빛으로읽어낸지구환경데이터,
생태환경과인공환경관리의기초로활용
인간이물질을본다는건전자기복사와물질간의상호작용에의해사람의눈으로반사되어들어온빛의양을보는것이다.그런데전자기복사와물질간의상호작용으로반사된빛에는인간의눈으로볼수있는시각정보만있는것은아니다.이상호작용의정도를수치로나타낼수있다면물질의특성까지밝힐수있다.‘환경광학’은이상호작용인에너지의흐름을측정하고그원리를규명하는학문이다.
『세계환경광학노트』는‘환경광학’분야의기본개념과개념간의관계를설명하고광학데이터를측정하여계산하는관련식으로직접우리일상의환경에대입하도록하여활용을도왔다.광범위한지역의다양한광학정보를측정하고분석하여생태환경과인공환경의관리기술은물론환경광학개념들이연관된지도학,원격탐사,기후학,자연지리학,도시지리학등여러학문의이해를돕는다.
기본개념정리한‘광학’의기초
기초적인전자기복사,전자기파.전자기스펙트럼개념과전기파의진행형태인파장,주파수,진폭등은물론전자기복사와사물과의작용에관련되는굴절,간섭등의전자기복사의일반개념들을설명했다.‘광학’정보의측정에기준이되는강력한전자기복사체인태양의위치와관련된개념과정의도설명했는데매시간,매일,연중으로변하는태양의위치를구하는방법도실었다.복사속,복사속밀도,입체각,복사강도,복사휘도,분광복사휘도등전자기복사에너지개념과표기,단위도설명했다.
환경광학의측정과분석의실제
전자기복사량의측정에필요한‘환경광학’이론의개념들도다루었다.전자기복사와물질사이의상호작용을분석하는데필요한람베르트코사인법칙과람베르트면,방출,방출률,키르히호프법칙,반사율,양방향반사도분포함수,태양복사스펙트럼,흡수작용,전자기파흡수정도,편광,프레넬방정식,위상과간섭,회절등을설명했다.그리고전자기파와상호작용을하는대기와여러현상과개념,관련식도설명했다.또한,지표면에너지수지에관련된순복사속밀도,토양열속밀도,현열속밀도,잠열속밀도,보웬비,지표면별에너지수지등을다루었으며책에서다룬개념들의이해와정리를위한문제도수록했다.
책속에서
태양과같은물질에서에너지(전자기)가나와주위로바큇살처럼퍼져나가는현상을복사(輻射,radiation,방사放射)라한다.전자기를방사하는물체를복사체(輻射體,방사체放射體)라한다.절대영도(絶對零度,0K,혹은-273℃)이상의온도에서,물체의원자혹은분자는진동하거나운동을하며,전자기를복사한다.사람을포함한지구상의모든사물이복사체인것이다.
전자(電子,electron)가고에너지상태에서저에너지상태가될때,여분의에너지가전자기복사로방출된다.물체의온도가낮을때도눈에보이지않는전자기복사가일어나는데열로써느낄수있다.이를열복사(熱輻射)라한다.온도가높은것은전자등이진동하는속도가큰것을의미한다(고토나오히사,2018).어떤물질이가진전기의양을전하(電荷,electriccharge)라고하며,전하를띠는입자를하전입자(荷電粒子,chargedparticle)라하는데,양성자(陽性子)와전자가있다.이들이가속될때전자기복사가발생한다.
---pp.15~16
사물간의상호작용에서전자기복사의입자적특성은방사(放射,emission,방출放出,복사輻射)와흡수(吸收,absorption)를기술하는데사용된다.방출은물체로부터전자기파가사방으로바큇살처럼나가는현상이다.흡수는전자기파가물질을통과할때물질속으로빨려들어가서사라지는현상을말한다.대표적인예가흑체(黑體,blackbody)의흡수이며,흑체는파장에상관없이모든전자기복사를흡수하며,흑체의온도에따라전자기파를방출한다.전자기복사의파동적특성은반사(反射,reflection),산란(散亂,scattering)을설명할때에도쓰인다.반사(反射)는전자기파가물체의표면에부딪혀서되돌아가는현상이며,산란은전자기파가물체에부딪혀여러방향으로불규칙하게흩어지는현상을말한다.반사의형태에는거울반사(정반사,경면반사)와확산반사(난반사)가있다.
