20.1. Principles of Weather Radar
강수 현상을 탐지하는 가장 효과적인 도구는 레이더(radar)입니다. 레이더는 Radio Detection과 Ranging의 약자로 1940년대부터 강수 탐지에 사용되어 왔습니다. 시간이 흐르면서 향상된 성능의 레이더로 인해 더욱 정확하게 강수를 탐지하고 표시할 수 있게 되었습니다.
국립 기상국(NWS, National Weather Service)이 사용하는 레이더는 기상 감시 레이더-1988 도플러(WSR-88D, Weather Surveillance Radar-1988 Doppler)라고 불립니다. *프로토타입(prototype) 레이더는 1988년에 제작되었습니다.
기상 레이더의 몇 가지 원리를 이해하는 것은 필수적입니다. 원리를 이해하면 WSR-88D 이미지를 올바르게 해석할 수 있을 것입니다. 이 섹션(section)에는 일부 WSR-88D 원칙과 항공기 레이더 원칙 간의 비교도 포함됩니다. 이러한 비교는 WSR-88D와 항공기 레이더의 강점과 한계를 설명하는 데 도움이 될 것입니다.
20.1.1. Antenna
[Figure 20-1]처럼 안테나는 대기 중으로 전파를 번갈아 방출하고 수신합니다. 대기 중으로 방출한 전파로부터 에너지의 펄스(pulses of energy)가 어떠한 대상에 부딪칠 수 있습니다. 그렇게 되면서, 에너지의 일부가 다시 되돌아오게 되어 안테나로 수신되는 것입니다.
안테나의 모양은 빔의 모양을 결정합니다. WSR-88D는 포물선 모양의 안테나를 가지고 있습니다. 이것은 전파를 좁고 원뿔 모양의 빔으로 집중시켜줍니다. 안테나를 기울이면서 대기의 여러 고도를 스캔(scan)할 수 있습니다.
20.1.2. Backscattered Energy
[Figure 20-2]와 같이 어떠한 대상에 부딪힌 후 레이더로 바로 되돌아오는 에너지의 양을 후방 산란 에너지(backscattered energy)라고 합니다.
대상(target)에는 강수(precipitation), 구름(clouds), 먼지(dust), 조류(birds), 곤충(insects), 건물(building), 기단 경계(air mass boundaries), 지형(terrain) 등이 포함될 수 있습니다. 반사율(reflectivity)은 Backscattered Energy의 양을 측정하는 것입니다. *반향(echo)은 레이더 디스플레이에서 Backscattered Bnergy(즉, 반사율)의 모습입니다.
20.1.3. Power Output
WSR-88D의 최고 출력은 750 *킬로와트(kW)입니다. 이를 통해 구름, 먼지, 곤충 등과 같은 대기 중의 낮은 반사율 (작은) 대상을 더 잘 탐지할 수 있습니다.
대부분의 항공기 레이더는 최대 출력이 50kW 이하입니다. 따라서 더 작은 대상은 항공기 레이더로 탐지하기가 더 어려울 수 있습니다.
20.1.4. Wavelengths
[Figure 20-3]에서 볼 수 있듯, 파장은 레이더에서 방출되는 전파 내의 두 골 또는 두 마루 사이의 거리입니다. WSR-88D의 파장은 10cm입니다. 대부분의 항공기 레이더는 3cm의 파장을 가지고 있습니다. 짧은 파장이 작은 대상을 더 잘 감지할 수 있지만, 긴 파장에 비해 훨씬 많이 *감쇠됩니다.
- 프로토타입 (prototype) : 새로운 컴퓨터 시스템이나 소프트웨어의 설계 또는 성능, 구현 가능성, 운용 가능성을 평가하거나 요구 사항을 좀 더 잘 이해하고 결정하기 위하여 전체적인 기능을 간략한 형태로 구현한 시제품.
- 반향 (echo) : 소리가 어떤 장애물에 부딪쳐서 반사하여 다시 들리는 현상.
- 킬로와트 (kW, kilo-watt) : 전력의 단위로 와트(W)를 사용하나, 큰 전력의 표현에는 일반적으로 킬로와트(kW)를 사용하고 있음. 와트와 킬로와트의 관계는 길이의 단위와 같이 1000W＝1kW임.
- 감쇠 : 파동이나 입자가 물질을 통과할 때 에너지 또는 입자의 수가 감소하는 현상.
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 20-1~3 해석
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