• 한국지구과학회지
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• 제39권1호
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• pp.53-66
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• 2018

지면반사도 정보는 열평형 및 환경/기후 모니터링에 중요하다. 본 연구에서는 정지궤도위성의 Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS) 관측에서 300-500 nm 파장 영역의 지면반사도 산출 시에 오차 유발 요소에 대한 민감도를 조사하였다. 장차 GEMS 지면반사도 산출 시에 오차 분석을 위하여 극궤도 위성의 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS; 공간 해상도 $1km{\times}1km$) 자료 및 Ozone Mapping Instrument (OMI; $12km{\times}24km$) 자료 그리고 복사전달모델 수치실험도 분석에 사용하였다. 본 연구에서 오차 유발 요소는 구름, 레일리 산란, 에어로졸, 오존 그리고 지면 특성이다. GEMS 저해상도($8km{\times}7km$)에서의 구름 탐지율은 MODIS 대비 약 79%이었으나, GEMS 화소의 운량이 40% 이하에서는 상대적으로 낮았다. 이러한 경향은 구름 이외의 다른 효과(에어로졸, 지면 특성)로 인하여 주로 발생하였다. RGB 영상과 복사전달모델 계산을 기초로 조사된 레일리 산란 효과는 육지에 비하여 해양 지역에서 뚜렷하였다. 지면반사도가 0.2보다 작은 경우에 위성관측 대기상단 반사도는 에어로졸 양에 비례하였으나, 0.2보다 큰 경우에는 그 반대 경향을 보였다. 또한 에어로졸 양에 의한 지면반사도 산출 오차는 자외선 영역에서 파장에 따라 급격하게 증가하였으나, 가시광선에서는 일정하거나 다소 감소하였다. 오존 흡수는 자외선 영역(328-354 nm) 중 328 nm에서 가장 크게 나타났다. 지면반사도가 0.15인 육지 경우에 음의 오존전량 아노말리(-100 DU)로 인한 지면반사도 산출 오차는 +0.1이었다. 본 연구는 GEMS 위성관측을 이용한 지면반사도 원격탐사의 정확도를 높이는데 기여할 수 있다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권5_3호
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• pp.933-948
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• 2023

대기 중 에어로졸은 인체에 악영향을 끼칠 뿐 아니라 기후 시스템에도 직간접적인 영향을 미치므로 에어로졸의 특성과 시공간적인 분포에 대한 이해는 매우 중요하다. 이를 위해 위성기반 관측을 통해 에어로졸 광학 두께(Aerosol Optical Depth, AOD)를 산출하여 에어로졸을 모니터링하는 다양한 연구가 수행되어 왔다. 하지만 이는 주로 조견표를 활용한 역 산출 알고리즘에 기반하여 이루어지기 때문에 많은 계산량을 요구하며 불확실성이 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 Geostationary Ocean Color Imager-II (GOCI-II)의 대기상한반사도와 30일 동안의 대기상한반사도 중 최솟값과 관측 시점 값의 차이 값, 수치 모델 기반 기상학적 변수 등을 활용하여 기계학습 기반 고해상도 AOD 직접 산출 알고리즘을 개발하였다. Light Gradient Boosting Machine (LGBM) 기법이 사용되었으며, 추정된 결과는 지상 관측 자료인 Aerosol Robotic Network (AERONET) AOD를 활용하여 랜덤, 시간 및 공간별 N-fold 교차검증을 통해 검증되었다. 세 가지 교차검증 결과 R²=0.70-0.80, RMSE=0.08-0.09, 기대오차(Expected Error, EE) 안에 있는 비율은 75.2-85.1% 수준으로 안정적인 성능을 보였다. Shapley Additive exPlanations (SHAP) 분석에서는 반사도 관련 변수들이 기여도의 상위권 대부분을 차지하고 있는 것을 통해 반사도 자료가 AOD 추정에 많은 기여를 하는 것을 확인하였다. 서울과 울산 지역에 대한 시간 별 AOD의 공간 분포를 분석한 결과, 개발된 LGBM 모델은 시간의 흐름에 따라 AERONET AOD 값과 유사한 수준으로 AOD를 추정하고 있었다. 이를 통해 높은 시공간 해상도(i.e., 시간별, 250 m)에서의 AOD 산출이 가능함을 확인하였다. 또한, 산출 커버리지 비교에서 LGBM 모델의 평균 산출 빈도가 GOCI-II L2 AOD 산출물 대비 8.8%가량 증가한 것을 통해 기존 물리모델기반 AOD 산출 과정에서 발생하던 밝은 지표면에 대한 과도한 마스킹의 문제점을 개선시킨 것을 확인하였다.

