1. 인공강우
과학적인 인공강우의 연구를 미국의 GE사에서 시작한 이래 40년이 흘렀다. 지난 40년간은 많은 연구가 행해졌으며 거의 전 세계적으로 이 분야에 관심을 기울여왔던 것이다. 인공강우뿐이 아니지만 이 시기의 학자들의 일반적인 경향은 기초연구와 아울러 실용화의 연구에도 상당한 노력을 기울였다. 인공강우는 세계적인 경향으로 보면 환경콘트롤의 일부이며 환경컨트롤은 요즘 매우 중요시되고 있으며 또한 강조되고 있는 실정이다.
미국에서는 NSF(국립과학재단)가 기상컨트롤에 관한 연구비를 계속 지급하고 있으며 그 대상분야는 기초에서 응용, 실용에 이르고 있다. 소련, 호주에서도 마찬가지이다. 즉 실용방법과 그 새로운 용도의 개발을 염두에 두고 여러 나라에서 노력하고 있다. 인공강우에 관해서는 다음과 같은 극단론이 있다. 즉, "우리들은 자연에 대하여아는 바가 거의 없는데 어떻게 자연을 컨트롤한다는 것인가"라는 견해와 "인공에 의해 비가 내렸기 때문에 그것이 가능하지 않느냐"는 것이다. 이러한 극단론이 있기는 하지만 이미 기상컨트롤의 하나인 인공강우가 거대과학으로 발전하여 버렸다.
여기서는 비가 올 수 있는 곳(구름)에서 비를 내리게 하는 인공증우를 목적으로 하는 기상컨트롤의 현재의 문제점과 그 장래의 방향에 대하여 알아보고자 한다.

1) 과학 이전의 시대
비와 바람을 자연의 일부로 생각하였던 그리스 시대에는 과학기술의 응용이 전혀 없었고 단지 종교적 강우법으로써 큐피트가 비를 지배했던 때이다. 1620년대에는 연기를 많이 낸다든지 큰 북을 세게 울려서 비가 내리면 돈을 받는 사람도 등장하였다. 19세기 후반에 들어와서는 조잡한 수단을 쓰지 않고 과학자들이 강우 촉진을 위하여 몇 가지 제안을 했는데, 로켓이나 벌룬에 의해 폭발물을 구름 높이에까지 올려서 전기 스파크로 폭발시키는 방법이 그것이다.

2) 과학기술 성장기
온실, 방풍림, 관개와 같은 주로 농업생산의 환경을 개선하는 시대를 말한다. 이들은 경험에 기초를 둔 자연적 발달이라고 보는데 반해 cloud seeding(씨뿌리기, 구름에 인공 응결핵을 뿌리는 것)과 같은 인공강우법은 이론적 추이를 구체화한 것이고 그 기원은 rain maker에서 찾을 수 있다. 1891년에는 액화 탄산 가스를 공중에 살포하는 방법(공기를 충분히 냉각시키기 위해서)이 도입되었다. 또 1930년 네덜란드에서는 드라이아이스로 야외 실험을 했지만 학자들의 보수성과 실험 성과를 판정하는 전문가가 없어서 중단되었다.

3) 과학기술 혁신기
2차 대전 중에 GE연구진의 일부는 1932년 노벨상을 받은 랭뮤어의 지도로 항공기 착빙의 문제를 연구하였다. 한편 제자인 쉐퍼는 실험실에서 실험을 하였는데 그 결과를 중시 여긴 랭뮤어가 비행기로 드라이아이스를 살포하여 성공하였다. 이는 베르제론 핀다이젠의 강우 메카니즘을 실험을 통하여 성공적으로 확인한 것이었다. 그 후로 실험 성공의 보고가 많이 있었으며 1946년에는 보네갓이 얻은, 옥화은을 태워서 과냉각수적에 넣어 주면 빙정핵의 역할을 한다는 사실이 실용화되었다. 이렇게 되어 기상학의 한 분야로서 운물리는 급속히 전진하였다. 그래서 기상컨트롤이라는 말은 씨뿌리기와 같은 말로 쓰였으며 인공강우는 운물리의 일부로서 국제회의의 대상이 되었다.

