기상레이더센터

낙뢰 관측원리

TODS (Total Lighting Detection System)의 관측원리

낙뢰 관측방법으로는 크게 TOA(Time-Of-Arrival)방식과 MDF(Magnetic Direction Finding)방식이 있다.TOA방식은 낙뢰가 발생하여 각각 의 센서에 도달한 시간을 이용하여 낙뢰발생의 위·경도 및 거리를 추정하는 방법이고, MDF방식은 낙뢰가 발생한 방향을 이용하여 낙뢰발 생 위치를 알아내는 방법이다. 따라서 TOA방식을 이용한 낙뢰 관측에서는 시간 정확성이 중요하며, MDF방식에서는 진북이 얼마만큼 정확하게 설정되었는가가 중요한 변수로 작용한다.IMPACT ESP 센서는 TOA방식과 MDF방식 모두를 이용하여 낙뢰를 탐지하고 있으며, LDARⅡ 센서는 TOA 방식을 이용하여 낙뢰를 탐지한다. 현 시스템에서 각각의 낙뢰센서는 GPS 안테나가 부착되어 시각 동기화가 이루어지고 있다.

TOA 방식 (2개의 센서를 이용한 낙뢰관측)

센서위치와 낙뢰발생위치 2개의 센서를 이용한 방식

  • TOA방식만을 이용하여 2개의 센서로 낙뢰를 탐지할 경우, 실제의 낙뢰위치(그림에서 별표)가 아닌 다른 위치(그림에서 X로 표시)를 낙뢰위치로 잘못 계산할 수 있다. 따라서 TOA방식을 이용하여 정확한 낙뢰위치를 얻기 위해서는 최소한 3개 이상의 낙뢰 센서가 필요하다.

TOA 방식 (2개의 센서를 이용한 낙뢰관측)

Sensor Time Differential, Absolute Time Differential

  • 3개 이상의 센서를 이용해 TOA 방식으로 낙뢰 위치를 계산할 경우, 그림과 같이 정확한 낙뢰 위치를 결정할 수 있다.

TOA 방식 (2개의 센서를 이용한 낙뢰관측)

3개의 센서를 이용한 방향탐지방법(MDF)

  • 방향탐지방법(MDF)은 낙뢰로부터 발생한 전자파가 도달되는 방향을 측정하여 2개의 안테나로부터 낙뢰의 위치를 결정하는 방식이다. 따라서 MDF방식에서는 진북을 정확하게 설정하는 것이 중요하다. 다음의 그림은 방향탐지방법에 의한 낙뢰위치 결정방법을 보이고 있다.

TOA (Total Lighting Detection System)의 관측원리

Magnetic Direction Finding Combined With Circular Intersection Method

  • TOA방식과 MDF방식을 합성하여 낙뢰를 관측하는 방법으로써 TOA 방식 만을 사용하였을때 발생하는 위치 부정확성의 문제를 방지할 수있어, 보다 정확한 낙뢰의 위치를 관찰할 수 있다.