[항공] 기상변화의 요인과 기상관측, 예보

2012 포스팅 자료실 2012.03.24 01:12
**항공지식 - 기상변화 관측 / 국제표준대기표**


꿈을 이루는 버튼
 
기상변화의 요인

  항공기나 우주비행체가 하늘을 날 수 있는 것은 눈에 보이지 않는 대기, 즉 공기의 성질을 잘 이용하고 있기 때문입니다. 선박이 물의 성질을, 자동차가 땅의 성질을 잘 이용하여 운행되고 있는 것과 같이 항공기는 주로 10km 남짓한 낮은 대류권 범위 내에서 밀도가 높은 대기의 성질을 잘 이용하고, 우주비행체는 그 밖의 높은 범위의 공간에 존재하는 아주 희박한 대기의 성질을 잘 이용하여 비행하고 있는 것입니다.
  그러나 우주비행체도 이착륙을 할 때는 밀도가 높은 대기의 영향을 받아야 하고, 높은 궤도 비행을 할 때도 완전한 진공상태가 아닌기 때문에 희박한 대기의 밀도나 온도, 기타 기상변화의 영향을 무시할 수가 없습니다.
  기상변화의 요인은 태양열과 지열, 그리고 기타 열에 의한 공기의 대류현상이 주된 요인으로 되고 있지만, 실제로는 기온, 기압, 습도, 바람, 구름, 비, 눈 등 여러 가지 요소가 복합적으로 작용되어 아주 복잡한 변화양상을 나타내고 있는 것입니다.
  그래서 그 변화상태를 시시각각으로 파악하여 '기상예보'를 해 주고 있습니다. 제아무리 잘 만들어진 항공기나 우주비행체라 할지라도 기상상태를 무시하고 무모하게 비행할 수는 없기 때문입니다.


기상관측과 예보방식

  일반적으로 기상관측이란, 여러 가지 기상변화의 요소를 기상관측 레이더로 측정하는 것을 말하는 것인데, 지상에서 측정하는 '지상 기상관측'과 고공에서 측정하는 '고공 기상관측' 두 가지 방법이 있습니다. 또 측정하는 시기에 따라 정시적으로 하는 '정시관측'과 특별한 경우에만 실시하는 '특별관측'이 있습니다.
  항공기의 안전운항, 특히 이착륙 할 때의 안전을 기하기 위하여 실시하는 기상관측을 '항공기상관측'이라고 하는데, 매시간 또는 매 30분 마다 공항에 있는 기상관측소에서 관측을 하고 있습니다. 그러나 규모가 작은 지방공항에서는 공항의 운용시간과 항공기의 이착륙 빈도에 따라 관측시간 간격이 좀 다르고, 야간관측을 하지 않는 경우도 있습니다.
  특별관측은 태풍이나 짙은 안개 등 기상요소의 급격한 변화로 항공기의 운항, 특히 이착륙에 지장을 초래할 만한 급격한 기상변화가 예상될때 실시하는 방법인데, 특별관측을 해야 할 급격한 변화의 정도는 국제적으로 정해진 기준에다 국내 실정을 감안하여 그 기준이 정해지고 있습니다.


  고공기상관측은 고공의 기온, 기압, 풍향, 풍속 등을 관측하는 것인데 10km 상공까지는 항공기로, 그 이상의 고도에 대해서는 기상위성을 이용하고 있습니다. 고공관측의 결과는 대기의 입체적인 구도에 관한 내용, 즉 등온면, 등압면, 수직단면, 그리고 이를 종합한 전체적인 기상도작성 등 기상예보 자료를 만드는데 아주 유효하게 활용되고 있습니다.
  항공기에 의한 기상관측은 정기 운송 여객기나 기상 정찰기가 규칙적으로 정해진 항로를 비행하면서 기상상태를 관측하고 지상관제소에 보고하는 것인데, 관측위치, 시간, 풍량, 풍속, 시정, 운량, 운고, 기온 등을 정시적으로 통보하는 '정시 항공실황 기상통보방식' 과 특별히 태풍의 위치나 강도를 정확하게 관측하여 통보하는 '지정 특별 항공실황 기상통보방식'이 있습니다.
  한편, 항공기 이착륙에 직접적으로 관계되는 공항주변의 기상요소를 관측 예보하는 업무를 '비행장 예보(TAF)'라고 하는데, 활주로 상의 풍향, 풍속, 지상 시정, 구름 상태 등 관련 정보를 국제적으로 기상관측 기관끼리 1일 4회씩(00, 06, 12, 18시, 24시간 유효) 교환하고 있습니다. 그러나 국내에서는 1일 8회씩 교환하고 있는데 이 정보는 6시간 유효한 것으로 되어 있습니다. 


