수상자 상세정보
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과기정통부와 연구재단은 김준 교수가 인공위성을 이용하여 미세먼지나 오존, 이산화탄소와 같은 대기 중의 에어로졸* 및 미량기체** 측정과 대기환경오염 현상을 과학적으로 규명하는 원격탐사 알고리즘을 개발하여 대기오염 및 기후변화의 진단과 분석에 기여한 공로가 높게 평가되었다고 선정배경을 설명했다.
김준 교수는 정밀한 복사에너지 전달과정 모델링과 역추정 이론을 바탕으로 인공위성 원격탐사 알고리즘을 개발하였다. 특히 관련 알고리즘은 정지궤도위성, 항공기 등의 측정 자료에 적용되어 기체의 농도와 입자특성을 산출하며 성과를 입증해왔다.
지금까지 대기 중 미량기체 측정에 이용된 모든 위성 원격탐사는 저지구궤도*에서 진행됐다. 김준 교수는 과기정통부와 환경부가 2019년 발사를 목표로 추진하는 정지궤도복합위성(천리안) 2B호 ‘환경탑재체 알고리즘개발 연구단’을 이끌며 지표면과 3만 6,000㎞ 떨어진 정지궤도위성에서 오염기체의 농도를 시간대별로 측정할 수 있는 알고리즘 개발에도 성공하였다.
정지궤도위성을 이용한 분석알고리즘은 대기환경의 질이 급격히 악화하고 있는 동아시아 지역의 대기오염물질 농도 분포 및 국지적 배출 현황과 대형화물차 등 장거리 수송에 따른 영향을 정량적으로 규명할 것으로 기대를 모으고 있다.
지름 10㎛(마이크로미터) 이하의 미세먼지는 폐나 혈관으로 흡수돼 호흡기 질환, 뇌졸중, 심장질환 등을 일으키는 원인으로 알려져 우리나라를 비롯한 전 세계에서 미세먼지 등 대기오염물질을 줄이기 위한 대책 마련에 나서고 있다.
김준 교수는 대기오염 현상의 과학적 원인을 규명하기 위해 위성원격탐사로 미세먼지와 대기 중 미량기체의 농도를 산출하는 연구를 20여 년간 꾸준히 수행해 왔다. 최근에는 정지궤도 위성에서 대기 중 미량기체의 농도와 특성을 산출해 내는 알고리즘을 최초로 개발하는 데 성공하였으며, 기존 저궤도 위성의 자료처리 알고리즘을 개발해 지상관측에 의존해온 이산화탄소의 관측체계를 한 단계 앞당겼다는 평가를 받고 있다.
이외에도 NASA와의 대규모 공동 대기 질 조사 수행, 대기 분석장치의 국제특허 출원 등 연구 활동은 물론 신진연구자 배출에도 많은 노력을 기울이고 있는 김준 교수. “언젠가는 누구든지 간편하게 사용할 수 있는 미세먼지 농도 측정 기술을 개발해 대기환경 정책과 환경 인식 개선에 보탬이 되고 싶다”는 그의 연구 이야기를 들어보았다.
여러모로 부족한 제가 영예로운 상을 받게 되어 영광인 동시에, 다른 훌륭한 연구자분들께 송구스러운 마음입니다. 저보다는 함께 연구해 오신 동료 교수님들, 연구자들, 그리고 대학원생들이 받아야 할 상인 것 같습니다. 연구할 수 있는 환경을 만들어주신 연구 지원기관, 연세대학교, 그리고 연구협력을 이끌어 주신 학회에 깊은 감사를 드립니다.
인간에게 고유한 유전자 정보가 있듯이, 미세먼지나 미량기체들은 복사에너지의 파장에 따라 산란과 흡수 정도가 달라집니다. 따라서 먼 거리에서도 복사에너지의 분광스펙트럼을 측정하면 해당 물체의 농도와 특성을 알 수 있습니다. 이를 위해 정밀한 복사에너지 전달과정 모델링과 역추정 이론을 이용한 원격탐사 알고리즘을 개발하였습니다. 이를 천리안·MODIS·OMI·GOSAT 등 실제 위성들의 측정 자료에 적용해 기체들의 농도와 입자 크기, 고도 등 특성을 분석했으며 지상의 측정값과 검·보정해 우수한 비교결과를 산출했습니다.
