라이다 기술을 이용한 산불 오염물질 추적

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2010-01-15

미국 산림청은 산불의 특성에 대한 이해를 높이기 위해 광학기술을 이용하고 있다. 지난 수십 년 동안에 걸쳐서 미국 서부에서 발생한 산불의 빈도와 지속기간 및 피해정도는 증가해왔으며, 산불의 결과로 발생한 연기구름에 수반된 오염물질은 사람의 건강과 환경 모두에 대해서 해로운 것으로 확인되었다. 그런데 이제 미국 산림청 연구진은 산불 근처의 연기구름을 조사함으로써 이러한 오염물질의 이동경로와 발생 및 확산 과정을 밝히기를 기대하고 있다. 라이다(Lidar)는 연기구름의 이동 방향과 속도는 물론 에어로졸 입자와 연기구름의 높이에 관한 3차원 정보를 제공하는 능력 때문에 아마도 연기로 오염된 대기를 연속적으로 감시하는데 가장 이상적인 도구일 것이다. “라이다는 화재지역에서 멀리 벗어난 곳에서도 작동할 수 있으며, 그래서 이 기술은 조사 관련자에게 완벽한 개인 안전을 제공해준다. 우리의 방식은 간단하면서도 확실하며 다른 기술들과는 달리 실시간으로 실행될 수 있다.”라고 미국 산림청 연구원 블라디미르 코발레프(Vladimir Kovalev)는 말했다. 산림청 연구팀은 355 nm와 1064 nm의 서로 다른 파장에서 동시에 방출하는 단펄스 Nd:YAG 레이저로 이루어져 있는 2중파장 차량형 스캐닝 라이다를 이용하고 있다. 이 과학자들은 1064 nm 펄스로부터 얻어진 탄성 후방산란광을 수집함으로써 대기 중의 이성분고도지시자(heterogeneity height indicator: HHI)를 결정할 수 있다. HHI란 연기구름의 이질성분들이 검출된 모든 고도를 지도로 작성할 수 있도록 해주는 값이다. 더군다나 연구팀은 HHI 지도에 대한 시계열 분석을 통해서 연기 층의 특성을 찾아낼 수 있으며, 그 후 연기의 발전과 최종적인 소멸 과정을 추적할 수 있다. 355 nm 파장에서 기록된 동시적인 신호들은 수평으로 층을 이루는 연기 계층에 대한 광학 파라미터를 조사하는데 사용된다. 비록 지금은 산림청에서 이 기술을 산불을 감시하는데 이용하고 있지만, 동일한 방식이 대기의 작용에 대한 연구나 그 밖의 다른 계측임무에 유용하게 사용될 수 있을 것이라고 이 과학자들은 생각한다. * 그림 : 차량형 라이다 시스템은 탄성 후방산란광을 이용하여 연기입자의 상대적 분포와 특성 및 대기 감쇠량에 관한 정보를 얻는다. 이 라이다는 355와 1064 nm에서 동시에 작동하며, 연기구름의 동역학과 전파 및 특성에 관한 연구를 수행할 수 있도록 한다. lidar1.jpg 출처 : http://optics.org/cws/article/research/41380