• 대한원격탐사학회지
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• 제24권4호
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• pp.289-298
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• 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.

• 한국대기환경학회지
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• 제25권5호
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• pp.392-401
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• 2009

Ice-crystal clouds observation was conducted using a GIST/ADEMRC Multi-wavelength Raman lidar system in order to measure vertical profile and optical depth at Gwangju ($35^{\circ}$10'N, $126^{\circ}$53'E), Korea in December 2002, and March and April 2003. Ice-crystal clouds at high altitude can be distinguished from atmospheric aerosols by high depolarization ratio and high altitude. Ice-crystal clouds were observed at 5~12 km altitudes with a high depolarization ratio from 0.2 to 0.5. Optical depth of ice-crystal clouds had varied from 0.14 to 1.81. The radiative effect of observed ice-crystal cloud on climate system was estimated to be negative net flux in short wavelength (0.25~$4.0{\mu}m$) and positive net flux in short+long wavelength (0.25~$100{\mu}m$) at top of the atmosphere. Net flux by ice-crys tal cloud per unit optical depth was comparable to that of Asian dust.

• 대기
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• 제31권1호
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• pp.113-141
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• 2021

The impacts of ice clouds on the energy budget of the Earth and their representation in climate models have been identified as important and unsolved problems. Ice clouds consist almost exclusively of non-spherical ice crystals with various shapes and sizes. To determine the influences of ice clouds on solar and infrared radiation as required for remote sensing retrievals and numerical models, knowledge of scattering and microphysical properties of ice crystals is required. A conventional method for representing the radiative properties of ice clouds in satellite retrieval algorithms and numerical models is to combine measured microphysical properties of ice crystals from field campaigns and pre-calculated single-scattering libraries of different shapes and sizes of ice crystals, which depend heavily on microphysical and scattering properties of ice crystals. However, large discrepancies between theoretical calculations and observations of the radiative properties of ice clouds have been reported. Electron microscopy images of ice crystals grown in laboratories and captured by balloons show varying degrees of complex morphologies in sub-micron (e.g., surface roughness) and super-micron (e.g., inhomogeneous internal and external structures) scales that may cause these discrepancies. In this study, the current idealized models representing morphologies of ice crystals and the corresponding numerical methods (e.g., geometric optics, discrete dipole approximation, T-matrix, etc.) to calculate the single-scattering properties of ice crystals are reviewed. Current problems and difficulties in the calculations of the single-scattering properties of atmospheric ice crystals are addressed in terms of cloud microphysics. Future directions to develop physically consistent ice-crystal models are also discussed.

• 대한원격탐사학회지
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• 제33권6_1호
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• pp.961-970
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• 2017

위성을 이용한 에어로졸 원격탐사에서 높은 공간해상도의 정보에 대한 요구가 많았음에도 그동안 단일화소가 갖는 물리적인 에어로졸 신호의 약화와 구름 등에 의한 오차 증가로 인해 산출에 어려움을 겪어왔다. 본 연구에서는 GOCI 자료를 이용하여 한-미 협력 국내 대기질 공동조사 캠페인 기간인 2016년 5, 6월에 대해 GOCI의 최대 공간 해상도인 500 m에서 고해상도 에어로졸 광학 깊이를 산출하였다. 기존의 GOCI 알고리즘은 6 km 해상도로 에어로졸 산출물을 제공해왔으며, 이번 연구에서 개발한 고해상도 산출 알고리즘은 기존 알고리즘을 기반으로 한다. 에어로졸 모형, 조견표 구성 및 역추산 과정은 동일하게 이용되었으나, 높은 해상도에서의 구름 제거 방법이 개선되었다. 그 결과, 몇 가지 사례에 대하여 6 km 산출물과 비교하였을 때 500 m 산출물의 분포 및 크기는 유사하게 나타났으나 공간 해상도가 높기 때문에 더 많은 화소에 대하여 산출되었다. 이에 따라 작은 규모의 구름 주위에서도 산출이 되었고, 에어로졸의 공간적인 변화를 세밀하게 살펴볼 수 있었다. 정확도 검증을 위하여 지상 관측 장비와 비교를 하였을 때 공간해상도가 크게 좋아졌음에도 상관 계수가 0.76, 기대 오차 내에 들어오는 비율이 51.1%로 6 km 산출물과 유사한 검증 결과를 보였다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제24권6호
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• pp.559-569
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• 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.

• 한국대기환경학회지
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• 제27권3호
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• pp.326-336
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• 2011

The Light Detection and Ranging (Lidar) observation provides a specific knowledge of the temporal and vertical distribution and the optical properties of the aerosols. Unlike typical Mie scattering Lidars, which can measure backscattering and depolarization, the Raman Lidar can measure the quartz signal at the ultra violet (360 nm) and the visible (546 nm) wavelengths. In this work, we developed a method for estimating mineral quartz concentration immersed in Asian dust using Raman scattering of quartz (silicon dioxide, silica). During the Asian dust period of March 15, 16, and 21 in 2010, Raman lidar measurements detected the presence of quartz, and successfully showed the vertical profile of the dust concentrations. The satellite observations such as the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and the Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) confirmed spatial distribution of Asian dust. This approach will be useful for characterizing the quartz dominated in the atmospheric aerosols and the investigations of mineral dust. It will be especially applicable for distinguishing the dust and non-dust aerosols in studies on the mixing state of Asian aerosols. Additionally, the presented method combined with satellite observations is enable qualitative and quantitative monitoring for Asian dust.

