20.1.7. Wave Propagation
레이더 빔은 직선으로 이동하지 않습니다. 대기 밀도의 차이로 빔은 휘어지게 됩니다. 온도, 습도(moisture), 압력의 변화로 인해 발생하는 이러한 밀도의 차이는 수직 및 수평 방향으로 모두 발생하며, 레이더 빔의 속도와 방향에 영향을 미칩니다.
밀도가 높은 대기에서 빔의 이동 속도는 느립니다. 반대로 밀도가 낮은 대기에서 빔은 더 빨리 이동합니다. 밀도의 변화는 매우 짧은 거리에서도 발생할 수 있으므로, 빔이 커짐에 따라 동시에 다른 밀도의 영역에 있는 것이 일반적입니다. 또한 파장의 더 느린 부분의 방향으로 빔은 휘어집니다.
20.1.7.1. Normal (Standard) Refraction
정상 (즉 표준) 조건에서 대기의 밀도는 고도가 증가함에 따라 점차 감소합니다. 그 결과, 레이더 빔의 위쪽 부분이 빔의 아래쪽 부분보다 더 빠르게 이동하게 됩니다. 결국 이로 인해 [Figure 20-8]처럼 빔이 아래로 구부러지게 됩니다.
레이더 빔 곡률(curvature)은 지구의 곡률보다 작습니다. 그러므로 지구 표면 위의 레이더 빔의 높이는 범위(range)가 증가함에 따라 증가하게 됩니다.
20.1.7.2. Subrefraction
그러나 대기 상태는 결코 정상이나 표준 상태가 아닙니다. 때때로 대기의 밀도는 정상보다 더 빠른 비율로 고도에 따라 감소합니다. 이 경우 레이더 빔이 정상 조건일 때보다 덜 구부러지게 됩니다. 이 현상을 *아굴절(subrefraction)이라고 합니다.
아굴절로 인해 레이더 빔이 정상적으로 감지되는 물체를 오버슈트(overshoot) 할 수 있습니다. 예를 들어, 멀리 떨어진 뇌우는 아굴절로 인해 탐지되지 않을 수 있습니다. 아굴절은 또한 레이더가 뇌우의 실제 강도보다 작게 추정(과소평가, underestimate)될 수 있습니다. 뇌우는 레이더에서 실제보다 더 약하게 보일 수 있는데, 그 이유는 아굴절로 인해 강수 입자가 더 작은 경향이 있는 적란운의 꼭대기 부근 뇌우와 레이더 빔이 부딪히기 때문입니다.
20.1.7.3. Superrefraction
반대로, 때때로 대기의 밀도가 고도에 따라 정상 비율보다 느리게 감소하거나 고도에 따라 증가하기도 합니다. 이 경우 레이더 빔이 정상보다 더 구부러지게 됩니다. 이 현상을 *초굴절(superrefraction)이라고 합니다.
초굴절은 레이더 빔이 일반적인 대기에서 발생할 수 있는 것보다 지구 표면으로 더 굴절되어 더 가까이 이동하게 됨을 야기합니다. 이로 인해 빔이 강수 크기의 입자들이 더 큰 폭풍의 더 강한 중심부(core)를 탐지할 수 있기 때문에 뇌우의 강도가 과대평가(overestimate) 될 수 있습니다.
만약 초굴절을 일으키는 대기 조건이 지구의 곡률(curvature)과 같거나 더 크게 빔을 구부리면 *덕팅(ducting), 또는 *트래핑(trapping)이라고 불리는 상태가 발생합니다.
덕팅이 발생할 때, 레이더 빔은 지구 표면에 부딪혀 빔의 에너지 중 일부가 *후방 산란(backscatter) 되도록 할 것입니다. 이로 인해 *이상 전파(AP, anomalous propagation)라고 하는 거짓(false) 에코(echo, 반향)가 레이더 디스플레이에 나타나는 경우가 많습니다.
- 아굴절 (sub-refraction) : 굴절 기울기가 표준 굴절 기울기보다 큰 굴절. 부분 굴절이라고도 함. 이로 인해 전파 통로의 곡률 반지름은 표준 굴절의 경우보다 커지게 됨.
- 초굴절 (superrefraction) : 굴절 기울기가 표준 굴절 기울기보다 작은 굴절. 전파 통로의 곡률 반지름은 표준 굴절의 경우보다 작게 됨. 지구의 대기권에 의해 레이더파가 아래쪽으로 굴절하는 것.
- 덕팅 (ducting) : 제한된 고도 내에서 충분히 큰, 음(-)의 수직 방향 굴절률 기울기 때문에 수평 방향에 가깝게 지향된 전자파가 대기 중의 제한된 수평 층에 국한되어 전파되는 현상.
- 트래핑 (trapping) : 하층 대기는 높이와 더불어 온도, 기압, 습도가 일반적으로 감소함. 그러나 어떤 기상 상태에서는 이와는 역기울기가 되는 경우가 있음. 이러한 경우에 마이크로파와 같은 높은 주파수에서는 이 역전층 사이에 전파가 갇혀 가시거리 밖으로 전달될 수가 있음. 이러한 현상을 트래핑이라고 함.
- 후방 산란 에너지 (backscattered energy) : https://jicho9597.tistory.com/183 참조
- 이상 전파 (AP, anomalous propagation) : 가시거리가 작아지거나 커져서 전파의 전파(傳播) 영역이 축소 또는 확대되는 현상. 비정상 전파라고도 함. 해면 상공의 기상 상태는 표준 상태와는 상당한 차이가 있음. 해면으로부터의 높이가 증가해도 굴절률이 줄지 않고, 오히려 증가하는 경우도 있음. 이 상태는 가시거리가 작아진 것에 해당함. 또 지표산 10~100m 이내에 불연속의 습한 대기층의 형성되면 기기를 통과하는 전파를 가두어 두는 현상(duct effect)이 나타남. 이 경우에는 보통 가시거리의 수 배 정도까지 전파의 전파 영역이 확대됨. 주로 마이크로파대에서 이와 같은 현상이 생김.
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 20-7~9 해석
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