• 한국지구과학회지
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• 제38권4호
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• pp.283-292
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• 2017

본 연구에서는 서울지역의 지상 미세먼지($PM_{2.5}$) 농도를 산출하기 위하여 경험적인 모델들을 개발하였다. 연구에 이용한 자료는 2012년 1월 1일부터 2013년 12월 31일까지이며 Terra와 Aqua위성의 MODIS센서에서 산출되는 에어로졸 광학두께, 옹스트롬 지수, 기상변수들과 행성경계층두께와 관련된 6개의 다중 선형 회귀모델들의 차이를 분석하였다. 그 결과 에어로졸 광학두께와 옹스트롬 지수, 상대습도, 풍속, 풍향, 행성경계층두께, 기온 자료를 입력 자료로 사용한 $M_6$모델이 가장 좋은 결과를 보였다. 통계적인 분석에 따르면 $M_6$ 모델을 사용하여 계산된 $PM_{2.5}$와 관측된 $PM_{2.5}$농도 사이의 결과는 상관계수(R=0.62)와 평균제곱근오차($RMSE=10.70{\mu}gm^{-3}$)이다. 또한 산출된 계절별 지표면 $PM_{2.5}$농도는 여름철(R=0.38)과 겨울철(R=0.56)보다 봄(R=0.66)과 가을철(R=0.75)에 상대적으로 더 좋은 상관 관계를 보였다. 이러한 결과는 에어로졸 광학두께의 계절별 관측 특성으로 인한 것으로써 다른 계절에 비하여 여름과 겨울철 에어로졸 광학두께 관측이 구름과 눈/얼음 표면에 의한 관측 제한과 오차를 가져온 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 사용한 경험적 다중선형회귀 모델은 위성에서 산출된 에어로졸 광학두께 자료가 지배적인 변수로 작용하며 $PM_{2.5}$산출 결과들을 향상시키기 위해서는 추가적인 기상 변수를 이용해야 할 것이다. 또한 경험적 다중선형회귀 모델을 이용하여 $PM_{2.5}$를 산출한 결과는 인공위성 자료로부터 대기환경 감시를 가능하게 하는 방법이 될 수 있어 유용할 것이다.

• 한국농림기상학회지
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• 제11권2호
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• pp.61-71
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• 2009

최근 우리나라의 춥지 않은 겨울은 온대낙엽과수의 휴면타파에 필요한 저온기간을 충분히 갖지 못하게 함으로서 개화시기를 앞당기거나 불균일하게 함으로써 수확량을 감소시키는 원인이 되고 있다. 기후변화시나리오에 의하면 이러한 피해가 앞으로 더욱 심해질 것으로 전망되므로 과수산업의 대응전략마련을 위해 정확한 개화기 예측이 필수적이다. 기존의 개화기 예측은 이른 봄부터 나타나는 기온의 영향만을 적용한 것으로써 겨울 동안 눈의 휴면상태와 봄철 발아로 인한 개화시기의 변동은 반영할 수가 없었다. 본 연구는 휴면기간 동안 시간과 기온의 조합인 온도시간에 근거하여 내생휴면해제일, 발아, 개화를 예측할 수 있는 휴면시계모형을 배 품종 '신고'에 맞게 조정하고자 수행하였다. 매일의 기온 자료만으로 내생휴면해제일을 찾아내기 위해 수확이 끝난 포장에서 매주 신고 가지를 채취하여 발아실험을 수행하였으며 포장에서 관측된 일 최고 및 최저기온을 이용하여 내생휴면해제일까지 온도시간을 계산하고 적산하였다. 기준온도를 $4^{\circ}C$에서 $10^{\circ}C$ 범위로 설정하고 $0.1^{\circ}C$ 단위까지 세분화하여 휴면시계모형을 반복 구동함으로써 출력된 예상 발아기와 실측 발아기가 일치하는 조건에 해당하는 기준온도와 저온요구도를 도출하였다. 장기 생물계절 관측자료에 근거하여 발아 이후 개화에 이르는 기간의 온도시간을 계산하여 휴면시계모형에 추가함으로써 배 품종 신고의 만개기를 예측할 수 있도록 수정하였다. 이 모형에 의해 최근 9년간 개화기를 추정한 결과 RMSE가 1.9일로서 신고의 만개기 예측에 실용화 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국농림기상학회지
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• 제17권4호
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• pp.281-289
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• 2015