4) 앞으로의 추세
부유한 나라인 중동의 사막지방에 높이 600m, 길이 10km의 거대한 인공산맥을 만들자고 일본인들이 제의했다고 한다. 산맥을 인공적으로 만들어서 각종 실험, 즉 지형성 강우, 인공강우 등에 대해 연구해 보자는 것인데, 무엇보다도 막대한 자금이 필요한 것이다.
또 비행기를 사용하여 일년에 수백만 내지 수천만달러를 소비하면서 불가능할지도 모를 인공강우를 계속 연구하는 나라가 많아졌다. 막대한 비용과 노력을 필요로 하는 문제이기 때문에 무계획하게 처리할 것이 아니라 WMO가 관장하여 기술 지도와 계획통제를 해야 한다고 의견의 일치를 보아서 WMO의 사업중의 하나로 채택되었고 그리고 기상컨트롤 가운데서 인공강우가 최우선순위로 정해졌다.
기술적인 문제로서는 인공강우라는 개념보다 인공증우라는 방향으로 눈을 돌리고 있다. 지금까지의 성과로 보아 실험이 성공한 경우라 할지라도 10~30% 정도의 증우를 있게 할 정도였다고 하는 것은 강우 메커니즘 자체에 대해 재검토해야 할 필요가 있는 것이다. 그래서 실용화에 앞서서 실험실에서, 근본적인 새로운 강우이론의 개발과 그에 대한 실험이 있어야 한다.
1980년 이후에도 실험을 계속하여 재미있는 결과를 내는 경우도 있으나 인공강우에 관한 논문이나 실용화가 다소 주춤했다고 하는 것은 바로 전진을 위한 새로운 모색이라 볼 수 있다. 한 마디로 말해서, 인공강우와 같은 거대과학의 앞날은 인간과 자연의 팽팽한 마지막의 대결이므로 하루 이틀에 해결된 문제가 아니라 부단한 노력이 필요하다고 본다.

2. 기상조절(WEATHER MODIFICATION)
인간의 문명이 발전함에 따라 과학기술을 통해 여러 자연현상으로부터 독립하려는 노력들이 더욱 심화되고 있다. 예전에는 불가항력이라는 말로 자연 앞에 굴복할 수 밖에 없었지만, 현재는 자연의 위력에 도전하고 조절하려는 많은 움직임이 있다. 태풍, 장마, 집중호우, 가뭄, 대기오염 등 기상재해로 인한 피해가 천문학적인 숫자에 달하는 데 이것으로부터 자유로울 수 있다면 얼마나 좋을 것인가? 이런 생각에서 시작된 것이 기상조절 분야이며, 흔히들 '인공강우'라는 말로 인식하고 있다.
그러나 '인공강우'라는 말은 여러 가지 기상상태를 조절하는 것 중의 한가지로서 그것만이 기상조절을 대표하는 것은 아니다. 또 한가지의 오해는 아무것도 없는 곳에서 비가 오게 하는 것으로 인식되고 있지만 현재로서는 그런 것을 할 수 있는 나라나 기술은 아무 곳에도 없다. 기존의 비구름이 있는 것을 그곳에 능동적인 영향을 주어 비를 재분포하여 목표지역에 오게 하는, 즉 '인공증우'라는 용어가 더 적합한 표현인 것이다.
강수 현상을 재분포하여 재해를 줄이고, 충분한 수자원을 확보하려고 하는 것이 현재의 중점 연구목표인 것이다. 호주의 경우 남부지방에서 심각한 물부족현상을 겪고 있어 수자원공급을 위해 인공강우의 방법으로 얻은 용수량(수력발전소와 농업용수를 위한 것)의 경제성을 평가해 본 결과 톤당 0.3센트의 비용이 산출되어 다른 방법을 통한 수자원확보보다 훨씬 경제적인 것이 증명되었다.
날씨로 말미암아 많은 사람들에게 좋은 일이 생기기도 하고, 그 반대인 경우도 많이 있을 것이다. 그러기 때문에 기상조절은 더욱더 신중히 고려해보아야만 한다. 과학과 기술의 발전으로 우리의 필요에 따라 날씨를 마음대로 조절할 수 있다면, 인간의 삶의 방식에 커다란 변화가 생길 것이며, 새로운 형태의 문화와 문명이 태동하는 계기가 될 것으로 생각된다. 날씨는 인간의 육체만이 아니라 심리에도 영향을 주기 때문이다. 이런 의미에서 기상조절에 관해 일반적인 내용을 살펴보고자 한다.