과학기술정보통신부와 환경부에서 2019년 발사를 목표로 추진 중인 정지궤도복합위성 2B호 ‘환경탑재체 알고리즘개발 연구단’에서 수행한 연구입니다. 이 환경탑재체는 지표면과 3만 6,000㎞ 떨어진 궤도상에서 측정한 지구의 자외선과 가시광 파장 대역의 복사에너지를 분석하는 초분광 탑재체인데요. 미세먼지와 대기오염 기체의 흡수와 산란 특성을 고유의 파장 대역에서 높은 분광 해상도로 측정하면 대상 물질별로 신호를 분리해 물질의 농도와 특성을 산출할 수 있는 알고리즘입니다.
위성으로 대기환경을 측정하면 하나의 센서로 동일한 품질의 측정값을 넓은 지역에 걸쳐 제공할 수 있습니다. 그동안 개발도상국에서는 미세먼지 농도 측정조차 어려운 경우가 많아, 피해 정도를 제대로 짚어내기도 어려웠습니다. 위성자료가 이런 공백을 메워줄 수 있을 것입니다. 제가 참여하고 있는 세계보건기구(WHO)의 미세먼지 대중보건 프로그램이나 세계기상기구(WMO)의 도시환경 프로그램에서도 이미 위성자료를 사용 중입니다.
또한, 현재는 위성이나 항공기 등 고가의 장비를 이용하고 있지만, 앞으로는 더 많은 사람이 이용할 수 있도록 저가 장비를 이용한 빅데이터 기반 측정 기술이 발달할 것으로 예상합니다. 예를 들어 공장 안의 미세먼지 농도를 밖에서 스마트폰으로 알아보는 등 누구든지 간단하게 대기환경상태를 직접 측정할 수 있을 것입니다.
인류는 산업화 과정에서부터 지구 대기환경에 큰 영향을 끼쳤습니다. 기후변화를 일으키는 요인은 산소나 질소처럼 많은 양을 차지하는 대기 성분이 아닌 미세먼지나 오존, 이산화탄소, 질소산화물 등의 미량기체입니다. 대기과학 분야의 이슈는 1980년대 오존층, 2000년대 미세먼지에 이어 탄소로 옮겨가고 있는데, 전 세계가 ‘탈 탄소 사회’로 나아가 대기오염 현상의 과학적 원인을 규명하는 작업에 열중해야 합니다. 이를 통해 기후 정책을 적극적으로 펼쳐야만 앞으로 미세먼지 없는 깨끗한 공기를 마실 수 있습니다.
우선 연구주제에 흥미를 느껴보라고 합니다. 예를 들면, 멀리 떨어져 있는 곳에 직접 가지 않고도 미량기체 농도를 정확하게 측정할 수 있는 일의 신비함을 이야기합니다. 그리고 졸업할 때는 독립적인 연구자가 되는 동시에 늘 겸손함과 주변 동료들과의 화합을 잊지 말라고 강조합니다. 동료 연구자들과 좋은 팀워크를 다져야 공동연구에서도 만족스러운 결과를 낼 수 있기 때문입니다.
주변에 계신 연구자들 모두가 많은 것을 알고 느끼게 해 주시는 스승입니다. 제 학생들에게서도 많은 것을 배웁니다. 한두 분만을 꼽는다면, 연구 분야에서 늘 흥미로운 점을 찾으며 하고 싶은 일을 해나간 리처드 파인만 교수와 과학자뿐 아니라 교육자로서의 삶과 자세를 깨우쳐 주신 조희구 연세대 명예교수님을 귀감으로 삼고 있습니다.
앞으로 더 많은 연구개발을 거쳐 대기 중 위성의 미세먼지·대기오염물질 농도 원격 측정 정확도를 올리는 게 목표입니다. 또한, 위성으로 대기오염물질 농도의 수직분포를 파악할 때 발생하는 한계점 역시 극복해 보고자 합니다. 이를 통해 기후변화의 이해와 저가 측정 장비 보급을 통한 시민참여 과학 활성화에 보탬이 되고 싶습니다.
어린 시절을 돌이켜보면 지금과 같은 과학자로서의 모습을 상상했던 적은 없었습니다. 그저 주어진 학업에 열중하고 성장 과정에서 만난 분들의 영향을 받아 서서히 과학자가 된 것 같습니다. 주변 지인들, 부모님, 가족 또는 친구들로부터 과학 이외의 분야에서도 폭넓게 생각을 나누는 과정을 통해 이 자리에 오게 되었습니다. 학생들에게는 주변을 돌아보는 시간을 충분히 가진다면 나만의 흥미로운 분야를 찾을 수 있다는 이야기를 해주고 싶습니다. 목표 달성을 위해 현재를 충실하게 보내면, 어느 날 문득 원하던 모습으로 관심 있는 분야의 길 위에 서 있는 자신을 발견할 수 있을 것입니다.