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위성관측(MODIS)에서 유도된 수도권 지역의 대류권 오존 정보 및 수치실험

Title
위성관측(MODIS)에서 유도된 수도권 지역의 대류권 오존 정보 및 수치실험
Other Titles
Tropospheric Ozone Information of Seoul Metropolitan Area (SMA) Derived from Satellite Observations (MODIS) and Numerical Simulation
Authors
박유민
Issue Date
2004
Department/Major
대학원 과학교육학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
劉正文
Abstract
본 연구에서는 수치실험을 통하여 9.7 ㎛ 오존 흡수대에 미치는 오존 및 열적 효과를 각각 정량화하였으며, 오존주의보가 있었던 2003년 맑은 날 4일의 동시관측 위성(Aqua; LST 13:30) 및 지상오존 자료를 사용하여 수도권 지역(37.2-37.7 N, 125.7-127.2 E; Seoul Metropolitan Area: SMA)에 대한 지상 오존 원격탐사 방법을 제시하였다. 여기서 해당 자료들은 각각 5 km × 5 km 격자의 MODIS 적외선(9.7~14.2 ㎛) 위성 관측과 국립환경연구원의 79개 지점 지상 오존 관측에서 수집된 것이며, 오존의 연직분포를 함께 조사하기 위하여 NOAA-16과 포항 기상대의 오존존데 자료도 활용되었다. 오존주의보는 오염 배출원에 의한 오존 광화학 반응으로 인하여 오전보다는 주로 오후(2003년에 9일)에 발령되었다. 복사전달모델을 사용한 수치실험에 의하면, 주어진 오존 농도(327~391 DU)에 대하여 9.6 ㎛에서의 복사휘도는 표면온도(Ts)가 290 K일때 5.52~5.78 Wm^(-2)sr^(-1)이었으며, Ts가 325 K에서는 9.00~9.57 Wm^(-2)sr^(-1)이었다. 따라서 9.6 ㎛의 이러한 조건하에서 오존 흡수대의 변화를 이용한 원격탐사시에, 오존 흡수 세기(i.e., 11 ㎛와 9.7 ㎛ 밝기온도간의 차; T_(11-9.7))에 대한 오존 효과는 0.26 Wm^(-2)sr^(-1)/64 DU, 그리고 열적 효과는 0.31 Wm^(-2)sr^(-1)/35 K이었다. 오존 원격탐사 경험식을 마련하기 위하여 물리적, 통계적인 방법들을 사용하였으며, 지상 오존 농도에 대한 적외선 채널 밝기온도의 상관 뿐만 아니라 T_(11-9.7)의 상관도 조사되었다. 이 과정에서는 위성관측 오존 흡수 세기와 지상 관측간에 유의적인 상관을 보이는 오존주의보 발령일(2003년 5월 4일, 5일, 13일, 8월 9일)이 선택되었으며, 구름 효과를 제거하기 위하여 해당일에 수도권 지역 11 ㎛ 밝기온도 최대값에서 10 K 이내에 속하는 밝기온도 11 ㎛ 밝기온도를 가지는 해당 자료만을 사용하였다. 경험식에서 유도된 지상 오존 농도는 관측값과 물리적 방법에서 49% 상관, 그리고 통계적 방법에서는 63% 상관을 보였으며, 이들 상관은 각각 유의수준 1%에서 유의미하였다. 그러나 장차 연구에서 지상 오존보다는 대류권 전체 오존 농도를 사용한다면, 좀 더 정확한 경험식이 유도되리라고 생각한다. 본 연구결과는 수도권 지역의 지상 오존 농도의 검증이나 결측시에 활용될 수 있으며, 좀 더 정확한 결과를 유도하기 위해서는 성층권 오존 농도의 변화도 함께 고려되어야 한다.;Ozone in the troposphere plays very important roles in controlling the oxiding capacity of the atmosphere as a primary precursor of the hydroxyl radical, producing global climate change as a greenhouse gas, and damaging vegetation and human health as an air pollutant. Recently, frequent ozone warnings in spring and summer generated considerable public concern. Infrared observations made in 9.7 ㎛ channel of Moderate Resolution Imager Spectrometer (MODIS) contain useful information pertaining to ozone in the atmosphere. MODIS observations in the 9.7 ㎛ channel enables us to estimate total ozone content in the atmosphere. With the 1 km horizontal resolution obtained from the MODIS data one can infer variations in the tropospheric ozone. Thus the monitoring of urban ozone pollution in the troposphere can be sensed with the MODIS data. This study was using 9.7 ㎛ and 11~14.2 ㎛ channel. To separate ozone and thermal signal in ozone band, executing numerical simulation by radiation transport model. Characteristics of the ground-ozone concentration was analyzed using the data obtained by National Institute of Environmental Research at Seoul Metropolitan Area (SMA) during 2003. Eighty-four stations to be analyzed were selected, and five stations that were not excluded to some remote site from the MODIS Aqua range (37.2-37.7 N, 125.7-127.2 E) used to make the time series of the ozone concentration. Giving an official order of ozone warning 9 days in 2003. The trends of ozone concentration in those stations were compared with satellite data in seven infrared channels of the MODIS Aqua, and their relation to the correlation. In addition, the parameters of brightness temperature difference 11 ㎛ and 9.7 ㎛, and this parameter divided by brightness temperature 11 ㎛ are also used for the correlations. Based on the cloud amount and screening. The data, out of range from maximum of 11 ㎛ brightness temperature by 10 K, are eliminated. According to this result both meaningful and weather is clear, 4 days were selected. Adjusted trends of ozone concentration were calculated through the physical method by radiation transfer theory is shown 49% correlation, and multiple regression analysis using the regressor as seven channels of 9.7~14.2 ㎛ by statistical method is shown 63% correlation. This results were meaningful in 1% confidence limit. Further research make use of tropospheric ozone than ground-ozone will expected improved result. This research utilized in ground-ozone verification and not exist measurement. In other to few more derived the accuracy rate result, stratospheric ozone concentration change will be considered.
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