Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.6
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pp.859-867
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2002
Radiative transfer in energy systems such as furnaces, combustors, boilers and high temperature machineries is a significant mode of heat transfer. Although there are many solution schemes suggested for analysis of radiative transfer in multi-dimensional systems, the applicabilities and accuracies of these schemes have not fully tested for nongray gases. Especially reference data for enclosures of non-orthogonal shapes are not yet enough. In this paper we present some precise radiative transfer solutions for a black walled 3-dimensional cylindrical system filled with nongray gases. The SNB(statistical narrow band) model and the ray-tracing method with the T$_{N}$ quadrature set are used for finding nongray solutions. Although the solution method used in this study is not suitable for engineering purposes, the resulting solutions are proved to be quite accurate and can be regarded as the exact solutions and the results presented in this paper can be used in developing various solution schemes fur radiative transfer by real gas mixtures.s.
Lee, Soo Bong;La, Phu Hien;Eo, Yang Dam;Pyeon, Mu Wook
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.33
no.1
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pp.1-9
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2015
A remote sensed image simulation following to weather and season conditions can be performed by a reverse atmospheric correction which is a function of image preprocessing. In this study, we have made an experiment to generate the simulated image to the raw image, which is prior to the atmospheric corrected images under the specific weather conditions. The applied methods in this study were the Forster algorithm (1984) and 6S RTM (Radiative Transfer Model). The simulated images has been compared with the original image to analyze compliances. In fact, the results from 6S RTM method show better compliances than Forster, with a mean of RMSE of DN difference 9.35 and a mean of $R^2$ 0.7. In conclusion, a simulated image has practical feasibility when similar to the period and season as the reference image.
Solar radiation is scattered and absorbed atmospheric compositions in the atmosphere before it reaches the surface and, then after reflected at the surface, until it reaches the satellite sensor. Therefore, consideration of the radiative transfer through the atmosphere is essential for the quantitave analysis of the satellite sensed data, specially at shortwave region. This study examined a feasibility of using radiative transfer code for estimating the atmospheric effects on satellite remote sensing data. To do this, the flux simulated by LOWTRAN7 is compared with CAGEX data in shortwave region. The CAGEX (CERES/ARM/GEWEX Experiment) data provides a dataset of (1) atmospheric soundings, aerosol optical depth and albedo, (2) ARM(Aerosol Radiation Measurement) radiation flux measured by pyrgeometers, pyrheliometer and shadow pyranometer and (3) broadband shortwave flux simulated by Fu-Liou's radiative transfer code. To simulate aerosol effect using the radiative transfer model, the aerosol optical characteristics were extracted from observed aerosol column optical depth, Spinhirne's experimental vertical distribution of scattering coefficient and D'Almeida's statistical atmospheric aerosols radiative characteristics. Simulation of LOWTRAN7 are performed on 31 sample of completely clear days. LOWTRAN's result and CAGEX data are compared on upward, downward direct, downward diffuse solar flux at the surface and upward solar flux at the top of the atmosphere(TOA). The standard errors in LOWTRAN7 simulation of the above components are within 5% except for the downward diffuse solar flux at the surface(6.9%). The results show that a large part of error in LOWTRAN7 flux simulation appeared in the diffuse component due to scattering mainly by atmispheric aerosol. For improving the accuracy of radiative transfer simulation by model, there is a need to provide better information about the radiative charateristrics of atmospheric aerosols.
Using 30 days of hourly visible channel data and DIScrete Ordinate Radiative Transfer (DISORT) model (6S), Aerosol optical depth (AOD) at $0.55{\mu}m$ was retrieved over the East Asia. In contrast with the AOD retrieval using low-earth-orbit satellites such as MODIS (Moderate-Res olution Spectroradiometer) or MISR (Multiangle Imaging SpectroRadiometer), this algorithm with geostationary satellite can improve the monitoring of AOD without the limitation of temporal resolution. Due to the limited number of channels in the conventional meteorological imager onboard the geostationary satellite, an AOD retrieval algorithm utilizing a single visible channel has been introduced. This single channel algorithm has larger retrieval error of AOD than other multiple-channel algorithm due to errors in surface reflectance and atmospheric property. In this study, the effects of manifold atmospheric and surface properties on the retrieval of AOD from the geostationary satellite, are investigated and compared with the AODs from AERONET and MODIS. To improve the accuracy of retrieved AOD, efforts were put together to minimize uncertainties through extensive sensitivity tests. This algorithm can be utilized to retrieve aerosol information from previous geostationary satellite for long-term climate studies.