3. 기상조절의 역사
처음으로 과학기술을 통해 인공적으로 비가 오게 한 실험은 1946년 미국의 쉐퍼(Shaefer)에 의해 시도되었다. 쉐퍼는 과냉각수적이 포함된 한랭운에 드라이아이스를 뿌려 눈이 내리게 하였다. 이후 미국을 위시한 오스트레일리아, 일본 등 각국에서는 인공증우의 연구와 실험이 활발하게 이루어져 거의 실용화 단계에 이르고 있다.
일본의 경우 수자원 확보를 위하여 겨울에 눈이 오게 하여, 높은 산 위에 수자원을 눈으로 저장하여 이것으로 봄철 가뭄을 대비하려는 목표로 실험이 되고 있다. 여름철의 실험은 잘못하면 집중호우나 생각지 못한 영향이 생길 가능성 때문에, 강수현상이 유발되더라도 즉각적인 영향을 유보할 수 있는 상대적으로 안전한 겨울철 실험을 하는 것이다. 이스라엘이나 멕시코같은 경우는 사막이 형성되어 있는 나라이기 때문에 강수를 유발하여 농업용수나 토지의 사막화를 방지하고 가용면적을 넓히려고 하고 있다.
우박으로 말미암아 농작물과 생활에 피해를 자주 주고 있는 중국이나 러시아는 우박을 제거하려는 연구와 실험 등이 진행되어 실효를 거두고 있다. 중국에서는 우박을 억제하기 위해 대공포탄에 구름씨를 넣어 우박을 형성하는 구름 속에 투입시키기도 하고 로켓을 쏘아 구름씨의 영향으로 구름의 성격을 바꿔 우박으로부터 농작물의 피해를 줄이려고 한다.
산업화와 도시화로 인한 대기오염으로 인한 인간 건강의 위협과 잦은 안개 발생으로 국민 경제생활에 막대한 피해를 주기 때문에 이에 대한 해결책으로 기상조절을 시도하고 있다. 안개발생으로 인한 공항과 고속도로의 피해는 기상조절의 방법으로 상당수준 개선될 수 있음이 여러 실험과 노력을 통해 입증되고 있다.

4. 기상조절의 여러 유형과 방법들
1) 기상조절의 유형
ㆍ 우박형성 감소(억제)
ㆍ 강우유발과 재분포
ㆍ 폭풍우 소멸
ㆍ 인공강우나 증우를 통한 산불억제
ㆍ 다양한 지역과 행사에 대한 기상보호

2) 기상조절 방법
기상현상이라는 것은 예기치 않은 사소한 영향에도 그 결과가 엄청나게 달라질 수 있는 아주 민감한 영역으로서 흔히들, 버터플라이(Butterfly) 효과라는 표현을 쓴다. 이 효과는 북경에서 나비가 날개짓 한 번한 영향이 다음해 뉴욕에서 폭풍우가 생길 수 있다는 내용으로 그 만큼 기상현상의 복잡함을 나타내 주고 있다. 기상조절의 여러 방법이 시도되고 있지만 이를 위해서는 구름물리와 대기역학모델, 수치실험 등 사전에 여러 학술적인 기상현상에 대한 깊은 이해가 있어야 하고, 목표 대상을 선정하고, 시기를 결정하며, 대기상태에 얼만큼 영향을 주어야 하는지, 또 그 영향에 대한 결과는 어떻게 측정할 것인지 등 많은 것들이 준비되어 있어야 한다.
그 방법에는 구름씨를 뿌리는 것과 이온제너레이터와 정전기장을 사용하는 방법 등이 현재 연구되고 있다.

