환경·해양 및 기상 위성 관측자료 공동 활용한다

안녕하십니까? 국립환경과학원 환경위성센터장 이동원입니다.

'환경·해양 및 기상 위성 관측자료 공동 활용한다'에 대한 브리핑을 시작하도록 하겠습니다.

2010년 한국 최초의 통신·해양·기상 관측 목적의 정지궤도 위성인 천리안 1호를 발사한 이후 우리나라는 본격적인 위성 활용시대를 맞이하였습니다.

2018년 12월에는 정지궤도 기상 위성인 천리안 2A호 발사에 성공하였으며, 현재 위성자료가 공개되고 있습니다.

또한, 2020년 내년 3월의 적도에 기아나 꾸루 우주기지에서 환경과 해양 관측 2개의 센서가 탑재된 위성인 천리안 2B호의 발사가 예정되어 있습니다.

천리안 2B호에 탑재된 환경 센서로 대기오염 및 기후 생태계 변화 유발물질인 미세먼지를 포함한 에어로졸 그다음에 이산화황, 이산화질소, 오존, 폼알데하이드의 발생원을 추적하고 장거리 이동 현황과 영향을 감시하게 됩니다.

향후 동일 정지궤도상에서 기상·환경·해양 관측 센서가 동시에 운영되면 환경·해양·기상 3개의 관측자료의 융·복합 활용이 가능하게 됩니다.

지금까지는 각 운영기관마다 각기 다른 목적을 가지고 위성 관측자료를 활용하는 입장이었다면 앞으로는 막대한 예산이 투자된 위성의 활용 극대화를 위해 3개 기관이 위성자료를 공동으로 활용하는 협력체계가 마련될 예정입니다.

그 예로서 정지궤도 환경 위성 관측자료에 해양·기상 관측요소를 추가하여 분석하면 위성 관측자료를 가지고 가공하여 생산되는 산출물의 정확도 향상, 타 위성을 활용한 검·보정 등의 새로운 위성 활용 시너지 효과 발생을 기대할 수 있습니다.

이를 위해 9월 19일 서울에서 개최될 천리안위성 2호 융·복합 활용 연수회에서는 위성 융합 활용 방안 및 위성 자료 처리 알고리즘 개선 가능성 등을 논의하고 구체화할 예정입니다.

이상입니다.


[질문·답변]
※마이크 미사용으로 확인되지 않는 내용은 별표(***)로 표기하였으니 양해 바랍니다.

<질문> 제가 잘 몰라서 질문 하나 드리겠는데 이게 위성에서 신호를 쏘잖아요. 그러면 이게 국가위성센터에서 받는 거잖아요. 받아서 이거를 기상청 산하에 기상위성센터라든가 이런 쪽으로 그쪽으로 각각 보내지면 거기에서 다시 이거를 해석하는 거잖아요.

<답변> 그렇지는 않습니다. 그러니까 각각의 활용목적이 다르기 때문에 3개 기관은 위성자료의 손실을 막기 위한 백업기능을 합니다. 자료는 받지만 분석해서 활용하지는 않습니다. 하지만 저희가 분석, 향후에는 저희가 분석해서 활용할 수 있는 그런 기초자료들과 관측요소들을 상호 간에 셰어를 하고 공유하고 그거를 저희가 추가적인 활용을 위해서 협력체계를 구체화시키려고 하는 겁니다.

<질문> 제가 잘 몰라서 설명을 요청드리는 건데 기상센터에서 받아서 이거를 받으면 이거 그냥 신호니까 이거에 대해서 해석을 한다든가 이런 부분은 각각 부문으로 나눠서 하는 거잖아요. 기상은 기상 쪽에서 하는 거고 환경은 환경 쪽에서 하는 거고 그 해석된 자료들을 다시 합친다는 의미인가요, 아니면 이거를 서로 공유를 하겠다는 건가요? 어떤 건가요?

<답변> 기본적으로 융·복합이라는 말은 자료를 가지고 더하거나 또는 그것을 완전히 융합시켜서 합치는 그런 개념까지 같이 포함돼 있습니다.

<질문> 저도 좀... 여깁니다. 여기 보니까 정지궤도 위성이 적도 상공 3만 5,786km 고도라 그러는데요. 이렇게 높은 데에서 그러면 높은 데에서 미세먼지와 이산화황, 이산화질소, 이런 거 오염물질을 추적·탐지하고 추적 관리한다는 게 어떤 방식으로 하는지가 궁금하고 측정은 어떻게 하고 있고 그리고 이 데이터의 신빙성 그리고 신뢰성은 어느 정도 봐야 되고 또 이것도 우리나라뿐만 아니라 외국에도 이런 정지궤도 위성을 통해서 미세먼지 관련한 아니면 대기오염물질을 연구에 활용하고 있는지 그런 사례가 있는지 그거에 대한 답 좀 해주십시오.

