인공위성 해양 원격 탐사

핵심 정리

원격 탐사는 대상과 직접 접촉하지 않고 전자기 복사 등을 관측해 정보를 얻는 방법이다. 위성 원격 탐사에서는 인공위성에 탑재한 센서가 지구와 해양에서 반사되거나 방출되는 전자기 복사를 감지·기록하고, 자료를 분석해 해양의 상태를 파악한다. 센서는 파장에 따라 감지하는 대상과 활용이 다르므로, 무엇을 관측했는지와 어떤 센서를 썼는지를 함께 확인해야 한다.

가시광선·적외선 센서는 해양 표면에서 반사되거나 방출되는 복사에너지를 이용한다. 해색 센서는 바다의 색을 바탕으로 식물플랑크톤의 분포나 클로로필 농도를 조사하며, 색 변화로 적조를 감시할 수 있다. 적외선 센서는 물체가 방출하는 적외선을 감지해 해수면 온도를 측정하므로 표층 수온과 따뜻한 해류의 이동을 살피는 데 쓰인다.

마이크로파 센서는 해수면 염분과 해양의 바람 등 여러 요소를 관측하는 데 활용된다. 마이크로파 센서로 해수면 염분을 관측할 수 있다. 마이크로파 센서로 풍향과 바람 세기를 측정할 수 있고, 유류 오염 범위를 조사할 수도 있다. 마이크로파를 보내고 되돌아오는 반사파를 받는 레이더는 능동 방식이며, 레이더 고도계 자료로 해저 지형을 간접적으로 관측할 수 있다.

인공위성은 넓은 해역을 반복해서 관측하고 기상 정보 수집에도 활용된다. 정지 궤도 위성은 지구 자전과 같은 각속도로 공전하는 위성이고, 해양 관측 위성이 모두 정지 궤도에 있는 것은 아니다. 극궤도 위성은 남극과 북극 상공을 통과하는 궤도를 이용한다. 해양 원격 탐사는 해저 지형을 직접 관측하는 방법과 구별해야 한다. 해양 표층의 자료를 다루는 센서의 성격과, 파도·바람·수온·색처럼 관측하려는 대상을 연결하는 것이 핵심이다.

자세히

원격 탐사는 대상에 센서를 직접 대지 않고, 대상이 반사하거나 방출하는 에너지를 관측해 정보를 얻는 방식이다. 위성 원격 탐사에서는 위성이 관측 플랫폼이 되고, 센서가 해양에서 나오는 신호를 받아 기록한다. 위성이 직접 얻는 것은 해양 현상 자체가 아니라 센서에 도달한 복사나 반사 신호다. 따라서 자료를 해석할 때에는 신호의 파장과 센서의 작동 방식, 관측하려는 해양 요소를 차례로 연결해야 한다. 바다의 색이나 표면 온도처럼 신호와 대응하는 요소가 있는지, 전파를 보낸 뒤 반사파를 받는 장치인지 구분하면 선택지의 혼동을 줄일 수 있다.

관측 과정은 먼저 센서가 특정 파장대의 신호를 감지하는 데서 시작한다. 가시광선 센서는 태양빛이 바다 표면에서 반사되어 돌아오는 신호를 이용한다. 물과 플랑크톤 등은 빛을 흡수하거나 산란시키는 방식이 서로 다르므로, 해수에서 반사된 빛의 특성과 색을 분석하면 해색의 차이를 파악할 수 있다. 해색 자료는 식물플랑크톤의 분포를 살피고 클로로필 농도를 조사하는 데 활용된다. 바다 색의 변화가 나타나는 현상을 관찰하면 적조를 감시할 수 있다. 다만 색 자료가 곧바로 모든 해양 요소를 직접 측정한다는 뜻은 아니다. 문항에서 해색 센서가 제시되면 색, 식물플랑크톤, 클로로필, 적조의 연결을 우선 확인하고, 염분이나 풍속처럼 다른 종류의 요소를 색으로 직접 측정한다고 바꾸어 말하지 않도록 한다.

적외선 센서는 물체가 방출하는 적외선을 감지한다. 표층 해수에서 방출되는 적외선 자료를 분석하면 해수면 온도를 원격으로 측정할 수 있다. 해수면 온도는 표층의 열적 상태를 보여 주므로, 해역 사이의 온도 차이를 이용해 따뜻한 해류의 이동을 관측하는 데 연결된다. 적외선 관측은 구름에 가려질 수 있어 날씨의 제약을 받는다. 따라서 적외선 자료를 이용한 수온 관측을 설명할 때에는 관측 대상이 표층 수온이라는 점과 구름의 영향을 받을 수 있다는 점을 함께 기억해야 한다. 열화상 카메라도 물체에서 방출되는 적외선을 감지해 온도 분포를 원격으로 파악하는 장비다. 이는 적외선 감지의 일반 원리를 보여 주지만, 장비 이름만 보고 파도나 해수면 높이를 측정한다고 판단해서는 안 된다.

마이크로파는 적외선보다 파장이 길다. 마이크로파를 이용하는 센서는 해수면 염분 등 해양 요소를 관측할 수 있고, 풍향과 바람 세기, 유류 오염 범위를 조사하는 데도 활용된다. 특히 마이크로파 센서가 언제나 수동적으로 자연 복사만 받는다고 생각하면 안 된다. 마이크로파 레이더는 전파를 송신하고 해수면이나 물표에서 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 능동 방식이다. 송신 신호와 되돌아온 신호를 이용하는 점이 레이더의 기본 원리다. 레이더는 물표의 방위와 거리를 측정하는 데 쓰이며, 마이크로파 레이더 위성은 파도의 높이도 관측할 수 있다. 합성개구레이더(SAR)는 주야간과 구름 여부에 관계없이 파도의 높이를 관측할 수 있고, 해상의 풍속과 해양의 유류 오염을 관측하는 데도 활용된다.