ㆍ 구름씨 뿌리기
- 빙정핵(glaciogenic agents), 예)요오드화은(AgI)
- 냉각매체(cold reagents) 예) 액화질소(liquid nitrogen)이나 드라이아이스
- 흡습성물질(hygroscopic agents) 예) 염화나트륨(NaCl)
- 위의 물질들은 제각기 사용온도에 제한이 있다.
- 요오드화은(AgI) : t ＜ -6°C
- 냉각매체(cold reagents) : t ＜ -3°C

이런 방법은 매체 자체뿐만이 아니라 매체를 뿌리는 것이 대부분 항공기를 이용하여 요오드화은이나 냉각매체들을 과냉각된 상층 구름층에 뿌려야 한다. 요오드화은을 구름층 하층부에 뿌려도 된다고 하지만 그러려면 강한 상승기류가 있어야 하고, 초냉각된 상층 구름층이 있어야 한다. 이 두 조건이 갖추어지지 않으면 요오드화은을 뿌리는 것은 무용지물이다.
따듯한 구름은 흡습성 물질들의 에어졸(염화나트륨)에 의해 영향을 받는다. 이런 경우는 구름층 꼭대기뿐 아니라 구름층 속에 뿌리는 것도 가능하다. 흡습성 화합물이 뿌려지면 먼저 수용액이 된다. 화합물방울과 물방울 사이의 수증기압의 차이로 말미암아 물방울에서 수분이 화합물방울로 증착되어진다. 이 과정을 오랜 시간이 걸리고 어느 시점이 되면 화합물방울은 희석이 되어 실질적으로 순수한 물방울이 된다. 지속적인 물방울의 성장은 중력합체 과정을 통해 일어난다.
언급된 구름씨뿌리기 방법의 단점을 줄이기 위해 새로운 방법(pyrotechnical composition)-태우게 되면 이온화된 흡습성 에어졸을 만드는 것이 개발되었다. 이런 에어졸이 구름 속에 뿌려지면 작은 구름 방울들은 음 이온에 의해 반대 전하를 띄게 된다. 이 경우에 크기가 작은 물방울들은 정전기에 의해 성장이 가속화 된다. 수증기들이 이 수용액에 증착되어 계속 성장하고 전기합체에 의해 이 과정이 강화된다. 수용액 형성에 기여하는 또 다른 요소는 태워서 발생한 생산물과 구름의 수증기 사이의 화학반응을 통해 많은 양의 열이 방출되는 것이다. 연소를 통해 생성된 이동 경로에 적은 인공적인 상승기류가 발생하여, 그 이상은 흡습성물질과 같은 작용을 한다.
주목할 만한 것은 이런 방법이 전통적인 흡습성 물질을 사용하는 것 보다 실제 강우를 유발하는 물방울을 크기까지 성장하는 데 걸리는 시간이 적다는 것이다.
이온 흡습성 에어졸 개발을 위한 연구들은 1987~1988년에 시작되었다. 연소시스템에서 여러 가지 상관관계를 위해 pyrotechnic 물질의 연소표면의 높이로부터의 electric conductivity에 대한 자료를 얻었다. 달성한 목표가운데 하나는 기술적인 첨가물, 유기물질 비유기물질의 숫자가 미치는 영향, 특히 선형 질량 연소 속도에 대한 이 물질들의 역할을 연구하는 것이었다. 실험은 에어졸 캐빈에서 인공적으로 생성된 안개를 소산하는 목적으로 수행되었고, pyrotechnical composition 들이 따듯한 안개에도 영향을 준다는 사실이 입증되었다.