<답변> 저희 정지궤도 위성은 고도, 적도궤도상에 경도로 치면 서울에 위치하게 됩니다. 그리고 굉장히 높은 고도에서 관측을 하기 때문에 그리고 정지궤도 위성이기 때문에 상시관측이 가능합니다. 그래서 관측할 수 있는 범위는 인도부터 일본까지 정도의 범위로 생각하시면 되고요.

높은 고도에서 찍어, 정지궤도 상태에서 찍기 때문에 저희가 원하고 있는 이를 테면 외국에서 날라 오는 대기오염의 물질이라든지 그런 것들을 관측할 수 있게 되고요. 하루에 약 8회 정도 태양빛을, 태양빛이 지구에 반사되는 것을 이용해서 관측하기 때문에 하루에 약 8회 정도의 관측을 하게 됩니다.

그리고 외국에서는 저궤도 위성이라는 것들이 많이 있습니다. 저궤도 위성은 한곳에 위치하지 않고 계속 돌아다니면서 필요한 시간 때에 관측할 수 없는 단점이 있습니다. 그래서 외국에서도 저궤도 위성을 이용해서 대기오염물질을 관측은 하지만 원하는 때에 또는 상시관측은 못하는 그런 상황입니다.

그리고 세계 최초의 정지궤도 위성이, 위성이 될 예정인데요. 지금 미국과 유럽에서도 저궤도 위성만을 가지고는 단점이 있기 때문에 정지궤도 위성을 개발하고 있고 저희보다 늦게 2021년과 2022년도에 그것을 쏘아 올릴 예정입니다.

<질문> 그러니까 궁금증이 해소가 좀 덜됐는데요. 지난번에 NASA와 해상 코러스-AQ 때도 항공기로 측정을 하고 그랬잖아요. 그래서 장거리 이동 측정한다고 그랬었는데 이게 지금 뭐 위성의 위치가 3만 5,000km에요. 이게 지표상에서 보면 어마어마한 높은 덴데 그러니까 미세... 그렇게 높은 데에서 이 미세먼지나 이게 아니면 이런 오염물질 측정이 그 메커니즘 한번 설명해 주세요. 거기까지 올라가서 거기서 그렇게 위성이 뭐로 그렇게 탐지가 되는 건지....

<답변> 말씀드리겠습니다. 저희가 3만 5,700km 정도에 위치할 수밖에 없는 것은 그보다는 낮은 고도에 있거나 그거보다 높은 고도에 있을 때는 정상적인 위성의 관측궤도를 벗어나게 됩니다.

그리고...

<답변> (윤종민 국립환경과학원 환경위성센터 연구관) 환경위성센터의 윤종민 연구관입니다. 말씀주신 우선 코러스-AQ 때 사실 NASA 측에서 항공기용 탑재체를 가져와서 테스트를 했거든요, 한국에서. 그것을 기반으로 해서 지금 GEMS나 아니면 미국에서 개발하고 있는 TEMPO라는 위성이 지금 설계돼서 발사 예정에 있고요.

비록 높은 고도이기는 하지만, 그 센서가 충분히 발전을 해 왔기 때문에 센서가 태양빛을 저희가 보게 되면 이게 Imager라고 하는 그냥 사진기를 상상하실 수 있는데요. 저희가 탑재하게 되는 spectrometer는 0.2㎚ 간격으로 태양빛을 측정하게 됩니다. 그 0.2㎚ 간격으로 태양빛을 측정하게 되면 오염물질에 따라서 그 흡수 정도가 달라지는 구간이 나타나거든요. 그것을 이용해서 대기오염물질이 어느 정도 분포하는지 산출을 하게 되고요.

지금 저희가 개발한 환경위성용 알고리즘 같은 경우에는 미국 NASA에서 개발한 알고리즘하고 비교·검증을 수행했고요. 지금 활용되고 있는 위성 정확도에 충분히 버금갈 수 있을 정도로 개발이 되어 있는 상황이라 향후에 발사 후에 매우 높은 정확도를 가지는 위성 산출물이 제공될 것으로 예상하고 있습니다.