일조시간 및 일사량은 작물생육에 중요한 기상요소이지만 기상청 동네예보 항목에 없기 때문에 3시간 간격 '하늘상태'를 활용하여 일조시간 및 수평면 일사량을 추정하는 방법을 고안하였다. 기상청 동네예보의 3시간 간격 '하늘상태' 자료를 수집하고 전국 22개 일사관측 기상대의 동시간대 실측 운량과 비교하여 '하늘상태'의 4단계 격자값 '맑음(1)', '구름조금(2)', '구름많음(3)', '흐림(4)'을 0부터 10까지의 운량으로 변환하였다. 22개 일사관측 기상대의 일 평균운량 0인 날에 대하여 일조율을 비교하여 관측여건이 가장 좋은 3개 지점을 선정하였다. 선정된 지점의 3년치 운량과 일조시간 실측자료로부터 운량-일조시간 추정식을 도출하였으며, 이 식에 의해 추정된 일조시간값으로 Angstrom-Prescott 모형을 구동하여 수평면 일사량을 산출하였다. '하늘상태' 기반으로 추정된 일조시간 및 일사량을 3 지점에서 2년간 실측자료와 비교한 결과 RMSE 기준 일조시간 추정오차는 1.5~1.7 시간, 일사량 추정오차는 $2.5{\sim}3.0MJ\;m^{-2}\;day^{-1}$ 이었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제8권1호
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• pp.17-22
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• 2005

해난사고에 의한 선박 표류시 신속한 수색 구조를 지원하기 위한 실시간 표류선박 위치추정시스템 구축의 기초연구로서 실제 해상에서의 선박 표류 거동을 관측하였으며, 환경외력조건에 대한 선박의 규모별 거동특성을 분석하였다. 본 연구의 실험에서는 G/T 10톤급 선박, 20톤급 선박, 50톤급 선박, 80톤급 선박 그리고 구명정(life raft)등 5종류의 선박을 대상으로 하였으며, 표류선박의 위치는 DGPS(Differential Global Positioning System)와 VHF 무전기를 이용한 자동위치발신기(APRS: Automatic Position Reporting System)를 자체 제작하여 측정하였다. 표류 대상선박 중 GH 50톤급 선반에서는 위치 측정과 동시에 표류 경로상의 해수유동, 바람, 선수각(Heading angle)등도 함께 측정하였다. 본 실험의 모든 관측에서 시간간격은 1분으로 동일하게 적용하였다. 실험결과에서 표류선박은 풍속의 3％∼5％의 속도로 표류하는 것으로 나타났으며, 표류방향은 풍향의 법선방향으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권8호
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• pp.757-764
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• 2015

본 논문에서는 소형 지구관측 위성의 광학카메라에 들어가는 미소진동을 보상하기 위한 초점면부 보정장치 시스템의 실험적 모델링을 수행하였다. 미소진동 외란을 보상하는 초점면부 보정장치의 구동기로 PZT 압전작동기를 적용하였다. 압전작동기는 히스테리시스 고유 특성을 갖게 되므로 보정장치 시스템의 정확한 수학적 모델링을 얻는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 보정장치 시스템을 2차 선형시스템으로 가정하고 MATLAB의 시스템 식별 툴박스(System Identification Toolbox)를 이용하여 실험적으로 모델링을 수행하였다. 외란의 주파수 범위인 0~50Hz에서 응답 오차 10%를 만족하기 위해 단일 선형 모델로는 불가능하며 총 4개의 선형 모델이 필요하다. 각각의 모델은 0~50Hz 입력범위를 4개의 구간으로 나눈 영역에서 실제 동역학을 잘 표현 하고 있다. 미소진동 외란의 보상은 입력주파수에 따라 모델 스위칭 기법을 적용한 초점면부 보정장치 제어를 통해 이루어진다.

• 한국농림기상학회지
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• 제12권4호
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• pp.232-237
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• 2010

작물모형의 필수 입력자료인 일간 누적일사량은 다른 기상요소들에 비해 관측밀도가 낮아 대안으로서 일조 시간을 기반으로 한 Angstrom-Prescott 모형 추정값이 널리 사용되고 있다. 추정의 간편성 때문에 월 단위 일사량 및 일조시간 자료가 모형의 계수(Angstrom-Prescott coefficients, 이하 A-P 계수) 도출에 사용되고 있지만 작물생육모형에서 요구하는 일간 일사량을 추정하는 데는 한계가 있다. A-P 계수 도출에 월 단위 자료 대신 일 단위 자료를 사용함으로써 기대되는 개선효과를 판정하기 위해 일사량과 일조시간을 동시에 관측하는 국내 18개 기상대의 25년 간(1983~2007) 일 단위 및 월 단위 자료로부터 A-P 계수를 각각 도출하였다. 이 계수들의 공간분포로부터 일사 미관측 기상대 8곳의 A-P 계수를 추출하고 지점별 일 단위 및 월 단위 계수를 실측 일조시간자료에 적용하여 2008년 9월부터 2009년 8월까지 일사량을 일별로 추정하였다. 같은 기간 중 이들 일사 미관측기상대에 검증용 일사계를 설치하여 얻은 실측 일사량자료와 비교한 결과 일 단위자료 기반의 추정오차가 월 단위자료 기반 오차에 비해 평균 9.3% 적었다.

