에서는 지중 10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm 깊이의 토양수분을 관측하고 있다.
9.3 고주파 정전용량식 토양수분센서
본 센서의 출력방법은 시리얼 데이터이며, 고주파를 발생시켜 반사되어 들어오는 주파수를 분석하여 토양 내의 수분을 파악할 수 있다. 10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm 깊이마다 총 4개의 센서가 1조를 이루고 있으며, 토양 속으로 들어간 액세스 튜브(access tube)를 통해, 각 센서 주위에 형성된 고주파 전기장 (electrical field)이 점점 확장되어 토양 내의 수분을 정밀하게 측정하게 된다.
9.4 수분함량
센서 출력은 부피측정 토양수분 함량으로 표준화 방정식 그리고 초기값 또는 사용자 정의 교정 방정식을 통해 변환되는 크기가 없는 주파수(원시 계산)이다.
측량 단위는 부피측정의 수분함량 (vol %) 또는 토양의 100 mm 당 물의 밀리미터이다.
눈금이 있는 주파수의 수신 가능한 데이터 범위는 0에서 1.0까지다. 수분함량
설치 후 토양의 공극률과 전기전도도에 따른 수분함량 보정식을 작성하여 관측지점의 메타데이터로 활용해야 한다.
[그림 7] 고주파 정전용량식 토양수분센서(좌) 및 측기설치(우)
9.5 토양의 적합성
가벼운 모래에서부터 무거운 점토 종류까지 설치되며, 평균 돌 크기가 10 mm 보다 더 큰 돌땅은 부적합하다. 더 큰 돌은 프로브의 플라스틱 커팅 팁에 손상을 입히거나, 삽입의 방향을 바뀌게 할 수가 있다.
설치할 때는 1 m 깊이까지 토양이 촉촉해야 한다. 단단한 토양에서는 캡 정상의 액세스 튜브의 꼭대기에 경미한 손상을 입힐 수 있으며, 손상 발생 시 완전히 삽입될 때 거칠어진 가장자리를 날카로운 작은칼 또는 줄(file)로 제거해야 한다.
제 10 장 지하수위 관측 10.1 지하수위 관측의 목적
지하수위는 표층수의 변화에 대한 관측을 목적으로 하며, 지하수위라 함은 지표면으로부터 지하수면까지의 깊이를 말한다. 지하수위는 토양수분과 밀접한 관계가 있어, 지하수위 관측자료는 증발산량 관측자료와 함께 작물포장의 물수지 파악에 큰 도움이 된다.
10.2 지하수위계 설치
지하수위계는 지하 20 m 깊이까지 관측이 가능해야 하고, 가급적 그 오차는 0.2 %를 초과하지 말아야 한다. 디지털 표출과 기록지에 기록기능을 가진 기계를 설치하며, 관측용 단자는 관측관의 상부 지상에, 기록장치는 실내에 설치해야 운영이 원활하다.
관측공은 직경 75 mm의 PVC관을 사용하여 관측공의 맨 밑바닥까지 연결하고 관측공과 PVC관 사이는 여과자갈로 충전하여 지하수가 관측관에 고이도록 한다. 관측공의 구경은 150 mm, 깊이는 15 m로 한다.
10.3 수위측정기 구성
지하수위계는 감시단자부(수위표출기, 기록계)와 측정공(지하수위 센서)으로 구성되어 있다. 감시단자부의 수위표출기는 센서값(수위계)의 신호를 받아 0에서 100 m까지 표시할 수 있다.
측정공의 수위계는 입력전압은 DC 4～20 mA이고, 측정범위는 0～100 m 이다. 전기신호 4 mA 일 때 기록치는 0 m 이고, 20 mA는 100 m를 표시하며 균등 분할하여 기록 지시한다.
과거 관측자는 수동 수위측정기의 감시단자부의 수위표출기의 값을 관측하였으나, 지금의 자동 지하수위계는 자료처리기에서 1분 간격으로 수위계의 관측자료를 수집, 처리하여 종합기상정보시스템으로 전송한다.
[그림 9] 순복사 센서
제 11 장 순복사 관측 11.1 순복사 관측의 목적
농경지의 순복사량은 열에너지로 변환되어 물의 증발, 흙․물․식물 및 공기의 가열에 사용된다. 그리고 최후에는 장파복사로서 우주공간으로 되돌아간다. 이들 에너지 배분사이에는 에너지보존 법칙이 성립되고 있으며, 이 법칙은 작게는 한 장의 잎, 온실, 크게는 지구 그 자체에도 적용된다.
농경지 대기의 순복사에너지는 지표의 수분이 증발하고 대기의 수증기가 응결하는 물리적 과정인, 대기와 지표간의 현열(sensible heat)과 잠열(latent heat)의 교환으로부터 결정된다. 따라서 순복사 관측은 열수지 모형 등 농림업 분야에서는 매우 중요하다.
11.2 순복사의 정의
순복사는 전천복사에서 반사복사를 빼고 남은 양으로서, 일중에는 전천복사량이
순복사는 전천복사에서 반사복사를 빼고 남은 양으로서, 일중에는 전천복사량이