A Study on the Retrievals of Downward Solar Radiation at the Surface based on the Observations from Multiple Geostationary Satellites

The reflectance observed in the visible channels of a geostationary meteorological satellite can be used to calculate the amount of cloud by comparing the reflectance with the observed solar radiation data at the ground. Using this, the solar radiation arriving at the surface can be estimated. This study used the Meteorological Imager (MI) reflectance observed at a wavelength of 675 nm and the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) reflectance observed at similar wavelengths of 660 and 680 nm. Cloudy days during a typhoon and sunny days with little cloud cover were compared using observation data from the geostationary satellite. Pixels that had more than 40% reflectance in the satellite images showed less than 0.3 of the cloud index and blocked more than 70% of the solar energy. Pixels that showed less than 15% reflectance showed more than 0.9 of the cloud index and let through more than 90% of the solar energy to the surface. The calculated daily accumulated solar radiation was compared with the observed daily accumulated solar radiation in 22 observatories of the Korean Meteorological Administration. The values calculated for the COMS and MTSAT MI sensors were smaller than the observation and showed low correlations of 0.94 and 0.93, respectively, which were smaller than the 0.96 correlation coefficient calculated for the GOCI sensor. The RMSEs of MTSAT, COMS MI and GOCI calculation results showed 2.21, 2.09, 2.02 MJ/$m^2$ in order. Comparison of the calculated daily accumulated results from the GOCI sensor with the observed data on the ground gave correlations and RMSEs for cloudy and sunny days of 0.96 and 0.86, and 1.82 MJ/$m^2$ and 2.27 MJ/$m^2$, respectively, indicating a slightly higher correlation for cloudy days. Compared to the meteorological imager, the geostationary ocean color imager in the COMS satellite has limited observation time and observation is not continuous. However, it has the advantage of providing high resolution so that it too can be useful for solar energy analysis.

정지궤도 위성자료를 이용한 지표면 도달 태양복사량 연구

정지기상 위성의 가시채널에서 관측되는 반사도는 지상의 일사량 관측자료와 비교하여 구름량 계산이 가능하며 이를 이용하여 지표면에 도달되는 일사량을 추정할 수 있다. 기상 센서(MI)의 경우는 675 nm 파장으로 관측된 반사도를 이용하며 해양 센서(GOCI)는 기상 센서(MI)의 관측파장과 유사한 660 nm, 680 nm 파장으로 관측된 자료를 이용할 수 있다. 연구를 위하여 태풍이 있었던 흐린 날과 맑은 날을 선정하였으며 정지위성으로부터 관측된 자료들을 이용하였다. 위성영상의 반사도가 40%이상 높은 화소들은 0.3이하의 청천지수가 나타났으며 70%이상의 태양에너지가 차폐되었다. 또한 15%이하의 반사도가 나타나는 화소들은 0.9이상의 청천지수가 나타났으며 90%이상의 태양에너지가 지표면에 도달되었다. 계산된 일누적 일사량은 기상청 22개 관측소의 관측 일누적 일사량과 비교하였다. COMS와 MTSAT의 MI센서의 경우 관측값과 비교하여 다소 작게 계산되었으며 GOCI센서를 이용한 계산결과인 상관계수 0.96보다 낮은 0.94와 0.93의 상관성을 보였다. 그리고 일사량 관측값에 대한 RMSE는 MTSAT, COMS MI, GOCI순으로 2.21, 2.09, 2.02 MJ/$m^2$로 나타났다. 또한 COMS GOCI센서의 일누적 계산결과를 지상 관측자료와 비교하였을 때 흐린 날과 맑은 날의 상관성은 각각 0.96과 0.86이었으며 RMSE는 1.82 MJ/$m^2$와 2.27 MJ/$m^2$로서 흐린 날의 상관성이 높게 나타났다. COMS 위성의 해양 센서는 기상센서와 비교하여 관측시각이 한정적이고 관측의 불연속이 있으나 높은 해상도의 이점이 있기 때문에 태양에너지 분석 등의 연구에 유용할 것으로 사료된다.