<질문> ***

<답변> (윤종민 국립환경과학원 환경위성센터 연구관) 이게 우선 기본적으로 위성에서 촬영하는 이미지, 관측자료 같은 경우에는 대기 전층이라고 하는 자료를 제공하거든요. 대기 전층은 이제 지표면부터 일반적으로 대류권이나 성층권 높은, 전층에 해당하는 오염물질 농도를 제공하는데요.

일반적으로 지표면에서 발생을 많이 하는 오염물질이라든지 그런 건 지표면에서 주로 발생할 거라고 가정을 하고 산출을 하거나, 지금 미세먼지 같은 경우에는 중국에서도 위성사진을 가지고는 이게 대기상층으로 지나오는지, 하층으로 지나오는지 모른다, 그래서 이게 중국 영향인지 모른다, 라고 주장을 하고 있는데요. 저희 과학원에서 지금 위성자료를 이용해서 지상 미세먼지를 산출하는 알고리즘을 개발하고 있습니다.

저희 과학원에서 운영하고 있는 집중 측정소에서 지상 관측자료가 나오거든요. 그 자료를 같이 활용해서 알고리즘을 개발하고 있고요. 그래서 저희가 위성자료를 이용해서도 전층 농도가 아닌 지표면에서의 농도를 지금 산출할 수 있는 알고리즘을 개발하고 있는 상황입니다.

<질문> 예보 정확도를 어느 정도, 저기 정확도에 어느 정도 좀 기여를 할 수 있을 것으로 예상합니까?

<답변> (윤종민 국립환경과학원 환경위성센터 연구관) 우선, 기존에 센터장님께서 말씀을 하셨지만, 기존 위성 같은 경우에는 극궤도 위성이었고요. 극궤도 위성은 하루에 한 번 관측을 했기 때문에 정보를 한 번밖에 못 주는 거죠. 그런데 환경 위성이 발사가 되고 나면 하루에 최소 8번, 낮 시간 동안 매 시간마다 정보를 제공해 줄 수 있기 때문에 중국에서 넘어오는 오염물질이나 한반도에서 자체적으로 발생하는 오염물질을 시간대별로 감시를 할 수 있습니다.

그래서 이게 정량적으로 '예보 정확도가 몇 퍼센티지까지 올라가겠다.'라고 말씀드리기는 조금 어려운 부분은 있지만, 충분히 상승할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다.

<답변> 추가적으로 설명을 드리면, 모델링 할 때, 예보 모델을 위해서 구동하기 위해서는 기상자료와 그다음에 대기오염물질 배출량 그다음에 대기오염물질들이 배출돼서 화학적인 반응을 하는 그런 메커니즘을 고려한 모델링을 구성하게 됩니다.

저희가 위성 관측을 하게 되면 위성 관측자료를 모델링할 수 있는 그런 전산시스템에 초기작이라든지, 그러니까 배경농도라든지 현실적인 그런 값들을 저희가 제공하게 되고요. 그리고 저희가 향후에는 위성자료를 이용해서 배출량에 대한 것들도 다시 한번 산정할 수 있습니다.

그래서 모델의 초기장과 지금 현재 실시간적으로 날아오는 대기오염물질 정보 그다음에 배출량에 대한 개선정보를 주어서 모델의 정확도를 향상시킬 것으로 예측은 되지만, 지금 섣불리 얼마만큼 더 향상을 시킬 것이다, 라는 말씀을 드리기는 좀 어려운 상황입니다.

<질문> 지금 '붙임3' 자료에 기후변화 유발물질과 대기오염물질 5가지 종류를 관측할 예정이라 하셨는데, 이 에어로졸이 다 미세먼지를 얘기하는 것은 아닐 텐데, 이 관측자료로 미세먼지 변화, 아니면 미세먼지 흐름 같은 것을 어느 정도로 볼 수 있는지. 이게 딱 숫자로 표현하실 수는 없겠지만, 에어로졸 관측치로 이 미세먼지를 어느 정도 추정할 수 있는지 좀 데이터로 제시를 해 주셨으면 하고.

그리고 이게 여기 자료에 보니까 GK2 자료 이용해서 실시간 이산화탄소 연직분포 산출기술을 개발한다고 했는데, 이 이산화탄소... 그러니까 탄소를 관측할 수는 없는 건가요, 그 위성에서? 기후변화 유발물질 중에서 탄소는 관측을 할 수 없는 건지 좀 궁금하고요.

그리고 이 천리안 위성이 어느 정도 영역을 커버할 수 있는지, 뭐 북한 자료나 이런 거나 다 실시간으로 공유가 될 수 있는 건지 좀 궁금합니다.

