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일사관측
제5장 일사관측

 



제 5 장 일사관측

5.1 정 의

    태양으로부터 지구를 향해 방사되는 에너지(energy)를 일사라 부르며 농작물 생육에 있어서 중요한 기상요소로 농업기상에 있어서는 특히 중요시되는 요소이다.

    기상관측 분야에서 다루고 있는 복사(radiation)는 태양복사 또는 일사(solar radiation), 지구복사(terrestrial radiation) 및 이들의 총합인 총복사(total radiation)로 크게 나눌 수 있다. 이중 기상관측에서 중요시 하는 일사량은 지표면에서 받는 태양열의 강도를 말하는 것으로서 직달일사와 수평면일사(전천복사)로 나눌 수 있다.

    지구표면으로 입사되고 표면에서 방출되는 다양한 복사파는 지표상의 한 지점뿐만 아니라 대기중에서는 물론 지구 전체에서의 열의 유출입을 결정하는데 가장 중요한 역할을 한다.

    복사량 측정에는 단위시간에 단위면적이 받는 열량인 순간복사량(irradiance)과 정해진 시간(1시간 또는 1일)동안 단위면적이 받는 총열량인 복사량(radiant exposure)을 표현하기 위하여 아래 단위가 사용된다.

<표 1> 순간복사량 단위와 환산관계

순 간 복 사 량

Wm-2 로 환산할 때 곱하는 수

mW ㎝-2

kWm-2

cal ㎝-2 min-1

mcal ㎝-2 s-1

10.0

1000.0

697.8

41.868

 

<표 2> 복사량 단위와 환산관계

복 사 량

Jm-2 로 환산할 때 곱하는 수

J ㎝-2

cal ㎝-2

kcal m-2

10,000.0

41,868.0

4,186.8


5.2 일사관측의 종류

    대기의 하층까지 투과되는 일사관측 종류는 직달일사, 수평면일사, 하늘복사, 반사일사, 순복사, Spectrum일사 및 고정평면에 대한 일사량 측정으로써 건물 벽면이 받는 일사량 측정 등이 있다.

5.2.1 직달일사(direct solar radiation)

    직달일사량은 수광면(受光面)이 항상 태양광선에 수직하도록 설치한 직달일사계(pyrheliometer)로 측정한다. 직달일사계로 관측된 일사량은 대기의 투과율 및 혼탁계수 계산에 이용되며 다른 일사측정의 기준이 된다.

    측기가 갖는 특징은 움직이는 태양을 따라 신속하고 부드럽게 방위와 고도각을 조정하는 장치가 필요한 점이다. 직달일사계로는 Angstrom 보상식(補償式)일사계, 은반(銀盤)일사계, Michelson 바이메탈일사계, Linke-Feussner 일사계, Eppley 직달일사계 등이 사용되고 있다.


[그림 7] 직달일사계

5.2.2 수평면일사

    전천(全天)일사라고 불리는 수평면일사의 관측은 수평하게 놓인 수광면(受光面)이 받는 태양광선과 전체 하늘의 산란광을 관측하는 것으로 가장 많이 이용되는 일사량이다.

    측기는 계속적으로 외부에 노출되어 자기 기록되므로 그 수감부(受感部)는 구형유리로 밀폐되어 있다. 대표적인 수평면일사계(pyranometer)로는 Eppley 일사계, Moll-Gorczynski 일사계, Eppley 일사계(또는 New Eppley), Robitzsch 바이메탈 일사계, Yanishe-vsky 일사계 등이 있다.

5.2.3 하늘복사(sky radiation)

    전천산란일사라고 불리는 하늘복사(sky radiation)의 관측은 수평하게 놓인 수광면에 쪼이는 직사광선을 가림으로써 이루어진다. 수평면일사량과 하늘복사량의 차가 수평면에 도달하는 직달일사량이 된다. Eppley일사계, Moll-Gorczynski 일사계 등 수평면일사계에 직사광선 차단장치(shading disk 또는 shading ring)를 부착한 측기를 사용한다.

5.2.4 반사복사

    태양의 직사광선 및 하늘의 산란광이 지표면에 반사되어 위쪽으로 향하는 일사량으로서 수평하게 놓인 수광면(受光面)으로 측정한다. 반사일사량은 수평면일사량과 비교하여 지면의 알베도(albedo)를 구하는데 이용된다. 측기는 지면에서 1∼2m 높이에 수감부를 아래로 향하게 설치한다.

5.2.5 순복사(net radiation)

    경작지나 수면 등의 온도변화 및 증발의 열원으로 사용된 복사에너지의 총량을 순복사량이라고 하는데, 이것은 어떤 대상에 입사하는 전 복사에너지(단파복사+장파복사)와 반사 또는 사출되는 전 복사(단파+장파)의 차로서 주어진다.

5.3 수평면일사관측

    수평면 일사는 기록지에 일사량의 시간적 변화가 곡선으로 나타나게 되며, 이 기록으로부터 시간당 일사량과 일 총계 및 최대치를 구하는 것이 일사량 계산 인 것이다.

    이를 위하여 기본적으로 알아야 하는 것은 기록지의 가로·세로 눈금 최소단위 둘러싸인 단위면적당 일사량이다. 단위면적당 일사량을 면적상수 κ를 이용하여구하는 방법이다.

    기록선으로 둘러싸인 면적에 해당하는 단위 면적의 칸수에 κ값을곱함으로써 일사량이 계산된다. 그림 7의 예에서 13시와 14시 사이의 1시간 일사량은 단위

    면적 수가 52.1개로 보아 52.1 × κ = 2.43(MJ/㎡)으로 계산된다. 면적상수κ는 수감부의 감도정수와 기록계의 성질에 따라 다른 값을 가지게 되므로 측기가 바뀔 때마다 새로 결정하여야 하는 점을 유의하여야 한다.


[그림 8] 수평면일사계 및 기록계

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