Retrieval of Pollen Optical Depth in the Local Atmosphere by Lidar Observations

Air-borne pollen, biogenically created aerosol particle, influences Earth's radiative balance, visibility impairment, and human health. The importance of pollens has resulted in numerous experimental studies aimed at characterizing their dispersion and transport, as well as health effects. There is, however, limited scientific information concerning the optical properties of airborne pollen particles contributing to total ambient aerosols. In this study, for the first time, optical characteristics of pollen such as aerosol backscattering coefficient, aerosol extinction coefficient, and depolarization ratio at 532 nm and their effect to the atmospheric aerosol were studied by lidar remotes sensing technique. Dual-Lidar observations were carried out at the Gwangju Institute of Science & Technology (GIST) located in Gwagnju, Korea ($35.15^{\circ}E$, $126.53^{\circ}N$) for a spring pollen event from 5 to 7 May 2009. The pollen concentration was measured at the rooftop of Gwangju Bohoon hospital where the building is located 1.0 km apart from lidar site by using Burkard trap sampler. During intensive observation period, high pollen concentration was detected as 1360, 2696, and $1952m^{-3}$ in 5, 6, and 7 May, and increased lidar return signal below 1.5km altitude. Pollen optical depth retrieved from depolarization ratio was 0.036, 0.021, and 0.019 in 5, 6, and 7 May, respectively. Pollen particles mainly detected in daytime resulting increased aerosol optical depth and decrease of Angstrom exponent.

라이다를 이용한 지역 대기중 꽃가루의 광학적 두께 산출

대기중의 꽃가루는 생물학적으로 발생하는 자연현상이며, 꽃가루 입자 자체는 태양복사전달과정에 영향을 미치며, 시정을 악화시키는 등 대기환경을 저해하고, 건강문제에 부정적인 영향을 주기도 한다. 꽃가루에 대한 연구는 주로 꽃가루의 이동과 확산, 그리고 건강에 미치는 영향에 대해 이루어져 왔으나 대기 에어러솔로서 광학적 특성 및 기후변화에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미비하다. 본 연구의 목적은 대기 중에서 꽃가루의 시간적 및 수직적 분포를 분석하는 것과 꽃가루의 증가로 인한 대기 에어러솔 광학적 특성변화를 분석하는 것으로서, 광주지역에서 고농도의 꽃가루 현상이 발생한 2009년 5월 5일부터 5월 7일 까지 라이다(Lidar)와 Cimel 선포토미터(sunphotometer)를 이용한 집중 관측을 수행하였다. 꽃가루는 주로 일출 후 대기 중에서 관측되기 시작하여 정오경에 대기경계층 고도 이하 (<약 1.5 km)까지 분포하다 일몰 후 사라지는 일변화를 보였으며, 꽃가루의 일평균 광학적 두께는 5, 6, 그리고 7일에 각각 0.036, 0.021, 그리고 0.019로 전체 대기 에어러솔에서 꽃가루가 차지하는 비율은 1 - 16 %로 정오경에 가장 높은 비율을 보였다. 이러한 연구결과를 살펴볼 때, 봄 철의 높은 꽃가루 농도는 대기 에어러솔의 주요한 요소로 작용할 수 있으며, 위성, 선포토미터 등의 원격 탐사 장비를 이용한 대기 에어러솔 관측 시 영향을 고려해야 할 요소임을 증명하였다.