<답변> 일단 저희 위성을 가지고는 관측할 수 있는 물질이 사실은 정확하게 말씀드리면 미세먼지가 아니고 에어로졸입니다. 에어로졸은 미세먼지를 포함하는 개념이고요. 그리고 저희가 아까 윤종민 연구관이 말씀드렸듯이 그것을 지상의 미세먼지 농도하고 비교해서 산출하는 알고리즘을 개발하고 있기 때문에 그것으로 미세먼지의 농도가 산출될 수 있을 거고요.

<질문> ***

<답변> (윤종민 국립환경과학원 환경위성센터 연구관) 우선 위성으로 관측할 수 있는 자료는 이제 에어로졸이라고 하고요. 에어로졸은 일반적으로 대기 중에 떠있는 입자를 모두 통칭해서 에어로졸이라고 합니다. 저희들이 관심 있어 하는 미세먼지 같은 경우에는 2.5㎛, 한 10㎛ 크기로 구분해서 그거보다 작은 사이즈를 관심 있어 하고요.

우선, 위성에서 관측한 에어로졸 정보는 광학깊이라는 정보입니다. 그게 뭐냐 하면요. 저희가 물을 보면 이렇게 뿌옇게 보이는 게 있잖아요, 맑은 물은 맑게 보이고. 그래서 태양빛이 대기 중을 통해서 얼마만큼 뿌옇게 아니면 얼마만큼 태양빛이 산란돼서 들어오느냐 그 정도를 광학깊이라는 과학적인 표현법으로 나타내는데 그것을 이용해서 저희가 지표면에 해당하는 PM2.5 농도나 PM10 농도로 산출하게 됩니다.

그래서 아까 기자님이 말씀주신 것처럼 위성에서 시그널 중에 몇 퍼센트가 PM2.5에 해당하는지, 라는 게 같은 물리량이면 그런 식으로 말씀을 드릴 수 있을 텐데요. 물리량 자체가 달라서 그렇게 말씀드리기가 조금 어려운 부분이 있습니다.

<질문> ***

<답변> (윤종민 국립환경과학원 환경위성센터 연구관) 관측 플러스 이게 모델링 같은 경우에는 일반적으로 정확한 값을 맞추면 좋겠지만 그렇지 못할 경우에 일반 넓은 패턴을 이제 말해줄 수 있거든요. 위성 같은 경우에는 어느 정도 정확한 값을 줄 수 있기 때문에 정확한 값과 패턴을 같이 분석을 하게 되면 공간적으로 분포가 어떻게 되는지 보다 좀 정확하게 분석을 할 수 있는 장점이 있습니다.

<답변> 그리고 두 번째 질문하셨던 '이산화탄소를 관측할 수 있느냐.'라는 질문에는 지금 현재 저희가 갖고 있는 위성에 파장대가 300~500㎚의 파장대를 사용하는데 그중에 이제 저희가 CO₂를 측정할 수 있는 그런 파장대는 없습니다. 그래서 저희가 향후에는 적외도 온실가스 관측위성도 필요하지 않을까? 라고 생각하고 있습니다.

<질문> ***

<답변> 아닙니다. 목적에 따라서 적외도든, 정지궤도는 저희가 최초고요. 적외도 위성 중에 CO₂를 관측하는 위성들은 있습니다. 외국에.

<답변> (정재훈 국립환경과학원 환경위성센터 연구관) 안녕하십니까? 국립환경과학원 환경위성센터 정재훈 연구관입니다. 아까 환경일보 기자님이 질문하신 첫 번째 질문에 대한 부연 설명드리면, 위성에서 직수신해서 내려오는 신호를 기본적으로 저희가 눈으로 확인할 수 있는 영상으로 변환하는 작업이 있습니다. 그 작업은 3개 위성센터에서 각각 하게 되고요.

그다음에 그 자료를 서로 교환하고, 또 그 자료만으로는 저희가 현업에 활용할 수 없기 때문에 그 자료를 이용해서 환경은 에어로졸이나 가스 산출물을 산출해 내고, 기상은 기상자료, 해양은 녹조나 적조 등의 산출물을 생성해 내는 것까지는 각 센터가 모두하고, 그 산출물들이 각각 해상도가 다르고 영역이 다르기 때문에 장단점이 다르기 때문에 그러한 것들을 융·복합을 통해서 저희가 각 산출물들의 정확도도 높이고 또 개선하고자 하는 데 이번 연구의 목적이 있습니다.

<끝>