[현장탐방] 국립기상연구소 장기호 박사팀

지난 3월 인공눈 실험 성과…내년 중장기계획 착수

“비가 내리는 양은 늘었는데, 비가 내리는 날수는 줄어들었어! 이게 무슨 뜻이지?”

“그 말은 집중호우가 늘어났다는 말이잖아. 즉 강수량이 불규칙해지니까 홍수와 가뭄의 위험이 그만큼 커졌다는 거야.”

얼마 전 문화체육관광부 홍보지원국이 만든 ‘녹색성장 홍보 UCC’에서 등장인물이 나누는 이야기다. 실제로 강수량은 1980년대 1100㎜에서 최근 1300㎜로 늘었지만 강수일은 오히려 120일에서 100일로 줄었다. 즉 과거에 비해 ‘건기’와 ‘우기’ 구분이 점점 확실해지고 있는 셈이다.

지역적으로도 강수량에 큰 편차를 보이고 있다. 강원도 지역은 벌써 여러 해 겨울가뭄에 시달리고 있다. 고지대 지역의 지하수가 급격히 감소한다는 점을 감안하면 강원도 지역의 겨울가뭄은 보통 문제가 아니다. 최근 남부지방에서 겪고 있는 심각한 가뭄 역시 지구온난화로 인한 기상이변이라고 볼 수 있다.

옛날 선조들은 이처럼 가뭄이 들면 기우제를 지냈다. 하지만 기우제를 한다고 해서 반드시 비가 내리는 것은 아니었다. 예전 인디언 주술사는 100% 성공률을 자랑했다고 하나, 이는 비가 내릴 때까지 기우제를 지냈기 때문에 가능한 기록이었다고 한다.

장기호 기상청 국립기상연구소 박사가 인공비 씨앗을 뿌리는 도구인 ‘플레어’에 대해 설명하고 있다

그러나 오늘날의 과학기술은 ‘인공강우’로 기우제를 대신한다. 중국과 러시아 등은 지난 수십년 간의 연구로 인공강우 기술을 실생활에 활용하고 있는데, 우리도 그 가능성을 열어가고 있다. 기상청 국립기상연구소의 장기호 박사 연구팀은 지난 3월 강원도 대관령 부근에서 인공눈 실험을 실시해 큰 성과를 거뒀다.

장 박사팀은 김포공항에서 6인승 세스나 항공기를 타고 대관령 부근 3㎞ 상공으로 날아갔다. 비행기 아래에선 북동풍을 탄 구름이 대관령을 넘고 있었다. 장 박사팀은 구름의 진행방향과 직각 방향으로 10㎞를 왕복하며 구름에 인공눈 씨앗을 뿌렸다. 그리고 30분쯤 뒤부터 목표 지점이었던 용평 지역에 눈이 내렸다. 이날 내린 눈의 양은 대략 10㎝ 가량이었는데, 이는 인공눈 씨앗을 뿌리기 전에 비해 1~2㎝ 늘어난 수준인 것으로 연구팀은 추정하고 있다.

실험 전·후 항공레이더 관측결과 사진. 아래 사진 용평 근처의 녹색 부분이 실험으로 내린 눈이다

원리는 ‘구름에 비 씨앗 뿌리기’다. 빗방울을 만드는 ‘씨앗’이 적어 구름 속 수분이 빗방울로 자라지 못할 때 인공비 씨앗을 던져주면 수분이 폭발적으로 달라붙어 빗방울이 된다. 이것이 얼면 눈이 되는 것이다. 인공비 씨앗으론 요오드화은(AgI)이나 드라이아이스 등을 활용한다. 이번 실험에서 장 박사는 요오드화은 150g을 사용했다.

이같은 기술을 일상생활에 활용할 수 있게 되면 효과는 생각 이상이다. 평균 강수량이 1000㎜인 서울 크기(약 500㎢) 정도의 지역에 인공강우 기술을 활용해 강수량을 20% 늘렸다고 하자. 200㎜가 늘면 약 7만명이 1년 동안 사용할 수 있는 1억톤 가량이 수자원을 확보할 수 있다.

다만 지금 기술수준으로는 모든 지역에서 비를 만들어낼 수 없다는 한계가 있다. 일정량 이상의 수분을 머금은 구름이 있어야 비를 만들 수 있는데, 이를 위해선 지형을 활용해야 하기 때문이다. 장 박사가 실시한 이번 실험도 북동풍을 타고 대관령을 넘는 구름을 대상으로 했다. 고도가 높아지면 대기가 단열팽창해 구름 속 수분은 늘어나지만 비 씨앗은 모자라게 된다. 인공비 씨앗을 뿌렸을 때 비가 내릴 최상의 조건이 되는 셈이다. 만약 평지라면 비가 내릴 확률은 현저히 떨어진다.

