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우리가 매일 겪는 기상현상은 지구가 존재한 이래로 계속돼 왔다. 이와 동시에 기상현상을 관측하는 방법도 진화를 거듭했다. 하늘의 모습, 구름, 비의 양, 바람 등의 기본적인 관측부터 환경, 방재,우주기상에 이르기까지 관측방법은 다양한 기술과 장비를 통해 새로워졌다.2011년 한국은 기상장비 첨단화를 통해 기상분야 선진화 국가 7위의 대열에 섰다. 한국의 기상역사를 이끌어 온 기상관측장비의 발전과정을 짚어봤다.
첫 기상관측장비 측우기
갈릴레오 온도계보다 100년전 탄생
우리나라에서 근대적 기상관측이 시작된 것은 1904년 3월이다. 관측을 한 곳은 부산 목포 인천 원산 용암포 등 5곳이다. 우리나라 근대기상관측의 역사는 100년이 아니고 역사를 거슬러 올라가 조선시대 영조 때인 1770년께로 봐도 틀리지 않는다. 측우기의 관측자료가 남아 있기 때문이다.
기상학 역사의 첫 단추는 세종 때의 측우기 발명으로 꿰어졌다.갈릴레오 온도계가 만들어지기 100년전의 일이다.
세계적으로 인정을 받고 있는 측우기는 조선 세종 23년인 1441년에 발명되었고 그 이듬해 ‘측우기’라는 이름을 얻었다. 이 측우기의 발명에 공헌을 한 장영실은 부산 동래 출신이다. 부산은 과학적 기상관측기기를 개발한 세계 최초이며 국내 근대적 기상관측이 최초로 시작된 도시인 셈이다.
측우기는 1442년 이후 실제 관측에 사용되었으나 체계적 기록이 남아 있지 않다. 영조 때인 1770년 이후에는 자료가 연속적으로 기록되어 세계에서 가장 오래된 강수기록자료로 인정받고 있다. 당시 푼(지금의 3㎜)까지 정확히 측정해 자료의 가치가 크다.
측우기의 기상관측 자료가 일제강점기에 일본인 와다에 의해 세계적 학술지인 ‘네이처’지에 소개됐다. 이로서 측우기는 세계적 발명품으로 인정받게 됐다.
천체관측의 시작
혼천의, 관천대 등으로 하늘원리 파악
혼천의는 천체의 운행과 위치 그리고 적도 좌표를 관찰하는데 쓰이던 천체 관측기구다. 혼의 또는 선기옥형이라고도 부른다. 1432년(세종14년) 세종대왕의 명에 의하여 정인지, 정초, 등이 고전에 의거하여 제작에 착수했다. 1433년(세종15년)에는 장영실, 이천에 의해 완성됐다. 조선시대 관측 천문대로 현재 창경궁에 관천대가 남아 있다.
간의는 1276년 중국 원나라때 처음 만들어져 1437년 오늘날의 천문관측기기와 같은 원리로 개량된 천문기기다. 행성과 별의 위치를 정밀하게 측정할 수 있었다. 임진, 정유왜란으로 유실된 후 최초로 복원됐다.
자연원리를 이용해 시간을 측정
해시계, 물시계, 규표 등
앙부일구(오목해시계)는 햇빛의 그림자로 시간을 재는 시계다. 일명 해시계 또는 앙부일영이라고 한다. 1334년(세종16년) 세종대왕의 명으로 장영실이 제작해 흠경각에 처음 설치했다. 여기에 받침대 역할을 하는 일구대는 우리나라 최초의 공중시계다. 글 모르는 백성을 위해 12 동물로 시각을 그려 놓았다.
자격루(물시계)는 1434년(세종16년)에 장영실 등이 제작한 물시계다. 이로서 우리나라에서는 처음으로 저절로 움직여 시간을 알려주는 장치를 부착 제작하게 됐다. 자격루는 1536년(중종31년)에 개량됐다. 복잡한 자동시보장치가 없어지고 3개의 파수호와 2개의 수수통만 남아 덕수궁에 보존돼 있다.
밤과 낮의 시간을 측정하는 시계도 있었다. 일성정시의는 1437년(세종19년)에 이천, 장영실 등이 만든 천문기기로 밤낮의 시간을 모두 관측했다.
일년의 길이를 재는 관측기구는 규표다. 일년의 길이가 정확히 몇날인가와 24절기를 알아내기 위해 사용하던 도구이다. 수직으로 세운 막대 표의 그림자 길이를 기준으로 동지, 하지, 춘분, 추분이라하고 나머지 20개 절기를 그 사이에 약 15일 간격으로 배열한 것이다.
재난재해 대비용 기상장비
수표, 풍기대
옛날에도 재난재해에 대비한 기상장비가 있었다. 수표는 하천 수위를 측정하는 기구다. 1441년(세종23년)에서1442년에 걸쳐 제작해 서울 청계천과 한강에 설치했다. 세종대의 처음 수표는 나무 기둥에 자, 치, 푼의 길이를 표시하고 돌기둥 사이에 묶어 하천에 세운 반목재였다. 시간이 지나 석재로 개량했다.
바람에 대비하는 도구 풍기대는 바람 방향과 세기를 측정하는 바람 깃발이다. 풍기대는 우리 손으로 만든 독특한 기상관측 기기의 하나다.
