Characteristics of real-time land surface emissivity of Advanced Technology Microwave Sounder

Abstract

위성 관측자료가 수치예보모델에 사용되기 시작하면서, 수치예보의 정확도가 크게 향상하였다. 그 중 마이크로파 탐측기 관측 자료의 기여도가 높다. 하지만 육상 관측자료는 지면 정보에 대한 불확실성이 높아 자료동화에 제한적으로 이용되고 있다. 이 연구에서는 육상 마이크로파 관측자료의 자료동화에 활용성을 증대시키고자 위성 관측자료를 이용한 실시간 지면방출률을 산출하고, 그 특성을 분석하였다. 실시간 지면방출률은 NOAA의 극궤도 위성인 Suomi-NPP에 탑재된 ATMS와 한국 기상청 UM model의 분석장 및 예보장을 이용하여 산출된다. ATMS 관측자료를 이용하여 산출된 실시간 지면방출률은 위성천정각, 주파수 그리고 식생에 따라 변한다. 또한 주간과 야간에 구해진 방출률 값에 차이가 있다는 특성이 있었다. 이것은 실제 지면에서 방출되는 복사량과 모델 자료의 지면 복사량 차이를 실시간 방출률이 보완하면서 나타나는 특성이다. 또한, 실시간 지면방출률을 ATMS 위성자료의 전처리 과정에 적용한 결과, 편차의 표준편차가 감소하여 더 많은 육상 관측자료를 자료동화에 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 실시간 지면방출률 계산에 필요한 변수들의 오차에 대한 산출된 방출률의 민감도를 확인한 결과, 지표면온도의 오차가 산출된 방출률의 오차에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 하지만, 수치예보모델의 지표면온도에는 특히, 건조한 지역에서 음의 편차가 있다고 알려져 있으며, 이를 개선하기 위한 방법으로 위성관측을 토대로 산출된 지표면온도를 이용하여 방출률을 계산하였다. 그 결과, 위성관측을 통해 산출된 지표면온도를 이용하였을 때 온도 및 수증기 탐측채널의 편차 평균 및 표준편차가 감소하였다. 육상 관측자료의 활용성을 증대시키기 위해서는 지표면 방출률에 관한 연구와 더불어 육상 관측자료의 전처리(구름탐지 및 편향보정)에 관한 연구가 필요할 것으로 보인다.;Despite importance of satellite observation to numerical weather forecasting models, observations over land or near-surface are excluded from data assimilation. As it is difficult to parameterize surface characteristics, there exist high uncertainties in retrieved land surface emissivity and land surface temperature. This leads to high uncertainties in simulated brightness temperature that is to be compared with observed brightness temperature in observation pre-processing. To better describe land surface characteristics, the real-time emissivity is retrieved at 23.8, 31.4, 50.3, 88.2, and 165.5 GHz using microwave sounding observation with auxiliary data about atmospheric states. Emissivities of sounding channels are interpolated from 50.3, and 88.2 GHz channels or directly assigned with emissivity of 165.5 GHz channel. The Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS) observation and Unified Model (UM) model of Korea Meteorological Administration (KMA) are used in this study to calculate the real-time emissivity. The retrieved emissivity is depending on satellite zenith angle, frequency and vegetation types. It shows diurnal variation as a result of compensation of discrepancy between detected radiation and modeled parameters. By applying the real-time emissivity estimated with ATMS to pre-processing of satellite observation, comparison of observation to background brightness temperature (O-B) improved especially for near-surface channels over land. Thus, we expect more observations over land to be assimilated for data assimilation system. Also sensitivity test of estimated emissivity to errors in the parameters used in retrieval conducted in this study. The emissivity is most sensitive to errors in land surface temperature. However, likewise land surface emissivity there are uncertainties in land surface temperature. To make up for the errors in land surface temperature, satellite based land surface temperature were used in emissivity retrieval. By doing so there was change in diurnal variation of emissivity. Not even the uncertainties in land surface temperature, there is possibility data to be contaminated by cloud or precipitation even after cloud screening process.