비행기 날개 부분에 설치한 ‘플레어’ 부분에서 인공비 씨앗을 뿌리면 구름 속 수분과 만나 빗방울로 변한다

실제로 ‘인공강우’ 기술 선진국인 중국은 2006년 가뭄에 시달리는 중부지역에 비를 내리기 위해 거의 모든 인공강우용 항공기를 동원했지만 실패했다. 장 박사가 현지에서 확인해본 결과 이유는 지형에 있었다. 가뭄 상태인 지역의 구름에선 이미 수분을 찾기 힘든데, 주변에 높은 지역이라곤 동쪽 끝에 태산 하나밖에 없어 그나마 ‘단열팽창’ 효과를 기대하기도 힘들었기 때문이다.

우리나라는 동고서저 지형이다. 강원 지역과 경상 지역은 태백산맥과 소백산맥을 활용하면 되지만 평지가 많은 전라 지역과 충청 지역이 가뭄에 시달리면 인공강우를 활용하기가 쉽지 않다. 이 때문에 선진국에선 지역적인 제약 없이 비를 내릴 수 있도록 관련 기술을 연구하고 있다.

이 같은 한계에도 인공강우 기술은 꼭 필요한 기술이다. 장기적으로 지구온난화로 인한 가뭄 등 기후변화에 적극적으로 대응할 수 있는 기술이기 때문이다. 또 스키장 등 레저활동이나 군사작전에 활용할 수 있다. 장 박사는 “이번 실험에서 가뭄 대비를 위한 방안 중 하나를 찾았다고 보면 된다”며 “그러나 다른 계절이나 다른 지역에 적용하기 위해선 선진국같은 지속적이고 과감한 투자가 필요하다”고 강조했다.

실제로 장비 및 예산이 충분치 못해 연구에 한계가 있다. 예를 들어 장 박사팀은 눈을 내리게 했지만 비를 내리게 할 수는 없다. 같은 기술인데도 비를 내리는데 활용할 수 없는 이유는 비행기가 없기 때문이다.

장 박사 일행이 임대해 사용한 비행기는 소형비행기로 ‘인공강우’ 실험에 한계를 안고 있다. 사진은 지난 3월 대관령으로 떠나기 전 김포공항에서의 모습

장 박사가 이번에 임대해 실험에 활용한 비행기는 산소공급장치도 없는 소형비행기였다. 지상으로부터 3㎞ 가량 올라갈 수 있을 뿐, 그 이상 올라갔다간 산소 부족으로 사고가 발생할 수 있다. 그런데 여름철에 비를 내리려면 그 이상으로 올라가야 한다. 겨울철엔 지상이 0℃라 3㎞까지 올라가면 실험에 적당한 높이가 되지만 여름철엔 5~8㎞의 구름이 실험에 적당하다. 소형비행기로는 불가능하다.

전용 비행기가 필요한 이유는 또 있다. 생활에서 인공강우 기술을 활용하려면 그 지역의 특성을 완전히 파악해야 한다. 반복적인 실험으로 비를 내릴 수 있는 조건을 파악해야 성공할 수 있기 때문이다. 지금처럼 작은 비행기를 임대하는 방식으론 반복적인 실험으로 데이터를 축적해나가기 힘들다. 중국이 전국 31곳 이상에 인공강우센터를 설치하고 센터마다 비행기를 배치해 실험하도록 하는 이유가 바로 여기에 있다.

예산이 부족해 어려움을 겪고 있긴 하지만 기상청은 한발짝씩 내딛고 있다. 1995년부터 8년간 인공강우를 연구해 작은 성과를 거두기도 했지만 곧 사업이 중단돼 기술 축적에 어려움을 겪었던 기상청은 올해 장 박사팀의 성과를 바탕으로 내년부터 중장기 계획에 착수하기로 했다.

지난 2001년 기상청은 공군수송기를 지원받아 경남 거창과 창녕 일대 상공에서 인공강우 실험을 실시해 가능성을 확인했다

우선 내년은 1억원 정도의 예산으로 이번 강원지역 실험을 개선 반복해 실효성을 확보할 계획이다. 장기적으로는 2013년쯤 가뭄으로 고통받고 있는 경남 합천 지역 등 다른 지역으로 확대해나가는 방안도 고려하고 있다.

