김재석 한국환경산업기술원, EI사업실장
그동안 대기환경 모니터링을 주로 지상관측망에 의존해 왔으나, 기후변화나 월경성 오염물질 관측 등의 다변화하는 상황에 맞게 정지궤도 위성이라는 새로운 기술 패러다임을 도입하기로 한 것이다.
최근 세계적인 관심사가 되고 있는 기후변화는 환경과학적 현상규명 뿐만 아니라, 사회, 경제, 외교, 산업, 보건, 자원, 농림수산업 등 사회 전 분야에 폭넓은 영향을 끼치고 있다. 올해 브라질에서 개최된 Rio+20 회의에서 Achim Steiner(UNEP Executive Director)는 기후변화 대응을 위해 이산화탄소의 저감에 지속적인 노력을 해야 하지만 그 저감효과가 더디게 나타나기 때문에, 단기적으로 시급한 영향을 미치는 대류권의 오존, 블랙카본 등을 포함한 단기체류 기후변화 유발물질(short-lived climate forcer, SLCF)에 주목하고 그 저감을 위한 노력이 시급히 요구된다고 하였다.
국지적으로 동북아시아 지역은 중국의 빠른 경제성장으로 인해 심각한 대기 오염 피해가 지속적으로 발생하고 있다. 특히, 한반도는 그 월경성 오염물질의 이동으로 인해 가장 큰 피해를 보는 지역임에도 그 발생원인과 오염현황 및 영향에 대한 연구가 대단히 부족한 실정이다.
현재 지상관측망에 의존고 있는 모니터링과 현황연구는 지상관측망이 가지는 낮은 공간 대응범위(coverage)와 이로 인한 화학-수송 모형의 낮은 정확성이 문제로 지적되어 왔으며, 이를 획기적으로 보완할 수 있는 것이 바로 위성관측망을 활용한 관측 및 모니터링이다.
위성관측망을 통한 대기오염물질의 감시는 우리나라 뿐만 아니라, 동아시아 지역은 물론, 전 지구를 커버할 수 있으며 지속적이고 안정적인 관측을 통해 주변국가, 그리고 다른 대륙까지 광범위하게 이동하는 에어로졸과 기체를 분석하고 모니터링할 수 있다.
현재까지 지상관측망, 항공기와 선박을 이용한 집중관측, 화학-수송 모형과 함께 위성관측망을 통한 감시가 이루어진다면 정확도와 신뢰도에 있어 질 높은 연구 자료를 산출해 내는 것이 가능해지는 것이다. 특히 정지궤도위성은 저궤도 위성과 달리 넓은 영역대의 연속적인 관측이 가능하여 기후 및 환경 변화의 감시에 적합한 다양한 관측 자료의 제공이 가능하다.
정지궤도 위성을 이용하여 대기환경 변화를 관측하는 관측망은 기후변화뿐만 아니라 기상, 농업, 해양수산 분야에도 더 많은 활용과 응용이 이루어질 것으로 기대된다.
대기오염 물질의 농도, 이동경로 등의 관측을 위한 국제협력 연구는 자료보안이나 정보유출을 꺼리는 문제로 인해 국가간 협력이 효과적으로 진행되지 못하였다. 우리나라의 경우 동아시아 주변국과 한반도의 정량적인 온실가스 및 대기오염 물질의 측정을 위해 독자적인 환경위성의 확보는 필수적이라고 할 것이다. 전세계적으로 대기환경 관측에 이용되는 위성은 모두 저지구 궤도에 위치하고 있으며 정지궤도 위성을 이용한 감시체제를 운용하고 있는 나라는 없는 실정이다.
최근 들어 유럽과 미국이 각각 ‘Sentinel-4’와 ‘TEMPO’ 준비를 통한 정지궤도에서의 대기환경감시 계획을 본격적으로 추진하고 있으며, 우리나라도 이에 발맞추어 ‘정지궤도 복합위성’을 통한 해양 및 대기환경 관측을 추진하고 있다.
향후, 이러한 정지궤도위성들이 성공적으로 연계될 경우 유럽, 아메리카, 아시아를 연결하는 전지구적인 모니터링 체계가 구축될 수 있으며, 이는 국제지구관측위성위원회(CEOS, Committee on Earth Observing Satellite)에서 제안해온 기후변화 모니터링을 위한 국제적인 정지궤도 위성편대비행이 현실화되는 것이다.
현재 우리나라에서 운용하고 있는 정지궤도 위성은 통신 및 기상 관측용으로 기후변화와 월경성 오염물질 등의 측정은 가능하지 않다. 개발하고 있는 정지궤도 위성은 기후변화 유발물질인 대류권 오존과 블랙카본을 포함하는 에어로졸의 양, 그리고 그 전구체(precursor)인 NO2, SO2, HCHO 등 관심대상 기체들의 변화를 모니터링하는 환경측정시스템을 탑재하여 기후변화 및 월경성 오염물질 관측 등의 모니터링에 활용될 예정이다. 위성측정에 의한 관측 동북아시아 지역의 온실가스 배출량 모니터링, 중국과 몽고의 사막 확장으로 인한 황사의 발생 및 이동, 중국으로부터의 월경성 오염물질의 영향분석 등에 다양하게 활용될 수 있다.
한국환경산업기술원에서는 2012년부터 환경위성에 탑재가능한 측정기기 및 측정분석 알고리즘 개발을 위해 ‘환경위성 알고리즘개발 연구단’(연세대학교/김준)을 지원(5년, 100억 규모)하여 연구개발을 추진하고 있다.
연구단은 국제협력 기반구축과 선진 경험 공유를 위해 10월 전세계 환경위성 전문가를 국내에 초청하여 ‘제3차 정지궤도 환경위성 국제워크샵’을 개최하는 등 환경위성 개발에 필요한 요소기술 및 모니터링 시스템 연구를 활발하게 추진하고 있다.
위성발사는 장기간의 계획이 요구되는 일로써 계획이 완료된 후, 설계, 제작, 개발에만도 최소 5년 이상이 소요된다. 동아시아 지역은 중국과 인도의 급속한 발전으로 오염물질의 배출이 급속도로 증가하고 있고, 지형적으로도 사막, 고원, 해양이 복합적으로 존재하여 다른 지역보다 기후변화가 급속도로 진행되고 있다. 이에 대응하고 한반도의 기후변화 및 환경영향을 모니터링하기 위해서는 환경위성을 이용한 감시체계 구축이 필요하다.
한반도의 기후변화 유발 인자와 대기환경에 대한 입체적 감시의 중요성이 부각되고 있는 현재의 상황에서 환경위성체 발사계획은 대기환경 감시의 패러다임을 전환하는 일이라고 할 수 있다. 2018년 성공적인 환경위성 발사를 통해 이러한 패러다임 변화의 선두에 서있을 우리의 모습을 기대한다.
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