기상청, 현대 기상연구 체계화 착수
기상장비 현대화 추진
1969년 관악산에 최초로 설치된 기상레이더가 현대 기상역사의 포문을 열었다. 기상청은 1979년에는 기상위성수신장비를 최초로 도입, 운영했다. 1985년에는 전국적인 전산통신망을 최초로 구성하여 국내 기상자료의 수집과 분배는 물론 일기도 기입을 자동화했다. 1984년부터 1991년까지 일본해외경제협력기금을 사용해 첨단기상장비와 기본 관측과 전산통신장비 56종 680점을 도입, 운용했다. 도퓰러 기상레이더 5조, 기상위성수신장비, 자동낙뢰관측장비, 해양기상부이, 자동지진관측장비 1식, 고층기상관측장비 2조, 항공기상종합관측장비 2조와 예보용 컴퓨터 4조 등이 들어왔다.
▲기상위성 연구
1980년 초에 기상위성 수신시스템이 도입됐다. 특히 1989년에 도입된 위성수신분석시스템에 의해 정량적인 구름 분류가 가능하게 됐다. 이에 따라 1980년대 전반기에는 주로 장비의 이해와 구름의 분류와 같은 기초적인 분야의 연구가 수행됐다. 후반기에는 극궤도 기상위성자료를 이용한 해수면 온도 산출 등의 연구가 이뤄졌다. 1990년대부터 구름영상자료를 이용해 강수강도지수 산출, 태풍강도, 진로 예측 등 보다 성숙된 연구 업무를 수행하게 됐다.
▲ 응용기상 연구
1970년대 말부터 고속도로 기상 특성과 산업용 기후자료 생산에 관한 연구 등 산업기상에 관한 연구가 시작됐다. 1980년대에는 태백산, 소백산 등 산악지역에 대한 연구와 일사량 조사에 관한 연구가 진행됐다. 1990년대에 들어오면서 대기질의 악화와 산성비로 인한 환경오염이 사회적으로 문제가 되면서 대기 환경에 대한 연구가 본격적으로 시작됐다.
▲수문기상 연구
1980년대 말에 이동식 기상레이더가 도입되면서 이를 이용한 강우량 계산 연구, 레이더에코로 계산된 강수량의 정확도 평가 연구가 이뤄졌다. 1990년대에는 레이더를 이용한 단시간 강우예측 결과의 정성,정량적 평가, 홍수시 하천 유출량의 계산에 필요한 유역 강수량 산정기법 연구, 기상청에서 운영 중인 5개 기상레이더의 에코합석기법 연구 등이 이어졌다.
인공강우에 관한 연구는 1963년부터 시작됐다. 그 후 중단되었다가 1994년과 1995년 사이 극심한 가뭄으로 1995년부터 기상연구소에서 인공강우의 실험적 연구가 다시 시작됐다.
현대 기상장비의 혁신은 레이더와 위성
기상레이더, 기상위성
레이더는 날카로운 지향성의 마이크로파를 발사해 목표물에서 반사된 전파를 수신, 목표의 방위와 거리를 측정하는 기기다. 제2차 세계대전 중에 선박과 항공기의 위치 측정을 위해 개발됐다. 이후 비나 눈 등 강수 입자의 탐지에도 이용할 수 있다는 것이 밝혀져 기상관측에 이용됐다.
기상관측에 적합한 파장 3∼10cm 정도의 전파로 관측되는 레이더 장비가 도플러 레이더다. 미국 일간 USA투데이가 선정한 미국인의 삶을 바꾼 25개 발명품 중 12위에 도플러 기상 레이더가 선정됐다. 1분 단위로 기상 이미지를 전송해 기상예보에 대한 관심을 높였다는 평가를 받았다.
우리나라는 2010년 6월 27일 천리안위성 발사와 2011년 4월 1일 정규 운영 서비스 시작으로 세계 7번째 독자기상위성 보유국이 됐다. 1970년 처음 미국의 기상위성자료를 수신하며 시작한 우리나라의 기상위성업무는 40년만에 중대 전환기를 맞았다. 외국으로부터 위성자료를 받던 수혜국에서 우리 위성자료를 전세계에 제공하는 공여국으로 국제위상이 격상됐다.
미래 화두는 기후변화
태양동력 우주 엘리베이터, 우주식물, 수륙양용주택
기상관측장비의 진화와 더불어 미래의 화두는 ‘기후변화’다. 지구온난화가 심각해지면서 기상관측장비와 더불어 미래기상을 대비하는 발명품도 첨단화 되고 있다.
▲ 태양동력 우주 엘리베이터
미국항공우주국(NASA)는 시속 200km로 탄소나노튜브끈을 타고 우주로 올라가는 태양동력로봇을 구상중이다. 중력을 견뎌낼 6만 2천 마일 길이의 튼튼한 케이블을 찾는 것이 관건이다. 1991년 일본 과학자가 강철보다 몇 배 강한 탄소나노튜브를 발견한 이후 개발에 동력이 되었다.
▲우주식물
중국 과학자들은 무중력 환경에 노출돼 DNA 구조가 변형된 씨앗들을 지구에 심어 우주식물을 탄생시켰다. 야구방망이만한 오이, 베타카로틴 함유량이 더 높은 토마토, 더 좋은 섬유가 추출되는 목화다. 앞으로 온실가스로 인해 급속히 사라지고 있는 지구 식량난을 해결할 수 있는 희대 발명품이다.
▲수륙양용주택
물과 육지 어디에서도 버틸 수 있는 수륙양용주택이 개발되고 있다. 목재와 속이 빈 콘크리스로 만들어 파도 속에서도 기울지 않고 물에 떠다닐 수 있다.
지구온난화와 해수면 상승으로 20억명이 홍수 피해 위기에 처한다는 유엔이 예측한 2050년이 목표다.
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정의정 기자 
