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.
The land surface temperature (LST) can be defined as a weighted average temperature of components which constitute a pixel. The coefficients of split-window algorithm for MTSAT-1R were obtained by means of a statistical regression analysis from radiative transfer simulations using MODTRAN 4.0 for a wide range of atmospheric, satellite viewing angle (SVA) and lapse rate conditions. 6 types of atmospheric profile data imbedded in the MODTRAN 4 are used for the radiative transfer simulations. The RMSE is clearly larger on warm and humid profiles than cold and dry profiles, especially when the satellite viewing angle and lapse rate are large. The derivation of LST equations according to the atmospheric profiles clearly decreased the RMSE without regard to the SVA and lapse rate. The bias and RMSE are decreased as the more controls factors included. This preliminary result indicates that the characteristics of atmosphere, SVA and lapse rate should be included in the LST equation.
Han-Gyol Oh;Pilseong Kang;Jaehyun Lee;Hyug-Gyo Rhee;Young-Sik Ghim;Jun Ho Lee
Current Optics and Photonics
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제8권3호
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pp.259-269
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2024
Optical imaging systems that operate through atmospheric pathways often suffer from image degradation, mainly caused by the distortion of light waves due to turbulence in the atmosphere. Adaptive optics technology can be used to correct the image distortion caused by atmospheric disturbances. However, there are challenges in conducting experiments with strong atmospheric conditions. An optical phase plate (OPP) is a device that can simulate real atmospheric conditions in a lab setting. We suggest a novel two-step process to fabricate an OPP capable of simulating the effects of atmospheric turbulence. The proposed fabrication method simplifies the process by eliminating additional activities such as phase-screen design and phase simulation. This enables an efficient and economical fabrication of the OPP. We conducted our analysis using the statistical fluctuations of the refractive index and applied modal expansion using Kolmogorov's theory. The experiment aims to fabricate an OPP with parameters D/r0 ≈ 30 and r0 ≈ 5 cm. The objective is defined with the strong atmospheric conditions. Finally, we have fabricated an OPP that satisfied the desired objectives. The OPP closely simulate turbulence to real atmospheric conditions.
Global atmospheric $CO_2$ distributions were simulated with a chemical transport model (GEOS-Chem) and compared with space-borne observations of $CO_2$ column density by GOSAT from April 2009 to January 2010. The GEOS-Chem model simulated 3-D global atmospheric $CO_2$ at $2^{\circ}{\times}2.5^{\circ}$ horizontal resolution using global $CO_2$ surface sources/sinks as well as 3-D emissions from aviation and the atmospheric oxidation of other carbon species. The seasonal cycle and spatial distribution of GEOS-Chem $CO_2$ columns were generally comparable with GOSAT columns over each continent with a systematic positive bias of ~1.0%. Data from the World Data Center for Greenhouse Gases (WDCGG) from twelve ground stations spanning $90^{\circ}S-82^{\circ}N$ were also compared with the modeled data for the period of 2004-2009 inclusive. The ground-based data show high correlations with the GEOS-Chem simulation ($0.66{\leq}R^2{\leq}0.99$) but the model data have a negative bias of ~1.0%, which is primarily due to the model initial conditions. Together these two comparisons can be used to infer that GOSAT $CO_2$ retrievals underestimate $CO_2$ column concentration by ~2.0%, as demonstrated in recent validation work using other methods. We further estimated individual source/sink contributions to the global atmospheric $CO_2$ budget and trends through 7 tagged $CO_2$ tracers (fossil fuels, ocean exchanges, biomass burning, biofuel burning, net terrestrial exchange, shipping, aviation, and CO oxidation) over 2004-2009. The global $CO_2$ trend over this period (2.1 ppmv/year) has been mainly driven by fossil fuel combustion and cement production (3.2 ppmv/year), reinforcing the fact that rigorous $CO_2$ reductions from human activities are necessary in order to stabilize atmospheric $CO_2$ levels.
육상 원격탐사에서 정량적 활용이 확대됨에 따라 대기보정의 중요성이 날로 증가하고 있다. 그러나 대기보정 처리의 난이도와 효과의 불확실성을 감안한다면, 대기보정은 필요한 활용 분야에 적용되어야 한다. 광학영상의 대기보정이 반드시 필요한 분야로 지표물의 생물리적 변수의 정량적 정보를 추출하는 경우와 시계열 자료 분석을 꼽을 수 있다. 지표물의 정확한 표면반사율을 도출하는 대기보정에서 가장 큰 영향을 미치는 요소는 시공간적으로 매우 가변적인 에어로졸 및 수증기량이다. 특히 고·중해상도의 다중분광영상 대기보정에서 시기와 공간해상도가 부합되는 에어로졸 및 수증기 자료를 얻는 데 어려움이 많다. 광학영상의 육상 대기보정에서는 대기자료의 획득 방법에 따른 적절한 기법의 적용이 필요하다. 육상 대기보정은 렘버시안 표면 가정으로 표면반사율이 산출되지만, 대부분의 지표면은 이방성 반사특성을 가지고 있기 때문에 BRDF보정이 추가적으로 적용되어야 하는 숙제를 가지고 있다. 육상지역의 광학영상 대기보정 방법은 지속적인 개선이 전망되며, 센서도 대기보정을 위한 추가적인 파장밴드 포함이 기대된다.
