BYL-EV250 수위계를 이용한 증발의 정밀관측과 추정

Abstract

증발량의 정밀 관측을 위해 개발된 BYL-EV250 수위계는 특정 조건에서 오차를 보인다는 분석이 있어 아직 보급화되지 못하고 있다. 직접 관측한 결과, 수온과 기온의 차에 따른 오차가 발생하는 것으로 분석되었다. 수온이 기온보다 높은 경우에는 증발량이 과대평가되고 반대의 경우에는 과소평가되어 증발이 활성화되는 시간대에 응결이 발생하는 것으로 관측되기도 했다. 이를 정량적으로 보정할 수 있다면 높은 정밀성을 갖춘 해당 수위계를 보다 효율적으로 활용할 수 있을 것으로 생각되어 6개월 동안 관측한 데이터 중에서 109일을 선정하여 분석을 수행하였다. 수온과 기온의 차이가 이를 관측한 센서의 측정오차인 ±0.5 ℃보다 작은 경우의 증발량은 신뢰할 수 있다고 판단하고 3034개 관측치에 대하여 회귀분석을 실시하여 0.006이라는 증발 계수를 도출했다. 이를 통해 hPa 단위의 공기의 포화부족분(ASD)에 증발 계수를 곱해서 mm 단위의 10분 증발량을 계산할 수 있다. 그리고 구하고자 하는 시간 단위에 따라 계수를 수정하여 다양하게 활용할 수 있을 것으로 사료된다. 다음으로는 증발 계수를 이용해 계산된 증발량(Ee)와 관측된 증발량(Eo)의 시계열과 수온(Tw)과 기온(Ts)의 시계열을 비교하였다. 관측오차(Eo-Ee)와 TDWA(Tw-Ts)가 유사한 변화패턴을 가지는 것을 알 수 있었으며 회귀분석을 통해 보정 계수 또한 0.006으로 도출되었다. 따라서 BYL-EV250 수위계로 관측한 증발량은 간단한 계산을 통해 보정이 가능한 것으로 나타났다. 물질 전달 방법(MTM)을 기반으로 수행된 여러 선행연구에서는 1, 1.5 m 또는 그 이상 높이의 노점온도와 증발계 내 수온으로 ASD를 계산하였다. 그리고 풍속 항도 추가되었는데 본 연구는 이에 대해 의문을 제기하였다. 일반적인 기상 요소의 관측은 사람이 생활하는 높이를 비롯하여 몇 가지 기준 고도에서 이루어지고 있지만, 증발과 응결은 물과 대기의 접촉면에서 발생하는 물질 전달 현상이다. 그러므로 증발의 원동력인 ASD는 수면 부근에서 측정된 노점온도와 수온으로 계산하면 실제 증발량에 보다 근접할 수 있을 것으로 예상하였다. 그래서 6개월 동안 관측한 수면 부근과 지상 1 m 높이에서의 노점온도(Tds, Tda)에 대한 두 ASD를 비교했다. 간단한 회귀분석을 통해 Tds의 사용으로 이론에 조금 더 가까운 증발량 설명이 가능하다는 것을 알았다. 하지만 만족할 만한 결과는 얻지 못했다. 이는 본 연구에서 사용된 Tds가 증발계 상부의 고정된 위치에서 측정되었기 때문에 수위변화와 진동에 의해 수면과의 거리가 유동적으로 작용했기 때문인 것으로 사료된다. 만약 수위의 변화에 따라 움직이면서 물과 대기의 경계면에 더욱 근접하여 ASD를 측정한다면 이론에 보다 가까운 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 마지막으로 여러 선행연구에서 증발량 추정을 위해 선택한 기상 요소들(기온, 수온, 상대습도, VPD, 풍속, 일사량)과 증발량의 상관관계를 두 가지 시간규모(일변화, 일평균)에서 분석하였다. 그 결과, 모든 요소들이 두 가지 시간규모에 대해 통계학적으로 매우 유의한 상관관계를 보이는 것을 알 수 있었다. 하지만 ASD가 증발량과 가장 밀접한 연관성을 나타내는 것으로 나타났으며, 따라서 ASD 측정을 통해 증발량을 계산하거나 추정하는 것이 가장 정확도가 높다고 할 수 있다. 본 연구에서 시도한 BYL-EV250 수위계의 보정에 대한 접근방법은 아직은 미미하지만 증발량 관측 분야의 발전에 도움이 되리라 생각된다. 또한 관측이 용이하지 않은 곳에서는 본 연구에서 제시하는 바와 같이 수면에 근접하여 측정한 ASD로 어느 정도 정확도를 가지는 증발량 추정이 가능할 것으로 사료된다.

This study found the recently developed liquid-level observation instrument(BYL-EV250) shows error caused by temperature difference between water and air(TDWA). First, we approached to suggest an adjustment method. And mass-transfer method(MTM) was used to calculate observational error quantitatively. As a result, simple adjustment equation was derived. It became possible to derive closer to the real evaporation by adjustment of observed evaporation by BYL-EV250. And we also found the calculated evaporation with MTM almost consist with adjusted evaporation. Second, this study raised a question from preceding studies based on MTM. Most studies observed air saturation deficiency(ASD), the source of evaporation, at 1, 1.5 m or higher height. Evaporation occurs at interface between water and air. So ASD observed closer to the interface will shows better result to estimate evaporation.