산란 계수 측정방식 장비

의한 빛의 반사, 굴절, 회절 등에 의해서 일어나는데 이 모든 효과를 산란 효과라고 부른다. 따라서 소광 계수와 산란 계수를 동일한 것으로 볼 수 있 기 때문에 산란 계수를 측정해서 이것으로부터 기상광학거리를 측정하는 것이 가능하다. 산란 계수 측정은 작은 공기 체적에 시준 빔을 집중시킨 후 충분히 큰 입체각에 따라 산란된 빛의 정도를 광도계로 읽어서 그 평균값을 취하는 방식을 주로 사용한다.

산란 계수 는 다음과 같이 식을 통해서 표현할 수 있다.

여기에서 는 체적 V의 공기 속으로 들어가는 광플럭스의 양이고, 는 입사 빔에 상대적인 방향 로 산란되는 빛의 강도이다. 이때 산란 계수 를 측정하기 위해서는 모든 각으로부터의 산란을 적분해야 한다.

산란 계수를 이용한 기상광학거리 측정 장비는 후방산란 방식, 전방산란 방 식, 여러 각의 산란을 적분하는 방식 등 3가지 종류가 있다.

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1.8 시정

(a) 후방산란 방식 장비 : 그림 1.8에 보이는 것과 같이 송신부로부터 나온 빔이 송신기 앞에 있는 작은 체적의 공기에 집중되면, 같은 하우징 내부 에 송신기 보다 아래쪽에 설치된 수신기에서 대기로부터 후방 산란되 어 들어오는 양을 측정한다. 후방 산란 계수와 시정과의 직접 관계식을 구하기 위한 다양한 연구가 진행되었지만 여전히 만족할 만한 수준은 아니다.

[그림 1.8]후방산란 방식

(b) 전방산란 방식 장비 : 송신부에서 방사된 빔이 공기 체적을 통과하면서 발생한 전방 산란을 전면에 위치한 수신부에서 측정하는 방식으로, 가 장 좋은 샘플링 각도는 20°에서 50° 사이인 것으로 알려져 있기

[그림 1.9]전방산란 방식

1.8 시정

(c) 여러 각의 산란을 적분하는 방식 : 그림 1.10에서 보는 바와 같이 적분 네펠로미터라고 불리는 이 장비는 0°에서 180°(실제 관측에서는 0°에 서 120° 각도 사용)에 달하는 넓은 각도에 걸쳐서 산란을 측정해서 각 도별로 측정된 산란을 적분해서 전체 산란량을 결정하는 방식을 사용 한다. 수신부는 여러 각도로 빔을 내보내는 광원에 수직인 곳에 설치한 다. 이론적으로는 이 방식의 장비가 가장 좋은 산란 계수 즉 소광 계수 를 제공하지만 실제로는 대기 중의 산란을 샘플링하는 과정에서 정보

[그림 1.10]여러 각 산란 적분 방식

때문에 송신기에서 나오는 입체각과 수신부에서 수신하는 입체각이 이 각도 이내에 머물도록 송신기와 수신기를 설치한다(그림 1.9).

를 제공하지만 실제로는 대기 중의 산란을 샘플링하는 과정에서 정보 가 손실되는 것을 방지하는 것이 아주 어렵기 때문에 실제 관측에서 정 확도가 그 만큼 높게 나타나지는 않는다. 대기관측에서 점점 이 방식의 기상광학거리 측정 장비 사용이 증가하고 있지만 여전히 대기오염을 연구하는 분야에서 주로 사용한다.

위에서 언급된 장비들은 수신부에 광검출기 셀들이 들어있고, 사용되는 빔 은 크세논 방전을 통해서 만들어진다. 이 장비들은 크기가 1m~2m에 불과 하기 때문에 주간 관측을 위한 참조 지점이나 야간 관측을 위한 광원이 없 는 경우에 대안으로 활용하기 충분하다. 비록 이들 장비를 이용한 기상광학 거리 측정이 작은 공기 체적을 대상으로 하는 것이기 때문에 전체 지역에 대한 대표성을 가지지 못하고 단점이 있지만 샘플링 숫자와 측정 횟수가 늘어나면 대표성을 충분히 가질 수 있을 것이다.

과거에는 산란 방식의 관측장비를 통한 기상광학거리 측정에 대한 신뢰성 이 떨어지는 것이 사실이었지만, 최근 기술의 발전과 함께 산란 계수와 기 상광학거리의 상관관계를 충분히 받아들일 수 있는 수준에 도달해서 많은 자동관측장비의 시정 관측 센서로 활용되고 있다.

기상광학거리 관측장비의 설치는 관측값의 대표성을 확보할 수 있는 곳이 어야 하기 때문에 일반적인 종관관측 목적으로 사용하기 위해서는 장비는 연기, 산업 오염물질, 도로 부유물 등과 같은 국지적인 대기 오염 물질의 영 향을 받지 않는 곳에 설치하는 것이 좋다. 또한 소광 계수나 산란 계수를 구 하기 위한 공기 체적 샘플링은 목측이 이루어지는 높이인 1.5m 부근에서 이루어지는 것이 좋다. 투과율계나 산란 계수를 이용하는 장비 모두 태양 복사의 직접 입사의 영향을 받지 않도록 남북 방향으로 설치하는 것이 좋으 며, 그렇지 못한 경우 가림막을 설치해서 태양광을 막아 줄 필요가 있다.

1.8 시정