매년 1000억원 정도의 예산으로 11차 5개년 계획에 들어선 중국이나, 매년 30억원을 들여 지난해부터 1차 5개년계획을 추진하기로 한 일본에 비하면 작은 규모지만 지속적으로 실험을 실시하고 연구할 수 있는 여건을 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다.

일부에선 부작용을 염려하기도 한다. 공중에 요오드화은을 뿌리면 인체 및 환경에 나쁜 영향을 미친다는 주장이다. 그러나 장 박사는 큰 문제가 없다고 본다. 장 박사는 “이번 실험 지역은 대상지역 대기부피로 따지면 300㎦이므로 농도는 약 0.5g/㎦로, 대기 중의 요오드화은 평균 농도를 0.025% 증가시킨 수준에 불과하다”라고 말했다.

또 수분을 쥐어짜면 다른 지역에서 가뭄으로 고생할 것이라는 주장도 있지만 인공강우 분야는 아직 걸음마 단계라 이를 뒷받침할 자료가 없다. 앞으로 더 많은 연구를 통해 밝혀내야 할 부분이다.

■ ‘인공강우’ 세계 각국은 지금

인류가 인공강우를 시도를 시작한 것은 1890년대로 거슬러 올라간다. 당시 미국 과학자들은 대포와 폭발물을 활용해 인공비 실험을 진행했다. ‘큰 전투 뒤엔 비가 온다’는 통설에 따라 폭발 굉음이나 화약 등이 비를 내리게 한다고 믿었던 것이다.

실제로 인공강우 실험에 성공한 것은 1946년 미국 제너럴일레트릭사의 빈센트 셰퍼 박사다. 안개가 찬 냉장고에 드라이아이스 분말을 넣으면 작은 얼음결정이 만들어진다는 사실을 발견한 그는 비행기를 타고 메사추세츠주 바크처산맥 상공에 올라 구름에 드라이아이스를 뿌렸다. 결과는 성공이었다. 구름은 눈송이로 바뀌어 땅으로 떨어졌다.

현재는 총 43개국이 인공강우 실험에 참여하고 있다. 중국은 지린성 등 각 성에 하나 이상의 인공강우센터를 설치해 총 31곳 이상을 운영하고 있다. 연간 3만5000여명의 인원과 34대의 전용항공기 및 7071문의 대포를 투입해 인공강우 등 기상조절에 나서고 있다. 2007년 6월 랴오닝성에 닥친 최악의 가뭄을 인공강우 기술로 해결한데 이어 올핸 베이징올림픽 개막식과 폐막식에서 맑은 하늘을 선보였다.

러시아는 이미 30년 동안 인공강우 기술을 활용해오고 있다. 전승기념일인 5월 9일마다 모스크바 광장 위에 낀 구름을 없애왔다. 방법은 인공강우 기술과 같다. 다만 뿌리는 인공비 씨앗이 다른데, 적정선보다 많이 뿌리면 작은 눈비가 나타나고 구름이 약화된다. 2004년 방한한 러시아 기상청장의 설명에 따르면 러시아는 대형항공기 6대와 중형항공기 30대, 로켓 등으로 수자원을 확보해 가뭄을 해결하는 한편 폭설을 억제해왔다.

미국은 매년 40개 이상의 인공강우 실험을 하고 있다. 2001년과 2002년 캘리포니아 지역에서만 13개 인공강설 프로그램을 실시했다. 텍사스주에선 수자원을 확보하기 위해, 서부 노스다코타 지역에선 우박으로부터 농작물 피해를 줄이기 위해 우박억제 실험을 주로 실시하고 있다. 이같은 기술을 활용해 강수량을 15~20% 가량 확보했다고 한다. 특히 미국의 WMI라는 업체는 비행기만 80대를 굴릴 정도로 큰 규모인데, 얼마전 사우디와 1억불 짜리 계약을 체결하기도 했다.

이웃나라 일본도 나카타현의 한 댐을 중심으로 실험을 실시하고 있다. 비행기에서 드라이아이스 씨앗을 뿌리는 방법을 중심으로 5개년 계획을 수립해 지난해 1월부터 실험을 시작했다. 이들 국가 이외에도 태국과 호주, 멕시코 등 약 10개 국가가 실용화 기술을 확보한 상태다.

2008. 11. 7

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