This paper offer the characteristics for the detection and classification of biological and non-biological aerosol particles in the air by using laser-induced-fluorescence (LIF) based Bio-aerosol Detection System (BDS). The BDS is mainly consist of an optical chamber, in-outlet nozzle system, 405 nm diode laser, an avalanche photo detector (APD) for scattering signal and photomultiplier tubes (PMT) for fluorescence signals in two different wavelength range ; F1, 510-600 nm and F2, 435-470 nm. The detection characteristics, especially ratio of fluorescence signal intensity were examined using well-known components : polystylene latex (PSL), fluorescence PSL, $2{\mu}m$ of SiO2 micro sphere, dried yeast, NADH, ovalbumin, fungicide powder and standard dust. The results indicated that the 405 nm diode laser-based LIF instrument can be a useful bio-aerosol detection system for unexpected biological threaten alter in real-time to apply for dual-use technology in military and civilian fields.
Descriptions are provided of the automated aerosol-type classification and mass concentration calculation algorithm for real-time data processing and aerosol products in Korea Aerosol Lidar Observation Network (KALION, http://www.kalion.kr). The KALION algorithm provides aerosol-cloud classification and three aerosol types (clean continental, dust, and polluted continental/urban pollution aerosols). It also generates vertically resolved distributions of aerosol extinction coefficient and mass concentration. An extinction-to-backscatter ratio (lidar ratio) of 63.31 sr and aerosol mass extinction efficiency of $3.36m^2g^{-1}$ ($1.39m^2g^{-1}$ for dust), determined from co-located sky radiometer and $PM_{10}$ mass concentration measurements in Seoul from June 2006 to December 2015, are deployed in the algorithm. To assess the robustness of the algorithm, we investigate the pollution and dust events in Seoul on 28-30 March, 2015. The aerosol-type identification, especially for dust particles, is agreed with the official Asian dust report by Korean Meteorological Administration. The lidar-derived mass concentrations also well match with $PM_{10}$ mass concentrations. Mean bias difference between $PM_{10}$ and lidar-derived mass concentrations estimated from June 2006 to December 2015 in Seoul is about $3{\mu}g\;m^{-3}$. Lidar ratio and aerosol mass extinction efficiency for each aerosol types will be developed and implemented into the KALION algorithm. More products, such as ice and water-droplet cloud discrimination, cloud base height, and boundary layer height will be produced by the KALION algorithm.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.34
no.3
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pp.493-507
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2018
Due to high spatio-temporal variability of amount and optical/microphysical properties of atmospheric aerosols, satellite-based observations have been demanded for spatiotemporal monitoring the major aerosols. Observations of the heavy aerosol episodes and determination on the dominant aerosol types from a geostationary satellite can provide a chance to prepare in advance for harmful aerosol episodes as it can repeatedly monitor the temporal evolution. A new geostationary observation sensor, namely the Advanced Himawari Imager (AHI), onboard the Himawari-8 platform, has been observing high spatial and temporal images at sixteen wavelengths from 2016. Using observed spectral visible reflectance and infrared brightness temperature (BT), the algorithm to find major aerosol type such as volcanic ash (VA), desert dust (DD), polluted aerosol (PA), and clean aerosol (CA), was developed. RGB color composite image shows dusty, hazy, and cloudy area then it can be applied for comparing aerosol detection product (ADP). The CALIPSO level 2 vertical feature mask (VFM) data and MODIS level 2 aerosol product are used to be compared with the Himawari-8/AHI ADP. The VFM products can deliver nearly coincident dataset, but not many match-ups can be returned due to presence of clouds and very narrow swath. From the case study, the percent correct (PC) values acquired from this comparisons are 0.76 for DD, 0.99 for PA, 0.87 for CA, respectively. The MODIS L2 Aerosol products can deliver nearly coincident dataset with many collocated locations over ocean and land. Increased accuracy values were acquired in Asian region as POD=0.96 over land and 0.69 over ocean, which were comparable to full disc region as POD=0.93 over land and 0.48 over ocean. The Himawari-8/AHI ADP algorithm is going to be improved continuously as well as the validation efforts will be processed by comparing the larger number of collocation data with another satellite or ground based observation data.
