마이크로파 위성관측 밝기온도와 레이더 자료와의 비교 및 강수의 산란 효과

Abstract

대기물현상(i.e., 구름과 강수)에 의한 산란효과를 조사하기 위하여, 강수율 (R)에 따른 MSU (Microwave Sounding Unit) 채널1 (50.3 ㎓)과 채널2 (53.74 ㎓)의 밝기 온도의 변화를 복사전달 모델을 사용하여 시뮬레이션하였다. 그리고 DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) 위성의 SSM/I (Special Sensor Microwave/ Imager) 19.35, 37.0, 85.5 ㎓의 자료와 ∼300×300 ㎢의 TOGA- COARE (Tropical Ocean Global Atmosphere-Coupled Ocean Atmosphere Response Experiment) 지역의 선박 레이다 자료를 사용하여, 다른 진동수의 마이크로파 밝기온도와 R과의 관계를 조사하였다. 수치실험에서 강수가 많은 경우(R ≥ 1 ㎜/h)에는, 대기물현상의 광학적 두께가 증가함에 따라 MSU 채널들의 온도는 감소하는데, 이는 수적보다는 빙정에 의하여 뚜렷하다. 또한 채널1 온도는 채널2보다 산란에 대하여 한 차수 더 민감하다. SSM/I 19.35와 37 ㎓에서 관측되는 온도는 강수율이 증가할 때 대기물현상의 방출에 의하여 초기에는 증가한다. 그러나, 강수율이 크게 증가하면 산란 효과에 의하여 온도의 감소가 일어나는데, 이는 37 ㎓에서 뚜렷하다. 작은 진동수의 채널(85.5 ㎓)에서의 온도는 강수율이 증가함에 따라 대기물현상에 의한 흡수보다는 주로 산란에 의하여 전반적으로 감소한다. 따라서, 19.35와 37 ㎓ 온도들 사이에는 양의 선형 상관이, 19.35와 85.5 ㎓ 온도들 사이에는 음의 상관이 나타난다. 19.35와 37 ㎓에서의 편광 요소 차이는 각 온도에 대하여 음의 기울기를 갖는 선형 관계 나타낸다. 85.5 ㎓ 온도 자료의 대부분의 편광 요소 차이 값이 0에 가깝기 때문에 뚜렷한 상관을 볼 수 없다. 시뮬레이션과 관측을 통하여 구한 마이크로파 온도와 강수율과의 관계는 강수복원 알고리즘을 개발하는데 도움을 줄 수 있으며, 대기물현상의 산란의 온도에 미치는 효과와 기후 변화에 있어서의 역할을 추정할 수 있다.;A radiative transfer model is utilized to simulate the variation in brightness temperature of the MSU (Microwave Sounding Unit) Channel 1 (Ch1) at 50.3 GHz and Channel 2 (Ch2) at 53.74 GHz with rain rate (R), and to mainly investigate the scattering effect of hydrometeors (i.e., cloud and rain) on the temperature. The MSU radiometer has been flown on NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) satellites. Observed relationship between other frequency microwave brightness temperature and R also has been analyzed using the data of the SSM/I (Special Sensor Microwave/Imager) at 19.35, 37 and 85.5 GHz on a DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) satellite and the ship-borne radar over the TOGA-COARE (Tropical Ocean Global Atmosphere-Coupled Ocean Atmosphere Response Experiment) area of ~400 × 300 ㎢. In the numerical experiment under the condition of heavy rainfall (R ≥ 1 mm/h), the scattering causes a decrease in the temperature at the MSU channels with increasing the optical depth of hydrometeors, and is stronger due to ice particles than due to water. Furthermore, the Ch1 temperature is 10 times more sensitive to the scattering than the Ch2. Observed temperatures in the SSM/I channels at 19.35 and 37 GHz initially increase with increasing the radar rain rate and thus the hydrometeor absorption/emission. Under the heavy rainfall, however, the temperatures gradually decrease due to the scattering, more strongly at 37 GHz. On the other hand, the temperatures in the higher frequency (85.5 GHz) overall decrease with increasing the rain rate, mostly due to the scattering (rather than absorption). As a result, there is a positive linear correlation in observation between 19.35 and 37 GHz, but a negative one between 19.35 and 85.5 GHz. The polarization difference at 19.35 and 37 GHz shows a linear dependence on each brightness temperature with a negative slope, respectively. Since the bulk of the temperature data at 85.5 GHz have the polarization difference near zero, the dependence is not clear. The relationship between microwave temperature and rain rate which has been derived in both simulation and observation can be useful to develop a rain retrieval algorithm, and to estimate the scattering effect of hydrometeors on the temperature and their role on climate change.