The improvement of ozone first-guess profile to retrieve accurate total ozone from high performance geostationary satellite

Abstract

Advanced Meteorological Imager (AMI) instrument that will be flying with the Geostationary Korea Multipurpose Meteorological Satellite (GeoKOMPSAT-2A) to be launched in 2018 provides total ozone from an algorithm developed to obtain atmospheric profiles. It has been shown that the retrieved total ozone from the geostationary infrared observation which contains ozone information at 9.6 micrometer channel has a limited accuracy due to a lack of information contents. However, with the increased available high performance imager such as Advanced Meteorological Imager of GK-2A, Advanced Himawari Imager (AHI) of Himawari-8, and Advanced Baseline Imager (ABI) of GOES-16, it is worth to check any possibility of improvement. Here, we investigate a possibility of improved total ozone retrieval in terms of the first guess profile used for an optimal estimation algorithm. Since KMA Unified Model (UM) does not produce ozone forecast, climatological data for 10 degree interval latitudinal bands are used. Ozone climatological profiles are interpolated, using Ozone Monitoring Instrument (OMI) total ozone measurement on a previous day, to find the ozone first-guess profile that is closer to the real atmosphere. Two interpolation methods have been tested. One method puts further limit on corresponding month. The other method puts further limit on the latitude. We confirmed that more accurate algorithm results were obtained with the latter method, and then validation is performed. The comparison is performed with the total ozone between OMI and ground-based measurement provided by Yonsei University. In both cases, we found that the retrieved total ozone is overestimated than the reference data. Overall, the difference is greater in the middle and high latitude. The predictable error factors are discussed in the discussion section.;2018년에 발사될 예정인 Geostainary Korea Multipurpose Meteorological Satellite (GeoKOMPSAT-2A, GK-2A)에 탑재될 영상기인 AMI (Advanced Meteorological Imager)를 이용하여 대기 수직 온습도 프로파일을 산출하는 알고리즘으로부터 총오존량이 산출된다. 정지궤도 위성의 9.6 ㎛ 채널을 이용한 적외선 관측으로부터 산출된 총오존량은 대기의 오존 정보를 얻을 수 있는 채널이 한정적이므로 정확도가 제한적이다. 그러나 GK-2A의 AMI, Himawari-8의 Advanced Himawari Imager (AHI) 및 GOES-16의 Advanced Baseline Imager (ABI)와 같은 고성능 영상기를 이용하면 향상된 시간해상도로 총오존량을 산출해 낼 가능성이 존재한다. 본 연구에서 Optimal Estimation 기법에 기반한 알고리즘에 사용 된 오존 초기장의 개선을 통해 총오존량의 산출 정확도를 향상시키고자 한다. 오존 초기장은 수직 온습도 프로파일의 초기장과 달리 한국 기상청 UM 모델에서 예보장을 생성하지 않기 때문에 위도 10도 간격의 월별 기후자료가 사용된다. 기후자료의 낮은 공간해상도로 인한 불연속성을 개선하고자 하루 전날 측정된 OMI 총오존량을 기후자료 프로파일의 내삽에 사용하였다. 두 가지 내삽 방법이 테스트되었다. 두 내삽 방식에 따른 산출된 총오존량의 정성적 비교를 통해 위도대를 더욱 한정시켜 내삽하는 방식이 더욱 정확한 총오존량 결과를 산출하는 것을 확인하였다. 따라서 위도대를 더욱 한정시켜서 내삽 하는 방식을 통해 산출된 총오존량에 대한 검증은 OMI 자료 및 연세대학교로부터 제공받은 지상관측자료로 진행하였다. 두 경우 모두 알고리즘으로부터 산출된 총오존량이 참고 자료보다 과대 모의되는 것으로 드러났다. 이에 따른 예상 가능한 에러요인들에 대해서 논의 부분에서 다루고 있다.