Relationship between PM2.5 Mass Concentrations and MODIS Aerosol Optical Thickness at Dukjuk and Jeju Island

Using the MODerate resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS) retrieved aerosol optical thickness (AOT) along with ground measurements of PM2.5 mass concentration, we assessed local air quality over Dukjuk and Jeju island and estimated possibility of satellite derived PM2.5 during nine intensive observation periods in 15 October 2005 - 24 October 2007. Averaged PM2.5 mass concentrations showed relatively variable as $25.61{\pm}22.92{\mu}g/m^3$ at Dukjuk and $17.33{\pm}10.79{\mu}g/m^3$ at Jeju. The maximum values of $188.89{\mu}g/m^3$ (Dukjuk) and $50.46{\mu}g/m^3$ (Jeju) were recorded during Asian dust storm day. Similarly, the maximum values of MODIS AOT were found as 3.73 (Gosan) and 1.14 (Jeju). Averaged MODIS AOTs at Dukjuk ($0.79{\pm}0.81$) were larger than that at Jeju ($0.42{\pm}0.24$). An empirical relationship between MODIS AOT and PM2.5 mass was obtained and results show that there was a good correlation between satellite and ground based values with a linear correlation coefficient of 0.85 at Dukjuk. The result clearly demonstrates that satellite derived AOT is a good surrogate for monitoring PM air quality over study area. However, meteorological and other ancillary datasets are necessary to further apply satellite data for air quality research.

제주도와 덕적도에서 관측된 초미세입자(PM2.5) 농도와 MODIS 에어러솔 광학두께와의 관계

본 연구에서는 덕적도와 제주도에서 2005년 10월 15일부터 2007년 10월 24일 까지 9차례에 걸친 집중 관측기간 동안 포집된 PM2.5의 질량 농도 자료와 Moderate-resoultion Imaging Spectroradiometer (MODIS) 인공위성 관측자료로 분석된 대기 에어러솔 광학두께(AOT; Aerosol Optical Thickness) 자료로부터 지역 대기 중 미세 입자의 농도 변화 특성 및 대기질 감시를 위한 인공위성 자료의 활용 가능성을 분석하였다. 전체 관측 기간 중 PM2.5의 일 평균 농도는 덕적도에서는 $25.61{\pm}22.92{\mu}g/m^3$, 제주도에서는 $17.33{\pm}10.79{\mu}g/m^3$으로 변화가 크게 나타났으며, 황사가 발생한 2006년 4월 8일에는 덕적도와 제주도에서 각각 최대값 $188.89{\mu}g/m^3$과 $50.46{\mu}g/m^3$를 기록하였다. 또한 두 지역의 MODIS AOT 값은 $0.79{\pm}0.81$(덕적도), $0.42{\pm}0.24$(제주도)였으며, AOT의 최대값은 PM2.5와 마찬가지로 황사현상이 발생한 2007년 4월 8일에 3.73(덕적도), 1.14(제주도)로 나타났다. 그리고 지상에서 관측된 PM2.5 농도의 공간 분포 양상을 파악하기 위하여 MODIS AOT와 PM2.5의 상관관계 분석결과, 덕적도는 0.85, 고산은 0.06으로서 비교적 에어러솔의 영향을 많이 받는 덕적도가 고산보다 높은 상관계수 값을 나타내었다. 이러한 상관관계를 근거로 하여 도출된 1차 선형회귀 방정식으로부터 MODIS AOT값을 PM2.5로 환산한 결과는 인공위성 자료로부터 대기환경 감시를 가능케 하는 수단이 될 수 있어 유용할 것이다.