ㆍ 이온을 발생시키고 전기장을 걸어주어 기상상태를 조절하는 기술은 최근에 많이 연구되고 있는 분야로서 안개를 없앨 때나 인공적으로 강수현상을 조절하고 대기오염상태를 개선하는 데 효과를 줄 수 있다고 알려지고 있다. 그러나 아직 이런 방법을 실용화한 곳은 없고, 계속적인 실험과 연구가 진행되고 있다. 간단한 원리는 공기 중에 이온을 형성해 주면 전기장에 의해 위로 올라가면서 응결핵이 되어 잠열을 발생시키고 이로 인한 열로 강력한 부력을 형성시켜, 대기가 위로 올라가면서 단열 팽창하여 온도가 내려감으로써 포화 수증기압이 낮아져서 머금고 있던 수증기가 물방울로 응결하여 강수현상이 발생하는 것이다. 이 외에도 따뜻한 안개를 없애기 위해 항공기 엔진을 개조하여 공항이나 고속도로에서 공기를 가열하는 방법이 있다. 러시아와 이탈리아에서는 공항과 고속도로에서의 현장실험이 이루어지고 있으며 효과를 인정받고 있다.
우리나라 동해안에 2000년 4월 산불이 나서 많은 피해를 주었는데, 산불로 말미암는 피해는 비단 우리나라뿐만 아니라 미국, 캐나다, 중국, 러시아 등 많은 산림을 가지고 있는 나라들은 동일하게 겪고 있다. 아래에 인공 증우로 농업용수공급 및 산불억제와 반대로 비를 오지 않게 하여 여러 행사들을 악천우로부터 보호하는 실험을 하는 러시아의 경우를 보인다.
1991년 여름에 노보시비르스크 지역에서 농장들의 물 공급을 위해 인공강우를 내리게 하였는데, 강우량관측소의 관측자료에 의하면 대상지역의 강우량이 목표대상지역의 월별 강우율에 비해 100% 증가한 것으로 관측되었다. 그 목표 대상 주변지역에서는 다른 년도에 비해 정상적이거나 약간 감소하였다. 1999년 여름 페테르부르그(구 레닌그라드)에서 산림화재지역에 인공강우실험이 있었다. 적운층 아래에서의 습도는 80%정도였고, 비를 수반한 적운층은 아닌 조건에서 실험이 진행되어, 화재진원지에 비를 내리게 하여 화재진압의 직접적인 도움을 주는데 성공하였다. 또한 1999년 8월 티흐빈 지역에서도 비슷한 실험이 진행되었는데, 소수의 적운층을 인공적으로 충돌시켜 하나의 커다란 적운으로 만들어서 화재진원지에 직접적으로 비를 내리게 하는데 성공하였다. 1991년부터 수많은 행사나 사건을 위해 기상조절을 통한 보호사업이 수행되어 1994년 페테르부르크에서 열린 국제 굳윌(Good Will)경기에서 성공적으로 기상조절 보호를 성공시킨 것도 그 가운데 한 예이다.

5. 생각해 보아야 할 점들
기상현상은 여러 사람에게 여러 가지 모습으로 영향을 주고 있기 때문에 실험실에서 실험하는 것과는 다르게 아주 조심스럽다. 같은 결과가 어떤 사람이나 단체에게는 유익이 되지만 다른 사람들에게는 피해가 될 수도 있기 때문이다. 이것보다도 더 근본적인 것은 기상현상이 위에서 언급했듯이 아주 민감하게 반응하는데 아직 깊이 있게 기상현상, 특히 강수현상에 대한 이론이 정립되지 않았다. 그러므로 대기상태에 어떤 영향을 주었을 때 어떤 결과가 나올지를 정확하게 예측하기 어렵다는 것이다.
기상학의 발달로 구름의 미세물리현상이 깊이 이해되어 인공적으로 강수를 유발했다 하더라도 장기적으로 이런 결과가 생태계전반에 어떤 영향을 나타낼 지는 아직도 모르기 때문에 기술적인 진보가 있더라도 전체적인 영향을 고려하지 않으면 예기치 않은 결과들이 오히려 인간 생활에 방해가 될 수 있다.
기상조절은 인류가 꿈꿔 오던 분야 중의 하나로 이것이 진정한 인류의 건강과 행복증진을 위하기 위해서는 단 시간 내에 어떤 결과를 보려는 태도보다는 오히려 보다 더 근본적이고 심층적이며 다각도에서 여러 가지 영향을 고려하고, 연구인력의 확충과 장비의 보급, 장기적인 안목을 가지고, 선행되어야 할 여러 분야의 제반 수준을 먼저 높이는 그런 진지하고 체계적이며 지속적인 연구가 필요하다.

6. 인공증우의 세계적 현황
전 세계적으로 많은 실험이 진행되고 있지만 아직 그 효과를 확실히 증명하기는 어려운 수준이다. 물론 실용화되어 사용하는 곳도 있지만 결국은 실험이라고 할 수 밖에 없다.
현재 상태에서 기상조절기술에 대해서는 명확하게 평가를 내리기는 어렵고(여러 가지 견해, 측정방법, 통계적인 처리 등) 문제점에 대해서도 깊이 연구된 것이 없어, 앞으로 구름물리와 수치모델, 여러 관측장비의 구비 및 효과적인 적용, 통계적 평가방법 등 연구하고 해결해 나가야 할 것이 많다. 강수현상을 유발하는 데까지의 어떤 물리적 과정들이 일어나는지 아직도 명확히 규명된 이론이 없다.