Korea has recently suffered from severe hazes, largely being long-range transported from China but frequently mixed with domestic pollution. It is important to identify the origin of the frequently-occurring hazes, which is however hard to clearly determine in a quantitative term. In this regard, we suggest a possible classification procedure of various hazes into long-range transported haze (LH), Yellow Sand (YS), and urban haze (UH), based on mass loading of fine particles, time lag of PM mass concentrations between two sites aligned with dominant wind direction, backward trajectory of air mass, and the mass ratio of PM2.5 to PM10. The analysis sites are Seoul (SL) and Baengnyeongdo (BN), which are distant about 200 km from each other in the west to east direction. Aerosol concentrations at BN are overall lower than those of SL, indicative of BN being a background site for SL. We found distinct time lag of PM2.5 and PM10 concentrations between BN and SL in case of both LH and YS, but the intensity of YS being stronger than LH. Time scale (e-folding time scale) of LH appears to be longer and more variable than YS, which implies that LH covers much larger spatial scale. In addition, we found linear and significant correlations between ${\tau}_a$ obtained from sunphotometer and ${\tau}_{cal}$ calculated from surface aerosol scattering coefficient for LH episodes, relative to few correlation between those for YS, which might be associated with transported height of YS being much higher than LH. Therefore surface PM concentrations for the YS period are thought to be not representative for vertical integrated amount of aerosol loadings, probably by virtue of decoupled structure of aerosol vertical distribution. Improvement of various hazes classification based on the current result would provide the public as well as researchers with more accurate information of LH, UH, and YS, in terms of temporal scale, size, vertical distribution of aerosols, etc.
A technique on atmospheric correction algorithm to the multi-band reflectance of Landsat TM imagery has been developed using an atmospheric radiation transfer model for eliminating the atmospheric and surface diffusion effects. Despite the fact that the technique of satellite image processing has been continually developed, there is still a difference between the radiance value registered by satellite borne detector and the true value registered at the ground surface. Such difference is caused by atmospheric attenuations of radiance energy transfer process which is mostly associated with the presence of aerosol particles in atmospheric suspension and surface irradiance characteristics. The atmospheric reflectance depend on atmospheric optical depth and aerosol concentration, and closely related to geographical and environmental surface characteristics. Therefore, when the effects of surface diffuse and aerosol reflectance are eliminated from the satellite image, it is actually corrected from atmospheric optical conditions. The objective of this study is to develop an algorithm for making atmospheric correction in satellite image. The study is processed with the correction function which is developed for eliminating the effects of atmospheric path scattering and surface adjacent pixel spectral reflectance within an atmospheric radiation model. The diffused radiance of adjacent pixel in the image obtained from accounting the average reflectance in the $7{\times}7$ neighbourhood pixels and using the land cover classification. The atmospheric correction functions are provided by a radiation transfer model of LOWTRAN 7 based on the actual atmospheric soundings over the Korean atmospheric complexity. The model produce the upward radiances of satellite spectral image for a given surface reflectance and aerosol optical thickness.
A turbo classifier having a rotating rotor of two stage classification region has been developed to have a cut size of 1 micro meter. Particle number concentrations were counted using Aerosol Particle Sizer (APS, TSI co., USA) at inlet and outlet of the classifier. Partial classification efficiency was obtained at various rotation speeds, total flow rates, and feed rates of powders, and classification characteristic depending on design parameters was discussed. Classification performance was enhanced as rotation speed of rotor increased and total flow rate decreased.