• 한국대기환경학회지
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• 제28권2호
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• pp.159-171
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• 2012

Aerosol direct radiative forcing (ADRF) retrieval method was developed by combining data from passive and active satellite sensors. Aerosol optical thickness (AOT) retrieved form the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) as a passive visible sensor and aerosol vertical profile from to the Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) as an active laser sensor were investigated an application possibility. Especially, space-born Light Detection and Ranging (Lidar) observation provides a specific knowledge of the optical properties of atmospheric aerosols with spatial, temporal, vertical, and spectral resolutions. On the basis of extensive radiative transfer modeling, it is demonstrated that the use of the aerosol vertical profiles is sensitive to the estimation of ADRF. Throughout the investigation of relationship between aerosol height and ADRF, mean change rates of ADRF per increasing of 1 km aerosol height are smaller at surface than top-of-atmosphere (TOA). As a case study, satellite data for the Asian dust day of March 31, 2007 were used to estimate ADRF. Resulting ADRF values were compared with those retrieved independently from MODIS only data. The absolute difference values are 1.27% at surface level and 4.73% at top of atmosphere (TOA).

• 한국지구과학회지
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• 제40권3호
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• pp.212-226
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• 2019

극궤도 위성(Aura)에 탑재되어 운용 중인 Ozone Monitoring Instrument (OMI)를 이용하여 동아시아 지역에 대한 등가 람버시안 반사도(Lambertian Equivalent Reflectance; LER)를 유도하였다. 본 연구의 LER 기후값(2004년 10월-2007년 9월)은 기존 OMI 및 MODIS 결과와 다음 대기환경 변수의 관점에서 비교분석되었다. 파장(자외선, 가시광선), 지표 특성(육지, 해양), 그리고 구름 제거. 자외선 및 가시광선 파장역(328-500 nm)에서 산출된 LER은 최소 반사도뿐만 아니라 세 종류 하위 평균(1, 5, 10% 이내)으로 산출되었다. 이들 중에 10% 평균값이 OMI 결과와 가장 잘 일치하였다. 여기서 상관계수는 0.88, 평균 제곱근 오차는 1.0%. 그리고 평균 편차는 -0.3%이었다. 10% 평균값과 기존 OMI LER값은 해양에서 가시광선에 비하여 자외선 영역에서 큰(~2%) 반면에 육지에서는 작게(~1%) 나타났다. 또한 파장 및 지표 특성에 따른 LER 변동폭은 육지 및 가시광선 조건에서, 특히 만년설 및 사막 지역에서 크게 나타났다(~3%). 최소 반사도값은 해양 및 육지의 표본 지역에서 MODIS에 비하여 약 1.4% 과대 산출되었다. 이러한 원인은 고해상도 MODIS 자료에서의 효과적인 구름 제거에 있다고 분석되었다. MODIS에 대한 10% 평균값의 상대 오차는 기존 OMI 산출물에 비하여 해양에서 작았으나(-0.6%) 육지에서는 컸다(1.5%). OMI 산출물 경우에 육지에서의 작은 상대 오차는 Landsat 자료 이용한 효과적인 구름 제거에 있다고 추정되었다. 본 연구는 정지궤도 환경위성(예, GEMS) 관측을 이용한 지면반사도 산출에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국지구과학회지
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• 제39권2호
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• pp.119-130
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• 2018

동아시아 지역의 에어로졸 광학정보에 대하여 천리안 위성에 탑재된 GOCI, MI, 그리고 Himawari 8 위성에 탑재된 AHI 센서들의 측정자료를 연세 에어로졸 알고리즘(YAER)을 이용하여 산출하였다. 본 연구에서는 각 센서에서 산출되는 에어로졸 광학두께(Aerosol optical depth, AOD)를 상호비교하고, 지상장비인 AERONET과의 검증결과도 보였다. 사용한 AOD 자료는 세 종류의 센서에서 최소반사도 방법(Minimum reflectance method, MRM)을 이용하여 산출된 AOD, 그리고 AHI에서는 단파적외선이용 지표면정보산출방법(Estimated surface reflectance from SWIR, ESR)을 이용한 방법의 AOD까지 총 네가지이다. 세 위성간의 산출결과에서 육지와 해양에서 일관된 결과를 보이고 있으나, MI와 GOCI에서는 구름제거에 한계가 존재하며 AOD의 과대 추정 문제가 보인다. 한편 지상장비인 AERONET과의 비교검증결과는 MI, GOCI, 그리고 AHI 의 MRM 방법, ESR 방법 에서 기대오차 내에 들어오는 비율(% within Expected error, EE)이 36.3, 48.4, 56.6, 68.2%로 각각 나타났다. MI의 경우는 단일 채널을 이용하여 에어로졸광학정보를 산출하고 있고, 계절에 따른 에어로졸 유형을 고정하고 있어, 다양한 오차가 포함되어 낮은 EE를 보이고 있다. 5, 6월에는 ESR 방법의 결과물은 높은 EE 를 나타내고 있는데 이는 GOCI, MI, MRM 방법 에서 사용하고 있는 최소반사도 방법보다 정확한 지면반사도를 산출하기 때문으로 추정된다. 이 결과는 AERONET 사이트 별로 RMSE 와 EE 로 설명하고 있으며, 검증한 총 22개 사이트 중 15개 사이트에서 ESR 방법이 가장 높은 EE 를 보이고 있고, RMSE는 13개 사이트에서 가장 낮게 나타났다. 또한 정지궤도 위성의 특징을 이용하여 시간대별 오차를 각 산출물 별로 보였다. 00~06 Universal Time Coordinated (UTC)에서 한 시간별로 최대로 나타나는 absolute median bias error 는 0.05, 0.09, 0.18, 0.18, 0.14, 0.09, 0.10 로 나타나며 00UTC에서는 GOCI 에서, 나머지 시간대에서는 MI에서 최대오차를 보였다.