• 대기
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• 제29권5호
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• pp.671-687
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• 2019

This study evaluates the long-term seasonal predictability of summer (June, July and August) heatwaves over South Korea using 30-year (1989~2018) Hindcast data of the Pusan National University Coupled General Circulation Model (PNU CGCM)-Weather Research and Forecasting (WRF) chain. Heatwave indices such as Number of Heatwave days (HWD), Heatwave Intensity (HWI) and Heatwave Warning (HWW) are used to explore the long-term seasonal predictability of heatwaves. The prediction skills for HWD, HWI, and HWW are evaluated in terms of the Temporal Correlation Coefficient (TCC), Root Mean Square Error (RMSE) and Skill Scores such as Heidke Skill Score (HSS) and Hit Rate (HR). The spatial distributions of daily maximum temperature simulated by WRF are similar overall to those simulated by NCEP-R2 and PNU CGCM. The WRF tends to underestimate the daily maximum temperature than observation because the lateral boundary condition of WRF is PNU CGCM. According to TCC, RMSE and Skill Score, the predictability of daily maximum temperature is higher in the predictions that start from the February and April initial condition. However, the PNU CGCM-WRF chain tends to overestimate HWD, HWI and HWW compared to observations. The TCCs for heatwave indices range from 0.02 to 0.31. The RMSE, HR and HSS values are in the range of 7.73 to 8.73, 0.01 to 0.09 and 0.34 to 0.39, respectively. In general, the prediction skill of the PNU CGCM-WRF chain for heatwave indices is highest in the predictions that start from the February and April initial condition and is lower in the predictions that start from January and March. According to TCC, RMSE and Skill Score, the predictability is more influenced by lead time than by the effects of topography and/or terrain feature because both HSS and HR varies in different leads over the whole region of South Korea.

• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제6권3호
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• pp.125-133
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• 2017

Time comparison is necessary for the verification and synchronization of the clock. Two-way satellite time and frequency (TWSTFT) is a method for time comparison over long distances. This method includes errors such as atmospheric effects, satellite motion, and environmental conditions. Ionospheric delay is one of the significant time comparison error in case of the carrier-phase TWSTFT (TWCP). Global Ionosphere Map (GIM) from Center for Orbit Determination in Europe (CODE) is used to compare with Bernese. Thin shell model of the ionosphere is used for the calculation of the Ionosphere Pierce Point (IPP) between stations and a GEO satellite. Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) and Koganei (KGNI) stations are used, and the analysis is conducted at 29 January 2017. Vertical Total Electron Content (VTEC) which is generated by Bernese at the latitude and longitude of the receiver by processing a Receiver Independent Exchange (RINEX) observation file that is generated from the receiver has demonstrated adequacy by showing similar variation trends with the CODE GIM. Bernese also has showed the capability to produce high resolution IONosphere map EXchange (IONEX) data compared to the CODE GIM. At each station IPP, VTEC difference in two stations showed absolute maximum 3.3 and 2.3 Total Electron Content Unit (TECU) in Bernese and GIM, respectively. The ionospheric delay of the TWCP has showed maximum 5.69 and 2.54 ps from Bernese and CODE GIM, respectively. Bernese could correct up to 6.29 ps in ionospheric delay rather than using CODE GIM. The peak-to-peak value of the ionospheric delay for TWCP in Bernese is about 10 ps, and this has to be eliminated to get high precision TWCP results. The $10^{-16}$ level uncertainty of atomic clock corresponds to 10 ps for 1 day averaging time, so time synchronization performance needs less than 10 ps. Current time synchronization of a satellite and ground station is about 2 ns level, but the smaller required performance, like less than 1 ns, the better. In this perspective, since the ionospheric delay could exceed over 100 ps in a long baseline different from this short baseline case, the elimination of the ionospheric delay is thought to be important for more high precision time synchronization of a satellite and ground station. This paper showed detailed method how to eliminate ionospheric delay for TWCP, and a specific case is applied by using this technique. Anyone could apply this method to establish high precision TWCP capability, and it is possible to use other software such as GIPSYOASIS and GPSTk. This TWCP could be applied in the high precision atomic clocks and used in the ground stations of the future domestic satellite navigation system.