Song, Dong Keun;Han, Bangwoo;Kim, Hakjoon;Kim, Yong Jin;Jeong, Sang Hyun;Hong, Won Seok
Particle and aerosol research
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v.4
no.2
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pp.37-50
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2008
Concerns on centrifugal classifiers, of which have cut sizes are below few micrometers, have been increased and it is prospected to be used in extensive industries, such as manufacturing the fine minerals, cosmetics, advanced electric materials, and life science. This paper reviews the recent progress of research and development on the centrifugal classifiers. General categorization of classifiers for feeds was assessed and separation mechanism of the classifiers was followed. History of centrifugal classifiers was explored and some points to be improved were briefly indicated. Fundamental theory of the classification by centrifugal classifiers was pearly studied, and advanced and further understandings on factors affecting the separation or grading efficiency are described. Factors determining the classification precision and efficiency of centrifugal classifiers, such as geometry, rotational speed and inclined angle of rotating vanes, feed and air flow rates, and rotor dimensions are reviewed.
In order to classify aerosol type, Aerosol Optical Thickness (AOT) and Fine mode Fraction (FF), which is the optical thickness ratio of small particles$(<1{\mu}m)$ to total particles, data from MODIS (MODerate Imaging Spectraradiometer) aerosol products were analyzed over North-East Asia during one year period of 2005. A study area was in the ocean region of $20^{\circ}N\sim50^{\circ}N$ and $110^{\circ}E\simt50^{\circ}E$. Three main atmospheric aerosols such as dust, sea-salt, and pollution can be classified by using the relationship between AOT and FF. Dust aerosol has frequently observed over the study area with relatively high aerosol loading (AOT>0.3) of large particles (FF<0.65) and its contribution to total AOT in spring was up to 24.0%. Pollution aerosol, which is originated from anthropogenic sources as well as a natural process like biomass burning, has observed in the regime of high FF (>0.65) with wide AOT variation. Average pollution AOT was $0.31{\pm}0.05$ and its contribution to total AOT was 79.8% in summer. Characteristic of sea-salt aerosol was identified with low AOT (<0.3), almost below 0.1, and slightly higher FF than dust and lower FF than pollution. Seasonal analysis results show that maximum AOT $(0.33{\pm}0.11)$ with FF $(0.66{\pm}0.21)$ in spring and minimum AOT $(0.19{\pm}0.05)$, FF $(0.60{\pm}0.14)$ in fall were observed in the study area. Spatial characteristic was that AOT increasing trend is observed as closing to the eastern part of China due to transport of aerosols from China by the prevailing westerlies.
A differential mobility analyzer (DMA) has been widely used as a standard tool for classifying nanoparticles with a certain size. More recently, several new types of DMA have been tested in an attempt to produce size-monodisperse nanoparticles. It is a bit surprise to see how simple the working theory of the DMA is. Although the theory was demonstrated quite successful, no one can guarantee whether the theory still works in another geometry of the DMA. In this regard, we first investigated the validity of the theory under various working conditions and then moved to check the validity upon minor change in its design. For the valid test, we compared the results with those obtained from a computational fluid dynamics.
The occurrence and intensity of wildfires are increasing with climate change. Emissions from forest fire smoke are recognized as one of the major causes affecting air quality and the greenhouse effect. The use of satellite product and machine learning is essential for detection of forest fire smoke. Until now, research on forest fire smoke detection has had difficulties due to difficulties in cloud identification and vague standards of boundaries. The purpose of this study is to detect forest fire smoke using Level 1 and Level 2 data of Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS), a Korean environmental satellite sensor, and machine learning. In March 2022, the forest fire in Gangwon-do was selected as a case. Smoke pixel classification modeling was performed by producing wildfire smoke label images and inputting GEMS Level 1 and Level 2 data to the random forest model. In the trained model, the importance of input variables is Aerosol Optical Depth (AOD), 380 nm and 340 nm radiance difference, Ultra-Violet Aerosol Index (UVAI), Visible Aerosol Index (VisAI), Single Scattering Albedo (SSA), formaldehyde (HCHO), nitrogen dioxide (NO2), 380 nm radiance, and 340 nm radiance were shown in that order. In addition, in the estimation of the forest fire smoke probability (0 ≤ p ≤ 1) for 2,704 pixels, Mean Bias Error (MBE) is -0.002, Mean Absolute Error (MAE) is 0.026, Root Mean Square Error (RMSE) is 0.087, and Correlation Coefficient (CC) showed an accuracy of 0.981.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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