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층운형 강수 시에 육지 및 해양에서의 마이크로파 복사전달에 대한 시뮬레이션

Title
층운형 강수 시에 육지 및 해양에서의 마이크로파 복사전달에 대한 시뮬레이션
Authors
구교숙
Issue Date
2003
Department/Major
대학원 과학교육학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Abstract
본 연구에서는 열대 지방의 육지 및 해양의 층운형 강수 시에 마이크로파 복사전달과 대기물현상의 연직분포를 조사하기 위하여 복사계 밝기온도와 레이더 반사율 관계를 TRMM 위성관측과 수치실험을 통하여 분석하였다. PR에 의해 관측된 반사율의 연직 분포를 본 연구에서의 층운형 강수 모델에 입력하여 시뮬레이션된 TMI 세 채널(19, 37, 85 GH_(Z))의 밝기온도값을 TMI 관측값과 비교ㆍ분석하였다. 시뮬레이션 시에 입자 크기 분포의 두 변수(N^(*), μ), 표면 방출율(ε)의 조건을 변경하면서 밝기온도의 변화를 조사하였다. 결과에 의하면, 85 GHz 채널에서는 육지와 해양 모두에서 입자 평균 직경이 커짐에 따라 밝기온도가 상승하였다. 그러나, 37 GHz와 19 GHz에서는 해양에서 입자 평균 직경이 커질 때, 밝기온도가 낮아지는 경향이 있었다. 또한 입자 크기 분포에 있어서 해양 지역에 대한 저주파 채널의 경우를 제외하고, Gamma 분포(μ = 1)에서의 밝기온도가 Marshall-Palmer 분포(μ = 0)에서보다 높았다. 입자의 평균 직경과 크기 분포를 결정하는 변수인 N^(*)와 μ에 대한 민감도는 85 GHz 채널에서 가장 강했고, 19 GHz와 37 GHz에서 상대적으로 약했다. 한편, 육지와 해양간에 표면방출율로 인한 밝기온도 차이는 고주파 채널에서는 뚜렷하지 않았으나, 37 GHz 이하의 저주파 채널에서는 현저하였다. 이는 저주파 채널의 경우에 구름과 강수에 대한 마이크로파 투과율이 높아 지표면과 대기 하층의 높은 상향 복사값이 복사계에 도달할 수 있기 때문이다. 레이더 반사율을 사용한 밝기온도 시뮬레이션에서는 세 채널 중에 85 GHz 결과가 가장 관측과 잘 일치하였다. 이러한 원인은 85 GHz 채널의 높은 공간 분해능과 대기물현상에 대한 강한 소산, 그리고 지표 부근 잡음의 최소 영향 등에 있다. 반면에 19 GH와 37 GHz 채널에서의 시뮬레이션 결과가 관측값과 상당한 불일치를 보이는 것은 대기물현상에 대한 이들 채널의 약한 소산으로 인하여, 복사계에 도달하는 시그날의 상당 부분이 어는 고도 이하의 대기층과 지표에서 오고, 또한 이들 채널의 넓은 시계 내에 다양한 잡음이 존재하는데 있다. 기존 연구의 대류형 강수 모델에서 잡음 제거에 사용되었던 T19와 T37 사이의 차이값(T19-T37)이 본 연구의 층운형 강수에서는 효과적이지 않아, bright band를 형성케 하는 녹는 층의 모수화에 대한 연구가 장차 필요한 것으로 사료된다. ; In order to explain the connection between microwave radiative transfer and vertical profiles of hydrometeors over tropical land and ocean, the relationship between radiometer brightness temperature (Tb) and radar reflectivity (Z) have been analyzed by observations of Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) and simulation. Vertical profiles of reflectivity observed PR were used for the stratiform rain model, developed in this study. Then simulated temperature of TMI three channels (19, 37, 85 GHz) were compared with TMI observations. In particular, radiative transfer simulations of microwave brightness temperature have been performed in order to show the sensitivity of brightness temperature to particle size distribution (PSD; N^(*), μ) and surface emissivity (ε). Consequently, the brightness temperature at 85 GHz was enhanced as particle diameter was gradually larger over land and ocean. However, T19 and T37 were decreased while particle diameter was gradually larger over the ocean. Also, Tbs in case of Gamma distribution were higher than those of Marshall-Palmer distribution except for low frequency channel simulations over the ocean. The Tb sensitivity to N^(*) and μ was strong at 85 GHzz, while it was weak at 19 GHz and 37 GHz. On the other hand, there was a distinct difference in brightness temperature over between land and ocean at low frequency channels, but not channel 85 GHz. The phenomenon is due to higher upward intensity coming from the atmospheric lower layers and surface. The simulation of the brightness temperature at 85 GHz has been excellent because the channel has a fine footprint, strong extinction, and minimal surface contamination. In contrast, the T37 and T19 observations were not well simulated because signal comes from the atmospheric layers and surface below the freezing level by weaker extinction in the low frequency channels, and also from contamination introduced by the surface emission. Although the brightness temperature difference (T19-T37) could supplement the information given by the 85 GHz channel in the earlier study about convective rain model, this method was not effective in this study. As a result, more elaborate parameterization for bright band will be needed in the future studies.
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