  기상위성 관측은 국제기상관측기구인 WMO(World Meterological Organization)에서 그 업무를 총괄하고 있는데, 기상위성에는 정지위성과 극궤도위성 두 가지가 있습니다. '정지위성'은 여러 개의 위성을 적도 상공 약 3만 6000km 상공에다 등간격으로 배치하여 위성 직하점을 중심으로 반지름 약 6000km(60˚N에서 60˚S) 범위의 기상상태를 항상 감시 관측하고 있습니다. 즉 구름의 분포상태와 각 지점의 온도 등을 정확하게 관측하고, 태풍이나 저기압전선 등의 세기와 활동상황을 감시하며 모든 정보를 지상국에다 전송해 주고 있습니다.
  '극궤도위성'은 남북 또는 북남 방향으로 적도를 통과하는 시간이 일정한 여러 궤도를 돌면서 관측하는 태양동기 위성인데, 보통 2개가 한 조가 되어 1일 4회씩 관측된 정보를 보내주고 있습니다. 그 중에서 1000km 이하의 저고도 궤도의 이점을 이용하여 정지위성이 감시하지 못하는 고위도 지방의 기상상태를 감시 관측하는 극궤도위성도 있답니다.


국제표준대기표

  항공기는 언제나 대기의 밀도가 높은 대류권 (약 11km 이하) 내에서만 운항하고 있는 비행체입니다. 이 대류권 내에서는 고도가 높아질수록 자연적으로 기온이 점점 내려가고 있기 때문에(1m 높아질수록 0.0065˚C 만큼씩 떨어져 11km 이상이 되면 거의 일정하게 -56.5˚C가 됨) 언제나 열에너지의 대류현상이 발생하게 마련입니다. 그래서 대기는 일정불변한 상태를 유지하지 못하고 항상 변동하게 마련이고, 이로 이하여 아주 복잡한 기상변화가 일어나고 있는 것입니다.
  항공기는 이와 같이 항상 변화하고 있는 대기의 상태, 즉 기온, 기압, 밀도 등의 변화영향을 받아가면서 비행하고 있는 것입니다. 그래서 고도 2000m 에서 시속 500km로 날 수 있는 항공기가 같은 파워로 고도 1000m에서는 같은 속도로 날 수 없고, 또 다른 지역에 가서는 같은 고도에서 같은 속도로 날 수 없는 것입니다.
 이와 같은 비행성능의 변화 이외에도 항공기의 비행 안전성과 운동성 같은 것도 변화무궁한 대기상태의 영향을 언제나 받게 마련입니다. 그래서 항공기의 성능을 제대로 표시하려면, 그때그때의 대기상태를 일일이 표시해 주어야 하는데 대단히 복잡하고 또 서로의 성능을 비교하는데에도 불편하기 때문에, 마치 길이를 재기위한 '자'가 있듯이 대기에 대해서도 고도 2만 m 까지의 그 표준상태를 가상적으로 나타내는 방법을 정해 놓고 있는데 '국제표준대기표'라고 합니다.

  1952년, 따뜻한 온대지방에서 관측된 기상자료의 평균치를 종합하여 국제 민간항공기구인 ICAO에서 이를 만들어 현재까지 온 세계에서 공통적으로 활용되고 있습니다. 우리나라 항공법에서도 1961년부터 이 표준대기표를 사용하도록 규정하고 있고, 한국산업규격에서도 1976년에 항공부문(KS-W)의 'W0211 - 79 표준대기'로 KS 규격화되고 있습니다.


Standard Atmosphere Table


  이 국제표준대기표는 항공기 기타 관련 장비품의 성능을 비교 평가하고 안전성을 확보하기 위한 기술상의 기본기준으로서, 모든 기술자료에서 그 성능을 나타내고 있는 숫자는 모두 이 표준대기상태를 기준으로 한 것입니다. 
  앞에서도 설명했듯이 모든 과학기술은 '정성적인 발상'과 '정량적인 실증'이 겸비되어야 하는 것입니다. 정성적인 발상을 흔히 정량적인 실증을 하기 위한 '가정'이라고 하는데 국제표준대기표를 만드는데 있어서도 다음과 같은 여러 가지 가정사항을 전제로 하여 만들어진 것입니다. 

**국제표준대기표의 가정사항**
(1) 대기는 수증기가 포함되어 있지 않은 건조한 공기, 즉 완전가스와 같은 것이라고 가정하고 이것을 '표준대기'라고 한다. 
(2) 대기의 온도는 따뜻한 온대지방의 해면상의 15˚C를 기준으로 하고, 이것을 '표준온도'라고 한다.
(3) 해면상의 대기압력은 수은주의 높이 760mm를 기준으로 하고, 이것을 '1 표준기압'이라고 하며 1atm으로 표시한다
1atm = 760mmHg = 10.3332 mAg = 1.0332 kg/cm" ( 표준기압 = 수은주의 높이 = 수주의 높이 = 공업기압 또는 기압)
(4) 해면상의 대기밀도는 1.2250kg/m"' 을 기준으로 한다. 밀도 p는 단위체적당 질량, 따라서 그 무게(비중량) r 은 지구의 중력 가속도 g를 곱한 r = pg kg/cm"', 또 그 부피(비체적) v는 v = 1/r 이된다. 그러나 대기의 부피는 온도 및 압력에 의하여 팽창.수축됨으로 서로 비교할 때는 표준상태(760mmHg, 15˚C)일 때의 비체적 Vo Nm"'/kg 으로 표시하다. (Nm"' : 표준상태일 때의 대기의 부피)
(5) 고도에 따른 온도강하 구배는 -56.5˚C (-69.7˚F)가 될 때까지는 -0.0065˚/m 이고 그 이상 고도에서는 변함없이 일정 (-56.5˚C)하다고 가정한다. 







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