7. 우리나라 인공증우
우리나라는 기상청/연구소를 중심으로 인공증우 연구가 행해지고 있으나 현재는 전문 연구팀이 구성되어있지 않은 상태다.

8. 기상연구소의 인공증우 사업 추진 현황
1) 배경 및 추진 실적
ㆍ 배경
'94년~'95년 2년간 극심한 가뭄 지속으로 지역적 가뭄해소 방안과 장기적 대체 수자원 확보 방안으로 인공강우 연구 및 시행 필요성이 대두
ㆍ 추진실적
과학기술처 특정연구과제로 "인공강우 실험연구" 수행(1995. 3∼1998. 10)
ㆍ 한국수자원공사의 "이상가뭄에 대비한 신기술 개발 연구" 과제로 「인공강우 기반기술 개발」(1996. 5∼1998. 8)
ㆍ 1996년 기상연구소 기본과제 수행
ㆍ 이상의 연구를 통해 항공 실험(8회), 지상실험(10회) 실시 인공증우기술의 가능성 확인

2) 기상조절 연구개발에 필요한 장비
ㆍ 라이다(Lidar) : 구름의 응결핵과 함유물질(수분 등)의 분포 및 농도 측정
ㆍ W-band 레이더(Radar) : 강수입자의 발달과정과 성장 및 분포 연구
ㆍ Ceilometer : 대상구름의 고도 측정
ㆍ 라디오메타(Radiometer) : 수분함량과 구름의 온도 측정

3) 애로사항 및 문제점
ㆍ 항공실험의 문제점
- 인공증우 기술은 짧은 시간, 특정 지역, 특정 구름에 비씨를 살포할 수 있는 기동성이 요구되므로 전용 항공기의 확보가 필수적이다.
- 또한, 기존에 수행된 실험에서는 공군의 항공기를 활용하였으나 사전 예약 및 지정항로 비행으로 인하여 변화하는 기상에 대처하지 못하여 실험에 어려움이 많았다. 그러므로, 인공강우 실험을 수행함에 있어 비행권(비행시간 및 구역을 결정할 수 있는 권리)에 관한 조건을 완화시켜야 연구가 가능함. 비행권이 확보되지 않는다면, 기존의 인공강우 실험의 경우처럼 단순한 실험으로 끝날 공산이 크며, 실용화는 어렵다고 판단된다.
ㆍ 조직, 인력, 예산 미확보
- 인공강우는 장비, 이론, 항공 및 지상실험 등 최소한 35인의 전담요원은 확보되어야 기본적인 연구 및 실험을 수행해 나갈 수 있다.
ㆍ 기타 고려사항
- 인공강우 기술을 이용한 기상조절기술은 아직도 충분한 연구를 거쳐야 실용화될 수 있을 것으로 판단되며, 이론적인 수치모델의 개발, 장기간 실험, 효과적인 실험장비의 개발 등의 기초적인 연구를 수행하는 것이 필수적이다.
- 기상제어가 국민의 생활과 산업 발달에 지대한 영향을 미칠 수 있는 만큼, 기상제어 기술의 과학적인 효과를 입증하는 것 못지 않게 사회 경제적인 파급효과, 환경과 생태에 미치는 영향에 대한 연구도 필요하다. 기상조절을 통해 이득이나 손해를 보는 집단이 생기게 마련이며, 생태환경적인 변화도 발생할 수 있기 때문이다.

4) 국제 협력 현황
ㆍ 제1차 한·러 기상협력 공동실무회의에서 러시아측의 기상조절기술을 이전 받기로 합의('99. 9. 15. 모스크바)
ㆍ '99년 12월 러시아 전문가(Chernikov 소장) 방한, 업무협의
ㆍ 기상 연구소의 핵심기상기술 국제공동연구사업의 일환으로 러시아과학기술자 sinkevich 방한 활용 중(2001년 2월~7월)