Atmospheric correction of Landsat Visible and Near Infrared imagery (VIS/NIR) over aquatic environment is more demanding than over land because the signal from the water column is small and it carries immense information about biogeochemical variables in the ocean. This paper introduces two methods, a modified dark-pixel substraction technique (path--extraction) and our spectral shape matching method (SSMM), for the correction of the atmospheric effects in the Landsat VIS/NIR imagery in relation to the retrieval of meaningful information about the ocean color, especially from Case-2 waters (Morel and Prieur, 1977) around Korean peninsula. The results of these methods are compared with the classical atmospheric correction approaches based on the 6S radiative transfer model and standard SeaWiFS atmospheric algorithm. The atmospheric correction scheme using 6S radiative transfer code assumes a standard atmosphere with constant aerosol loading and a uniform, Lambertian surface, while the path-extraction assumes that the total radiance (L/sub TOA/) of a pixel of the black ocean (referred by Antoine and Morel, 1999) in a given image is considered as the path signal, which remains constant over, at least, the sub scene of Landsat VIS/NIR imagery. The assumption of SSMM is nearly similar, but it extracts the path signal from the L/sub TOA/ by matching-up the in-situ data of water-leaving radiance, for typical clear and turbid waters, and extrapolate it to be the spatially homogeneous contribution of the scattered signal after complex interaction of light with atmospheric aerosols and Raleigh particles, and direct reflection of light on the sea surface. The overall shape and magnitude of radiance or reflectance spectra of the atmospherically corrected Landsat VIS/NIR imagery by SSMM appears to have good agreement with the in-situ spectra collected for clear and turbid waters, while path-extraction over turbid waters though often reproduces in-situ spectra, but yields significant errors for clear waters due to the invalid assumption of zero water-leaving radiance for the black ocean pixels. Because of the standard atmosphere with constant aerosols and models adopted in 6S radiative transfer code, a large error is possible between the retrieved and in-situ spectra. The efficiency of spectral shape matching has also been explored, using SeaWiFS imagery for turbid waters and compared with that of the standard SeaWiFS atmospheric correction algorithm, which falls in highly turbid waters, due to the assumption that values of water-leaving radiance in the two NIR bands are negligible to enable retrieval of aerosol reflectance in the correction of ocean color imagery. Validation suggests that accurate the retrieval of water-leaving radiance is not feasible with the invalid assumption of the classical algorithms, but is feasible with SSMM.
Aerosol optical properties as well as vertical location of layer can alter the radiative balance of the Earth by reflecting and absorbing solar radiation. In this study, radiative transfer model (RTM) and satellite-based analysis have been used to quantify the top-of-atmosphere (TOA) radiative effect of aerosol layers in the cloudy atmosphere of the northeast Asia. RTM simulation results show that the atmospheric warming effect of aerosols increases with their height in the presence of underlying cloud layer. This relationship is higher for stronger absorbing aerosols and higher surface albedo condition. Over study region ($20-50^{\circ}N$, $110-140^{\circ}E$) and aerosol event cases, it is possible to qualitatively identify absorbing aerosol effects in the presence of clouds by combining the UV Absorbing Aerosol Index (AAI) derived from Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), cloud parameters derived from the Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS), with TOA Upward Shortwave Flux (USF) from the Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES). As the regional-mean radiative effect of aerosols, 6 - 26 % lower the USF between aerosols and cloud cover is taken into account. These results demonstrate the importance of estimation for the accurate quantification of aerosol's direct and indirect effect.
The GOCI atmospheric correction overland surfaces is essential for the time-series analysis of terrestrial environments with the very high temporal resolution. We develop an operational GOCI atmospheric correction method over land surfaces, which is rather different from the one developed for ocean surface. The GOCI atmospheric correction method basically reduces gases absorption and Rayleigh and aerosol scatterings and to derive surface reflectance from at-sensor radiance. We use the 6S radiative transfer model that requires several input parameters to calculate surface reflectance. In the sensitivity analysis, aerosol optical thickness was the most influential element among other input parameters including atmospheric model, terrain elevation, and aerosol type. To account for the highly variable nature of aerosol within the GOCI target area in northeast Asia, we generate the spatio-temporal aerosol maps using AERONET data for the aerosol correction. For a fast processing, the GOCI atmospheric correction method uses the pre-calculated look up table that directly converts at-sensor radiance to surface reflectance. The atmospheric correction method was validated by comparing with in-situ spectral measurements and MODIS reflectance products. The GOCI surface reflectance showed very similar magnitude and temporal patterns with the in-situ measurements and the MODIS reflectance. The GOCI surface reflectance was slightly higher than the in-situ measurement and MODIS reflectance by 0.01 to 0.06, which might be due to the different viewing angles. Anisotropic effect in the GOCI hourly reflectance needs to be further normalized during the following cloud-free compositing.
