Fog Detection over the Korean Peninsula Derived from Satellite Observations of Polar-orbit (MODIS) and Geostationary (GOES-9)

Seasonal threshold values for fog detection over the ten airport areas within the Korean Peninsula have been derived from the data of polar-orbit Aqua/Terra MODIS and geostationary GOES-9 during a two years. The values are obtained from reflectance at $0.65{\mu}m\;(R_{0.65})$ and the difference in brightness temperature between $3.7{\mu}m\;and\;11{\mu}m\;(T_{3.7-11})$. In order to examine the discrepancy between the threshold values of two kinds of satellites, the following four parameters have been analyzed under the condition of daytime/nighttime and fog/clear-sky, utilizing their simultaneous observations over the Seoul metropolitan area: brightness temperature at $3.7{\mu}m$, the temperature at $11{\mu}m,\;the\;T_{3.7-11}$ for day and night, and the $R_{0.65}$ for daytime. The parameters show significant correlations (r<0.5) in spatial distribution between the two kinds of satellites. The discrepancy between their infrared thresholds is mainly due to the disagreement in their spatial resolutions and spectral bands, particularly at $3.7{\mu}m$. Fog detection from GOES-9 over the nine airport areas except the Cheongju airport has revealed accuracy of 60% in the daytime and 70% in the nighttime, based on statistical verification. The accuracy decreases in foggy cases with twilight, precipitation, short persistence, or the higher cloud above fog. The sensitivity of radiance and reflectance with wavelength has been analyzed in numerical experiments with respect to various meteorological conditions to investigate optical characteristics of the three channels.

극궤도(MODIS) 및 정지궤도(GOES-9) 위성 관측을 이용한 한반도에서의 안개 탐지

본 연구에서는 극궤도 위성 Aqua/Terra에 탑재된 MODIS 복사계와 정지궤도 위성 GOES-9의 2년간 관측 자료를 이용하여, 한반도 10개 공항 지역에 대한 안개 탐지 가시 경계값 및 적외 경계값을 각각 $0.65{\mu}m$에서의 반사율($R_{0.65}$) 그리고 $3.7{\mu}m$와 $11{\mu}m$ 밝기온도 간의 차이(T3.7-11)에서 계절별로 유도하였다. 이들 경계값이 두 종류 위성에서 서로 다르게 나타나는 원인을 조사하기 위하여, 수도권 지역에 대한 극궤도 및 정지궤도 위성들의 동시 관측 자료를 이용하여 주야간 청천과 안개 시에 다음 변수들을 비교분석하였다; $3.7{\mu}m$ 밝기온도($T_{3.7}$), $11{\mu}m$ 밝기온도($T_{11}$), 그리고 $T_{3.7-11}$. 주간 경우에는 $R_{0.65}$도 사용되었다. 위 변수들은 공간 분포에서 두 위성 간에 0.5 이상의 유의적인 상관을 보였다. 이 분석에서 두 위성 간에 경계값 차이는 $3.7{\mu}m$ 채널 파장대 불일치 뿐만 아니라 공간 분해능 불일치에도 기인하였다. 한편 GOES-9에서 유도된 안개 탐지 경계값은 청주 공항을 제외한 한반도 9개 공항의 안개 및 청천 시에 대한 통계적인 검증에서 주간에 약 60%, 그리고 야간에는 약 70%의 정확도를 보였다. 그러나 정확도는 여명, 안개층 위에 상층운 존재, 강수 동반, 그리고 짧은 지속 시간 하에서 발생하는 안개에 대하여 감소하였다. 안개 탐지에 사용되는 세 채널의 광학적인 특성을 조사하기 위하여, 파장에 따른 복사휘도 및 반사율의 민감도가 수치 실험을 통하여 여러기상 상태 하에서 분석되었다.