---p.32
광학원격탐사(opticalremotesensing,광학계원격탐사)는가시광선혹은단파장적외선센서를이용하여지상에서반사된태양의복사에너지와지표면에서방출되는복사에너지를측정하여지표의환경상태를측정하는과학분과다.주로지표물에서반사되는태양복사에너지를측정하므로태양의위치를고려하게된다.지평선을기준으로해가떠서질때까지의시간길이,즉일출과일몰사이의시간길이를그날의가조시간(可照時間)이라하며,태양의직사광이지표면에비친시간을일조시간(日照時間)이라한다.가조시간은하루의낮을규정하며,일조시간과낮동안의태양의위치는지구의생명활동에막대한영향을끼친다.하늘에서의태양의위치는매시간,매일혹은연중으로변하기에지표면에도달하는태양의복사에너지양은시시각각차이가난다.
---p.38
방출(放出,emission,방사放射)은절대영도이상의모든물질이전자기파를밖으로내보내는현상을일컫는다.즉지구상및우주의모든사물이전자기파를방사하고있다는것이다.물질은에너지이고에너지는열이기도하다.열을재는단위가온도이기에온도는에너지의척도라고할수있다(히로세타치시게·호소다마사타카,2019).전자기파를측정하는것은에너지및온도를측정하는것이라할수있다.체온을알기위해일반온도계를사용할수있지만,용광로속의온도측정과같은고온의측정은일반온도계로는불가능하다.이때는가열된물체에서전자기파가방사되는현상인열복사(熱輻射)를측정해그물체의온도를알게된다.물체의온도에따라복사되는전자기파의스펙트럼이변하기때문이다.
---pp.101~102
비어법칙,흡수계수와침투깊이의관계를고려하여나뭇잎이나식생천개(天蓋,canopy)의수분함량을측정할수있다.예를들면,NievesPasqualottoetal.(2018),E.RaymondHuntJretal.(2015),MatthiasWocheretal.(2018)연구를들수있다.하상(河床)으로부터투과되고반사된전자기파를분석하여하천수심을측정하는연구도있다.예를들면,CarlJ.Legleiteretal.(2004),CarlJ.LegleiterandRyanL.Fosness(2019)의연구가있다.또한빙하표퇴(氷河漂堆,supraglacial:빙하표면에녹은물)인빙하표면호수혹은하천연구에적용되기도했다(예,C.J.Legleiteretal.,2014).
---pp.179~180
먼저파의결맞음(coherence,결맞음성,간섭성,가간섭성)에대해알아보자(그림162상단).결맞음은파들의위상이일치하거나균일한정도를뜻한다.위상차(phasedifference)가나는두개의전자기파가시간의경과에도계속일정하게그위상차를유지하면,결맞는다(coherent)라고한다.결이맞는다는뜻은파장(주파수)이동일하다는것이다.파장이동일할수록간섭현상이어떻게일어날지예상할수있게된다.지금까지설명된간섭현상은모두결맞는전자기파를가정한것이다.지표면거칠기는지표면높이의표준편차(h)로나타낼수있으며,이h와전자기파들의위상차간의관계로거칠기정도를나타낼수있다.
---p.204
태양광도계와관련하여세부적인측정기를보면,태양상향및하향복사,산란일사측정을위한전천일사계(pyranometer,일사량계)가있으며,직달일사측정을위한직달일사계(pyrheliometer),지구상향및하향복사측정을위한지구복사계(pyrgeometer),순복사측정을위한순복사계(netpyrradiometer)가있다(이상삼등,2017).이들측정기의이름을검색하면이미지를금방확인할수있다.오존층에의해흡수되는전자기파분광대(575nm,603nm)인Chappuis흡수분광대(Chappuisabsorptionband)는다른가시광선대에비해광학적깊이차가크게나며최대흡수를하는데,지상에서태양광도계를사용하여오존의분포를측정하여알아내는것이다.오존층의두께단위를‘Dobsonunit‘이라한다.
---p.240
