• 대한원격탐사학회:학술대회논문집
• /
• 대한원격탐사학회 2005년도 Proceedings of ISRS 2005
• /
• pp.378-380
• /
• 2005

Remote sensing of atmospheric aerosol using MODIS satellite data has been proven to be very useful in global/regional scale aerosol monitoring. Due to their large spatial resolution of $10km^2$ MODIS aerosol optical thickness (AOT) data have limitations for local/urban scale aerosol monitoring applications. Modified Bremen Aerosol Retrieval (BAER) algorithm developed by von Hoyningen-Huene et al. (2003) and Lee et al. (2005) has been applied in this study to retrieve AOT in fe resolutions of $500m^2$ over Korea. Look up tables (LUTs) were constructed from the aerosol properties based on sun-photometer observation and radiation transfer model calculations. It was found that relative error between the satellite products and the ground observations was within about $15\%$. Resulting AOT products were correlated with surface PMIO concentration data. There was good correlation between MODIS AOT and surface PM concentration under certain atmospheric conditions, which supports the feasibility of using the high-resolution MODIS AOT for local and urban scale air quality monitoring

• Asian Journal of Atmospheric Environment
• /
• 제9권1호
• /
• pp.91-99
• /
• 2015

The Multi-wavelength Raman LIDAR (MRL) system was developed to enable a better understanding of the complex properties of aerosols in the atmosphere. In this study, the microphysical, optical, and radiative properties of mixed aerosols were retrieved using the discrete aerosol observation products from the MRL. The dust mixing ratio, which is the proportion of dust particles to the total mixed, was derived using the particle depolarization ratio. It was employed in the retrieval of backscattering and extinction coefficient profiles for dust and non-dust particles. The vertical profiles of aerosol optical properties were then used as input parameters in the inversion algorithm for the retrieval of microphysical parameters including the effective radius, refractive index, and the single scattering albedo (SSA). Those products were successfully applied to an analysis of radiative flux using a radiative transfer model. The relationship between the MRL derived extinction and aerosol radiative forcing (ARF) in short-wavelength was assessed over Gwangju, Korea. The results clearly demonstrate that the MRL-derived extinction profiles are a good surrogate for use in the estimation of optical, microphysical, and radiative properties of aerosols. It is considered that the analytical results shown in this study can be used to provide a better understanding of air quality and the variation of local radiative effects due to aerosols.

• Journal of the Optical Society of Korea
• /
• 제15권3호
• /
• pp.209-215
• /
• 2011

A new iterative algorithm is developed to estimate LIDAR ratio for a thin cirrus cloud over an aerosol layer. First, the thin cirrus cloud is screened out and replaced by a modeled LIDAR signal and the extinction coefficients of the aerosol layer are derived using the Fernald backward method. These aerosol coefficients are referred as the "actual values". Second, the original LIDAR signal which includes the thin cirrus cloud is also inverted by the Fernald backward method down to the aerosol layer but using different LIDAR ratio for the thin cirrus cloud. Depending on the different assumptions about the LIDAR ratio of the thin cirrus cloud, different sets of aerosol extinction can be derived. The "actual values" which are found in the first step can be used to constrain this iterative progress and the correct LIDAR ratio of the thin cirrus cloud can be found. The detailed description of this method and retrieval examples are given in the paper. The cases compared with other methods are presented and the statistical result is also shown and agrees well with other studies.

• 대한원격탐사학회:학술대회논문집
• /
• 대한원격탐사학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.341-343
• /
• 2006

The current spectral shape matching method (SSMM), developed by Ahn and Shanmugam (2004), relies on the assumption that the path radiance resulting from scattered photons due to air molecules and aerosols and possibly direct-reflected light from the air-sea interface is spatially homogeneous over the sub-scene of interest, enabling the retrieval of water-leaving radiances ($L_w$) from the satellite ocean color image data. This assumption remains valid for the clear atmospheric conditions, but when the distribution of aerosol loadings varies dramatically the above postulation of spatial homogeneity will be violated. In this study, we present the second version of SSMM which will take into account the horizontal variations of aerosol loading in the correction of atmospheric effects in SeaWiFS ocean color image data. The new version includes models for the correction of the effects of aerosols and Raleigh particles and a method fur computation of diffuse transmittance ($t_{os}$) as similar to SeaWiFS. We tested this method over the different optical environments and compared its effectiveness with the results of standard atmospheric correction (SAC) algorithm (Gordon and Wang, 1994) and those from in-situ observations. Findings revealed that the SAC algorithm appeared to distort the spectral shape of water-leaving radiance spectra in suspended sediments (SS) and algal bloom dominated-areas and frequently yielded underestimated or often negative values in the lower green and blue part of the electromagnetic spectrum. Retrieval of water-leaving radiances in coastal waters with very high sediments, for instance = > 8g $m^{-3}$, was not possible with the SAC algorithm. As the current SAC algorithm does not include models for the Asian aerosols, the water-leaving radiances over the aerosol-dominated areas could not be retrieved from the image and large errors often resulted from an inappropriate extrapolation of the estimated aerosol radiance from two IR bands to visible spectrum. In contrast to the above results, the new SSMM enabled accurate retrieval of water-leaving radiances in a various range of turbid waters with SS concentrations from 1 to 100 g $m^{-3}$ that closely matched with those from the in-situ observations. Regardless of the spectral band, the RMS error deviation was minimum of 0.003 and maximum of 0.46, in contrast with those of 0.26 and 0.81, respectively, for SAC algorithm. The new SSMM also remove all aerosol effects excluding areas for which the signal-to-noise ratio is much lower than the water signal.