The Community Multiscale Air Quality (CMAQ) model is capable of providing high quality atmospheric chemistry profiles through the utilization of high-resolution meteorology and emissions data. However, it cannot simulate air quality accurately if input data are not appropriate and reliable. One of the most important inputs required by CMAQ is the air pollutants emissions, which determines air pollutants concentrations during the simulation. For the CMAQ simulation of Korean peninsula, we, in general, use the Korean National Emission Inventory data which are estimated by Clean Air Policy Support System (CAPSS). However, since they are not provided by model-ready emission data, we should convert CAPSS emissions into model-ready data. The SMOKE is the emission model we used in this study to generate CMAQ-ready emissions. Because processing the emissions data is very monotonous and tedious work, we have developed CAPSS2SMOKE program to convert CAPSS emissions into SMOKE-ready data with ease and effective. CAPSS2SMOKE program consists of many codes and routines such as source classification code, $PM_{10}$ to $PM_{2.5}$ ratio code, map projection conversion routine, spatial allocation routine, and so on. To verify the CAPSS2SMOKE program, we have run SMOKE using the CAPSS 2009 emissions and found that the SMOKE results inherits CAPSS emissions quite well.
In this study, climate analysis and wind sector division were conducted for a propriety assessment to determine the location of air quality monitoring sites in the Busan metropolitan area. The results based on the meteorological data$(2000{\sim}2004)$ indicated hat air temperature is strongly correlated between 9 atmospheric monitoring sites, while wind speed and direction are not. This is because wind is strongly affected by the surrounding terrain and the obstacles such as building and tree. in the next stage, we performed cluster analysis to divide wind sector over the Busan metropolitan area. The cluster analysis showed that the Busan metropolitan area is divided into 6 wind sectors. However 1 downtown and 2 suburbs an area covering significantly broad region in Busan are not divided into independent sectors, because of the absence of atmospheric monitoring site. As such, the Busan metropolitan area is finally divided into 9 sectors.
인공위성 또는 항공기에서 사용되는 원격탐사용 센서는 지구 대기를 통과하는 전자기파를 측정하므로, 지구 대기에 의하여 흡수 또는 산란되는 과정에서 지표면의 정보가 영향을 받게 된다. 인공위성은 탑재센서의 사용목적에 따라 파장범위, 해상도가 다르지만, 공통적으로 지구 표면의 대상의 분광신호를 정확히 측정하기 위하여 대기에 의한 영향을 제거해야 하는 대기보정이 이루어져야 한다. 대기보정의 목적은 원격탐사 영상에서 대기 효과를 제거하여 지표면 반사도 값을 결정하고 지표면의 물리적 매개 변수를 도출하는 것이다. 현재까지 개발된 대기보정 알고리즘은 영상기반의 경험적인 방법 또는 현지 관측 자료를 이용한 간접적인 보정 방법에서 보다 복잡한 복사전달과정을 수치해석적으로 해석하는 직접적인 보정 방법으로 발전해 왔다. 본 연구는 지난 40여년 동안 개발된 대기보정 알고리즘에 대한 연구 기록을 분석함으로써, 대기보정 기술의 현황 및 주요 대기보정 알고리즘에 대한 연구 결과를 체계적으로 정립하여 관련 기술의 현황 및 연구동향을 제시하였다.
This study aims to implement the modeling of selected substances for the evaluation of Atmospheric Environmental Capacity by means of the data of 2006 atmospheric pollution substance emissions. As a result, it turned out that the substance with the concentration higher than Atmospheric Environmental standard concentration was NO2, and 17.6% of the total regions researched turned out to exceed the standard concentration. In addition, set was the targeted amount to be reduced in the areas where the upper limit of emission per unit lattice was exceeded, and the model was adopted accordingly. As a result, it turned out that about 80% of the actual emission should be reduced to meet the 2006 Atmospheric Environmental standard over the Daegu. In reality, it is impossible to reduce 80% of the actual emission. Thus, the same ratio of reduction was applied in all of the Daegu regions, and the modeling was applied. The results are as follows: When 30% was reduced, the level went down to 50 ppb, which is as high as 2006 Atmospheric Environmental standard; when 50% was reduced, the level went down to 30 ppb, which is as high as 2007 Atmospheric Environmental standard.
This study aims to evaluate the accuracy of retrieved horizontal winds with different quality control methods from three Doppler lidars deployed over the complex terrain during the PyeongChang 2018 Olympic and Paralympic games. To retrieve the accurate wind profile, this study also proposes two quality control methods to distinguish between meteorological signals and noises in the Doppler velocity field, which can be broadly applied to different Doppler lidars. We evaluated the accuracy of retrieved winds with the wind measurements from the nearby or collocated rawinsondes. The retrieved wind speed and direction show a good agreement with rawinsonde with a correlation coefficient larger than 0.9. This study minimized the sampling error in the wind evaluation and estimation, and found that the accuracy of retrieved winds can reach ~0.6 m s-1 and 3° in the quasi-homogeneous wind condition. We expect that the retrieved horizontal winds can be used in the high-resolution analysis of the horizontal winds and provide an accurate wind profile for model evaluation or data assimilation purposes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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