Journal of the Korean earth science society (한국지구과학회지)

The Korean Earth Science Society (한국지구과학회)
권호 표지

Tropospheric Ozone over the Seoul Metropolitan Area Derived from Satellite Observations (MODIS) and Numerical Simulation

위성관측(MODIS)에서 유도된 수도권 지역의 대류권 오존 및 수치실험

  • Yoo Jung-Moon (Department of Science Education, Ewha Womans University) ;
  • Park Yoo-Min (Department of Science Education, Ewha Womans University) ;
  • Lee Suk-Jo (National Institute of Environmental Research)
  • Published : 2005.04.01
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Abstract

The effect of ozone and surface temperature on the ozone band at $9.7{\mu}m$ has been investigated from radiative transfer theory together with observations in order to derive empirical methods for remotely sensing ground-ozone concentration. Simultaneous observations of satellite (MODIS Aqua; ECT 13:30) and ground-ozone at 79 stations have been used over the Seoul Metropolitan Area (SMA; 125.7-127.2 E, 37.2-37.7 N) during four ozone-warning days in the year 2003. Cloud effect on the band in the methods was filtered out based on synoptic observations. Upwelling radiance values at $9.6{\mu}m$ which have been estimated at the given ozone concentration of 327-391 DU depend on surface temperature (Ts) showing $5.52\~5.78Wm^{-2}sr^{-1}\;at\;Ts = 290 K,\;and\;9.00\~9.57Wm^{-2}sr^{-1}$ Ts = 325K. Thus, the partitioned contributions of ozone and temperature to intensity of ozone absorption band are $0.26Wm^{-1}sr^{-1}/64\;DU\;and\;0.31 Wm^{-2}sr^{-1}/35K$, respectively. Here the intensity which has been used to remotely detect ground-ozone concentration from infrared satellite measurement is defined as the difference in brightness temperature between $11{\mu} m\;and\;9.7{\mu}m (i.e.,\; T_{11-9.7})$. The methods in this study have been applied to estimate ground-ozone from MODIS data in cases that there are significant correlations between the band intensity and ground-ozone. The values of estimated ozone significantly correlate (0.49-0.63) with ground observations at a significance level of $1\%$. For the improved methods, further study may be required to use tropospheric ozone rather than ground-ozone, considering the variation stratospheric ozone.

본 연구에서는 복사전달모델을 통하여 $9.7{\mu}m$오존 흡수대에 미치는 오존 및 열적(i.e., 지표 온도) 효과를 각각 조사하였다. 또한 오존주의보가 수도권 지역(37.2-37.7 N, 125.7-127.2 E)에 발령되었던 2003년 4일에 대한 위성(MODIS Aqua; ECT 13:30) 및 지상 오존(79개 관측소)의 동시 관측 자료를 기초로 지상 오존에 대한 원격탐사 방법을 제시하였다. 여기서 구름 효과를 제거하고 오존 연직 분포를 분석하기 위하여 종관기상 자료도 사용하였다. 주어진 오존 농도($327\~391$ DU)에 대하여 산출된 $9.6{\mu}m$에서의 상향 복사휘도는 표면온도 Ts = 290 K에서 $5.52\~5.78Wm^{-2}sr^{-1}$, 그리고 Ts = 325 K에서는 $9.00\~9,57Wm^{-2}sr^{-1}$이었다. 따라서 오존 흡수 세기(i.e., $11{\mu}m$와 $9.7{\mu}m$ 밝기온도 간의 차; $T_{11-9.7}$)를 이용한 오존 원격탐사 시에 세기 변화에 대한 순수한 오존 효과는$0.26Wm^{-2}sr^{-1}/64\;DU$, 그리고 열적 효과는 $0.31Wm^{-2}sr^{-1}/35 K$이었다. 본 연구에서는 흡수 세기와 지상 관측 간에 유의적인 상관을 보이는 경우에 대하여 적외선 위성 관측에서 지상 오존을 원격탐사하는 경험식을 유도하였다. 유도된 지상 오존 농도와 관측값과의 상관은 $49\~63\%$로 유의수준 $1\%$에서 유의미하였다. 경험식을 개선하기 위하여는 지상 오존 대신에 대류권 오존 자료를 사용하고, 성층권 오존 변화도 고려하는 후속 연구가 요구된다.

Keywords

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