• 한국대기환경학회지
• /
• 제23권1호
• /
• pp.97-109
• /
• 2007

Vertical distribution and optical properties of atmospheric aerosols above the Korean peninsula are quite important to estimate effects of aerosol on atmospheric environment and regional radiative forcing. For the first time in Korea, vertical microphysical properties of atmospheric aerosol obtained by inversion algorithm were analyzed based on optical data of multi-wavelength Raman lidar system developed by the Advanced Environmental Monitoring Research Center (ADEMRC), Gwangju Institute Science and Technology (GIST). Data collected on 14 June 2004 at Gwangju ($35.10^{\circ}N,\;126.53^{\circ}E$) and 27 May 2005 at Anmyeon island ($36.32^{\circ}N,\;126.19^{\circ}E$) were used as raw optical data for inversion algorithm. Siberian forest fire smoke and local originated haze were observed above and within the height of PBL, respectively on 14 June 2004 according to NOAA/Hysplit backstrajectory analysis. The inversion of lidar optical data resulted in particle effective radii around $0.31{\sim}0.33{\mu}m$, single scattering albedo between $0.964{\sim}0.977$ at 532 nm in PBL and effective radii of $0.27{\mu}m$ and single scattering albedo between $0.923{\sim}0.924$ above PBL. In the case on 27 May 2005, biomass burning from east China was a main source of aerosol plume. The inversion results of the data on 27 May 2005 were found to be particle effective radii between $0.23{\sim}0.24{\mu}m$, single scattering albedo around $0.924{\sim}0.929$ at 532 nm. Additionally, the inversion values were well matched with those of Sun/sky radiometer in measurement period.

• 대한원격탐사학회지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.289-298
• /
• 2008

본 연구에서는 에어로솔의 간접 효과를 고려한 구름의 광학두께와 유효입자반경을 산출하기 위해 새로운 알고리즘을 개발하였다. 구름의 미세물리적 특성을 산출하기 위해 Nakajima and Nakajima(1995)의 방법을 응용하였다. 다양한 대기상태에서 복사전달모델을 이용하여 미리 계산한 서로 다른 LUT을 적용하여 최종 산출물인 구름광학두께와 유효입자반경을 산출하였다. 러시아지역에 산불이 있었던 2003년 5월 한반도 주변을 사례로 선택하였다. 이 때 발생한 에어로솔은 대기 흐름을 따라 한반도까지 도달하여 한반도 주변의 날씨에 매우 많은 영향을 주었다. 본 연구에서는 이 시기에 러시아 지역의 산불로 인하여 발생한 에어로솔이 한반도 주변의 구름에 어떠한 영향을 주는지 알아보았다. 이 사례의 알고리즘 적용을 위해 Terra위성에 탑재된 분광계인 MODIS자료를 사용하였다. 사례분석 결과, 에어로솔이 있는 시기에는 유효입자반경이 $20{\mu}m$ 이상의 큰 구름은 거의 존재하지 않았음에 비해, 에어로솔이 거의 없는 시기에는 $20{\mu}m$ 이상의 큰 구름도 다수 존재하였다. 즉, 에어로솔의 영향하에 발달한 구름은 구름광학두께는 크고, 유효입자반경은 작은 구름이라는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 에어로솔이 구름의 미세물리적 특성을 변화시킨다는 것을 보여준다.