Yoo, Jung-Moon;Jeong, Myeong-Jae;Lee, Kyu-Tae;Kim, Jhoon;Ho, Chang-Hoi;Ahn, Myoung-Hwan;Hur, Young-Min;Rhee, Ju-Eun;Yoo, Hye-Lim;Chung, Chu-Yong;Shin, In-Chul;Choi, Yong-Sang;Kim, Young Mi
Journal of the Korean earth science society
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v.28
no.3
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pp.298-310
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2007
Intercomparison between eight radiative transfer codes used for the studies of COMS (Communications, Ocean, and Meteorological Satellite) in Korea was performed under pure molecular, i.e., Rayleigh atmospheres in four shortwave fluxes: 1) direct solar irradiance at the surface, 2) diffuse irradiance at the surface, 3) diffuse upward flux at the surface, and 4) diffuse upward flux at the top of the atmosphere. The result (hereafter called the H15) from Halthore et al.'s study (2005) which intercompared and averaged 15 codes was used as a benchmark to examine the COMS models. Uncertainty of the seven COMS models except STREAMER was ${\pm}4%$ with respect to the H15, comparable with ${\pm}3%$ of Halthore et al.'s (2005). The uncertainty increased under a large $SZA=75^{\circ}$. The SBDART model generally agreed with the H15 better than the 6S model, but both models in the shortwave infrared region were equally good. The direct solar irradiance fluxes at the surface, computed by the SBDARTs of four different users, were different showing a relative error of 1.4% $(12.1Wm^{-2})$. This reason was partially due to differently installing the wavelength resolution in the flux integration. This study may be useful for selecting the optimum model in the shortwave region.
This paper presents the method to quantitatively evaluate the uncertainty of the semi-empirical Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) model for Himawari-8/AHI. The uncertainty of BRDF modeling was affected by various issues such as assumption of model and number of observations, thus, it is difficult that evaluating the performance of BRDF modeling using simple uncertainty equations. Therefore, in this paper, Monte-Carlo method, which is most dependable method to analyze dynamic complex systems through iterative simulation, was used. The 1,000 input datasets for analyzing the uncertainty of BRDF modeling were generated using the Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum (6S) Radiative Transfer Model (RTM) simulation with MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) BRDF product. Then, we randomly selected data according to the number of observations from 4 to 35 in the input dataset and performed BRDF modeling using them. Finally, the uncertainty was calculated by comparing reproduced surface reflectance through the BRDF model and simulated surface reflectance using 6S RTM and expressed as bias and root-mean-square-error (RMSE). The bias was negative for all observations and channels, but was very small within 0.01. RMSE showed a tendency to decrease as the number of observations increased, and showed a stable value within 0.05 in all channels. In addition, our results show that when the viewing zenith angle is 40° or more, the RMSE tends to increase slightly. This information can be utilized in the uncertainty analysis of subsequently retrieved geophysical variables.
Woojin Jeon;Jong-Min Yeom;Jae-Heon Jung;Kyoung-Wook Jin;Kyung-Soo Han
Korean Journal of Remote Sensing
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v.39
no.6_1
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pp.1273-1281
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2023
Absolute radiometric calibration is a crucial process in converting the electromagnetic signals obtained from satellite sensors into physical quantities. It is performed to enhance the accuracy of satellite data, facilitate comparison and integration with other satellite datasets, and address changes in sensor characteristics over time or due to environmental conditions. In this study, field campaigns were conducted to perform vicarious calibration for the multispectral channels of the CAS500-1. Two valid field observations were obtained under clear-sky conditions, and the top-of-atmosphere (TOA) radiance was simulated using the MODerate resolution atmospheric TRANsmission 6 (MODTRAN 6) radiative transfer model. While a linear relationship was observed between the simulated TOA radiance of tarps and CAS500-1 digital numbers(DN), challenges such as a wide field of view and saturation in CAS500-1 imagery suggest the need for future refinement of the calibration coefficients. Nevertheless, this study represents the first attempt at absolute radiometric calibration for CAS500-1. Despite the challenges, it provides valuable insights for future research aiming to determine reliable coefficients for enhanced accuracy in CAS500-1's absolute radiometric calibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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