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위성관측과 수치실험에서 조사된 안개의 광학적 성질

Title
위성관측과 수치실험에서 조사된 안개의 광학적 성질
Other Titles
Optical Characteristics of Fog in Satellite Observation and Numerical Simulation
Authors
윤미영
Issue Date
2006
Department/Major
교육대학원 지구과학교육전공
Publisher
이화여자대학교 교육대학원
Degree
Master
Advisors
유정문
Abstract
연구는 극궤도 위성 AQUA/TERR에 탑재된 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer) 복사계와 정지궤도 위성 GOES-9 (Geostationary Operational Environmental Satellite)의 관측 자료를 이용하여, 2003년 6월부터 2005년 5월 기간에 수도권 및 일부 한반도 지역에서 발생한 안개의 특성을 분석하고, 안개탐지의 계절별 가시 경계값(R0.65; 0.65 ㎛에서의 반사율)과 적외 경계값(T3.7-11; 3.7 ㎛와 11 ㎛ 밝기온도 간의 차이값)을 제시하였다. 지상관측소의 안개 및 운량 자료로는 한반도의 10개 공항 자료를 사용하였다. 지상관측과 위성 동시관측 자료를 분석한 결과, 안개 탐지에 있어서 안개층 위에 존재하는 상층운은 적외 경계값에 오차를 발생하게 하였다. 또한 가시 경계값은 방위각보다는 태양천정각에 더 크게 의존하였으며, 태양천정각의 시공적인 변화로 인하여 오차를 포함하였다. SBDART (Santa Barbara Discrete Ordinate Radiative Transfer) 모델을 이용한 수치 실험에서, 상층운 효과는 구름의 광학적 두께가 16 이하에서 민감하였다. 이러한 상층운 변화에 따른 적외 경계값의 증감을 조견표(look-up table)로 작성함으로써 모델 초기 조건과 유사한 실제 안개 탐지에서 상층운 효과를 보정할 수 있다. 가시 경계값에 대한 태양 천정각 효과의 경우에도 조견표를 이용하여 임의의 태양천정각에서 주어진 경계값을 특정 천정각에서의 경계값으로 정규화하여 보정할 수 있다. 극궤도 위성과 정지위성에서의 동시관측 자료를 비교 분석하기 위하여, 다음의 조건 하에서 상관을 구하였다; 주야간 청천과 주야간 안개 시에 3.7 ㎛ 밝기온도(T3.7), 11 ㎛ 밝기온도(T11), T3.7-11, R0.65 여기서 R0.65는 주간 경우에만 사용되었다. 야간청천, 야간안개의 사례에서 위 변수들은 0.5 이상의 유의적인 상관을 보였다. 이 분석에서 두 위성 간에 경계값 차이는 채널 파장대 뿐만 아니라 공간 분해능 불일치에도 기인하였다. 한편 GOES-9에서 유도된 안개탐지 경계값은 청주 공항을 제외한 한반도 9개 공항의 안개 및 청천 시에 대한 통계적인 검증(FAR, POD, CSI)에서 주간에 약 60 %, 그리고 야간에는 약 70 %의 정확도를 보였다. 그러나 정확도는 여명, 안개층 위에 상층운 존재, 강수 동반, 그리고 짧은 지속시간 하에서 발생하는 안개에 대하여 하강하였다.;Seasonal threshold values for fog detection over the ten airport areas in the Korean Peninsula have been derived, using the satellite-observed data of polar-orbit (Aqua/Terra MODIS) and geostationary (GOES-9) during two years. The values are obtained from reflectance at 0.65 ㎛ (R0.65) and the difference in brightness temperature between 3.7 ㎛ and 11 ㎛ (T3.7-11). In order to examine the discrepancy between the threshold values of two kinds of satellites, the following parameters have been analyzed under the condition of daytime/nighttime and fog/clear-sky, utilizing their simultaneous observations over the Seoul Metropolitan Area. The parameters are the temperature at 3.7 ㎛ (T3.7), the brightness temperature at 11 ㎛ (T11), and T3.7-11 for day and night. The R0.65 data are additionally included in the daytime. The parameters show significant correlations (r > 0.5) in spatial distribution between two kinds of satellites. The discrepancy between their thresholds is mainly due to the disagreement in their spatial resolutions. The GOES-9 thresholds over the nine airport areas except the Cheongju airport have revealed the accuracy of 60% in the daytime and 70% in the nighttime, based on statistical verification as follows; FAR, POD and CSI. However, the accuracy decreases in the foggy cases with twilight, precipitation, short persistence, or the higher cloud above fog. Seasonal threshold values for fog detection over the ten airport areas in the Korean Peninsula have been derived, using the satellite-observed data of polar-orbit (Aqua/Terra MODIS) and geostationary (GOES-9) during two years. The values are obtained from reflectance at 0.65 ㎛ (R0.65) and the difference in brightness temperature between 3.7 ㎛ and 11 ㎛ (T3.7-11). In order to examine the discrepancy between the threshold values of two kinds of satellites, the following parameters have been analyzed under the condition of daytime/nighttime and fog/clear-sky, utilizing their simultaneous observations over the Seoul Metropolitan Area. The parameters are the temperature at 3.7 ㎛ (T3.7), the brightness temperature at 11 ㎛ (T11), and T3.7-11 for day and night. The R0.65 data are additionally included in the daytime. The parameters show significant correlations (r > 0.5) in spatial distribution between two kinds of satellites. The discrepancy between their thresholds is mainly due to the disagreement in their spatial resolutions. The GOES-9 thresholds over the nine airport areas except the Cheongju airport have revealed the accuracy of 60% in the daytime and 70% in the nighttime, based on statistical verification as follows; FAR, POD and CSI. However, the accuracy decreases in the foggy cases with twilight, precipitation, short persistence, or the higher cloud above fog. In numerical test using SBDART (Santa Barbara Discrete Ordinate Radiative Transfer) model, the upper clouds effect was sensitive in case of the optical thickness of the cloud below 16. Such as, the change of the infrared boundary value is able to revise which the upper clouds effect in real fog detection similar initial condition of model along the variation of the upper clouds. In the case of the sun zenith angle effect on the visual boundary value, given boundary value of arbitrary zenith angle is normalizable to revise in boundary value of specified zenith angle using calculated look up table through numerical test.
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