• 대한원격탐사학회지
• /
• 제24권6호
• /
• pp.559-569
• /
• 2008

세계 최초의 정지 궤도 해양관측 센서인 Geostationary Ocean Color Imager (COMS/GOCI)가 측정하는 가시광선 영역의 파장대 ($0.4-0.9{\mu}m$)는 대기 구성성분(기체상 또는 입자상)에 의하여 영향을 받기 때문에 이에 대한 보정이 필요하다. 특히, 대기중에 존재하는 미세입자인 에어러솔은 그 물리 화학적 특성의 다양함으로 인하여 태양광과 반응하는 과정이 상당히 복잡하게 나타나므로, 정확한 해양 관측을 위하여 대기 에어러솔과 복사 과정의 상호작용에 대한 정확한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 알려진 대기 에어 러솔 특성 자료를 이용하여 에어 러솔의 물리 적, 광학적 특성을 분석하였다. 여기서 얻어진 에어러솔 특성 값들은 복사전달 모델을 이용하여 다양한 환경 조건하(에어러솔의 종류와 양)에서 위성센서가 측정하는 이론적인 복사량과 에어러솔의 관계를 분석하는데 사용되었다. 복사전달모델 분석결과, 위성 자료 분석에서 잘못된 에어러솔의 광학 특성값의 사용으로 인한 오차는 에어러솔 광학 두께($\tau$)가 0.2보다 작은 범위에서는 비교적 작은 값을 나타내나 0.2보다 크게 되는 경우 지속적으로 증가하였다. 추가로 위성 관측값과 복사전달 모델에 의하여 계산된 값의 차이가 최소인 에어러솔 타입의 광학 특성값을 이용하여 ($\tau$)와 ${\aa}ngstr{\ddot{o}}m$ exponent 를 도출한 결과는 기존의 표준 알고리즘보다는 지상관측자료와의 비교적 잘 일치하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 위성 관측자료에서 에어러솔 분석함에 있어서 에어러솔 타입에 따른 광학적 특성값의 중요성은 매우 크다고 할 수 있다. 이러한 결과들은 궁극적으로 향후 발사될 COMS/GOCI의 관측 자료를 이용한 대기 에어러솔 분석이나 대기 효과 보정에 있어서 도움이 될 것이다.

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

• 대한원격탐사학회:학술대회논문집
• /
• 대한원격탐사학회 2007년도 Proceedings of ISRS 2007
• /
• pp.298-301
• /
• 2007

Vertical distribution and optical properties of atmospheric aerosols above the Korean peninsula are quite important to estimate effects of aerosol on atmospheric environment and regional radiative forcing. For the first time in Korea, vertical microphysical properties of atmospheric aerosol obtained by inversion algorithm were analyzed based on optical data of multi-wavelength Raman lidar system developed by the Advanced Environmental Monitoring Research Center (ADEMRC), Gwangju Institute Science and Technology (GIST). Data collected on 14 June 2004 at Gwangju ($35.10^{\circ}N$, $126.53^{\circ}E$) and 27 May 2005 at Anmyeon island ($36.32^{\circ}N$, $126.19^{\circ}E$) were used as raw optical data for inversion algorithm. Siberian forest fire smoke and local originated haze were observed above and within the height of PBL, respectively on 14 June 2004 according to NOAA/Hysplit backstrajectory analysis. The inversion of lidar optical data resulted in particle effective radii around 0.32 ${\mu}m$, single scattering albedo between 0.97 at 532 nm in PBL and effective radii of 0.27 ${\mu}m$ and single scattering albedo of 0.92 above PBL. In the case on 27 May 2005, biomass burning from east China was a main source of aerosol plume. The inversion results of the data on 27 May 2005 were found to be particle effective radii between 0.24 ${\mu}m$, single scattering albedo around 0.91 at 532 nm. Additionally, the inversion values were well matched with those of Sun/sky radiometer in measurement period.

• 대한원격탐사학회지
• /
• 제34권3호
• /
• pp.507-517
• /
• 2018

천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS)의 에어로솔 광학두께(Aerosol Optical Depth; AOD) 산출물의 검증을 위하여, 동아시아 지역을 대상으로 2011년 1월부터 2014년 7월까지 산출자료와 134개의 지상관측 Aerosol Robotic Network(AERONET) AOD와 비교 분석하였다. 시공간 일치법을 사용하여 천리안 위성 AOD와 AERONET 전체 관측 지점의 AOD의 비교결과는 약한 상관관계(R=0.297)와 함께 천리안 AOD가 과대평가된 결과를 나타내었다. 그러나, AERONET 관측지점별 비교 결과는 각 지점별로 상이한 결과를 나타내었으며, 최소 상관계수 R=0.026(AOE_Baotou 지점) 과 최대 상관계수 R=0.905(DRAGON_Anmyeon 지점)을 보였다. 천리안 AOD와 AERONET AOD의 편차와 입자 유효반경, 수증기, 지표반사도, 태양천정각과의 비교결과, 천리안 AOD 산출물에 대한 계통적 오차가 발견되지 않았다. 그러나 한반도 인근지역의 한정된 지역을 대상으로 하면 천리안 AOD와 AERONET AOD의 유사성이 나타나므로, 지역적인 한계가 있음을 발견하였다. 마지막으로, 본 연구 결과는 COMS AOD 산출 알고리즘의 개선에 도움을 줄 수 있을 것이며, 따라서 개선된 비교검증 결과를 얻을 수 있을 것이다.