본 연구에서는 레일리(순수 기체) 대기 조건 하에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 여덟 개 단파 복사전달모델에서 산출된 네 종류 복사속(flux) 성분을 상호비교함으로써 상대 오차를 조사하였다. 이들 복사속 성분은 지표에서의 직달 일사, 하향 산란, 상향 산란, 그리고 대기 상부에서의 상향 산란이다. 또한 국내 모델의 평가를 위하여, 15개모델을 평균한 Halthore et al.(2005) 결과(예, H15)를 기준값으로 사용하였다. 동일한 태양천정각에서 모델 간의 불일치는 열대 대기에서 수증기에 기인하였고, 한대 대기에서는 오존에 기인하였다. STREAMER를 제외한 국내 7개 모델의 지상에서의 하향 직달일사값은 H15에 대하여 ${\pm}4%$내에서 일치하였다. 이러한 상대 오차는 태양천정각이 커질 때 증가하였으며, Halthore et al.(2005)에서의 ${\pm}3%$와 근접하였다. 네 종류 복사속 분석에서 SBDART 모델이 6S 모델에 비하여 전반적으로 우수하였으나, 근적외 파장역에서는 서로 비교할만하였다. 네개 기관의 연구자들이 같은 SBDART 모델에서 산출한 지표에서의 하향 직달일사값 간에도 $12.1Wm^{-2}(1.4%)$의 불일치가 존재하였다. 불일치의 원인은 부분적으로 복사속 적분에 있어서 서로 다르게 설정된 파장 분해능에도 있었다. 본 연구는 단파 영역에서 최적 모델을 선정하는 데 도움을 줄 수 있다.
본 연구에서는 레일리(순수 기체) 대기 조건 하에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 여덟 개 단파 복사전달모델에서 산출된 네 종류 복사속(flux) 성분을 상호비교함으로써 상대 오차를 조사하였다. 이들 복사속 성분은 지표에서의 직달 일사, 하향 산란, 상향 산란, 그리고 대기 상부에서의 상향 산란이다. 또한 국내 모델의 평가를 위하여, 15개모델을 평균한 Halthore et al.(2005) 결과(예, H15)를 기준값으로 사용하였다. 동일한 태양천정각에서 모델 간의 불일치는 열대 대기에서 수증기에 기인하였고, 한대 대기에서는 오존에 기인하였다. STREAMER를 제외한 국내 7개 모델의 지상에서의 하향 직달일사값은 H15에 대하여 ${\pm}4%$내에서 일치하였다. 이러한 상대 오차는 태양천정각이 커질 때 증가하였으며, Halthore et al.(2005)에서의 ${\pm}3%$와 근접하였다. 네 종류 복사속 분석에서 SBDART 모델이 6S 모델에 비하여 전반적으로 우수하였으나, 근적외 파장역에서는 서로 비교할만하였다. 네개 기관의 연구자들이 같은 SBDART 모델에서 산출한 지표에서의 하향 직달일사값 간에도 $12.1Wm^{-2}(1.4%)$의 불일치가 존재하였다. 불일치의 원인은 부분적으로 복사속 적분에 있어서 서로 다르게 설정된 파장 분해능에도 있었다. 본 연구는 단파 영역에서 최적 모델을 선정하는 데 도움을 줄 수 있다.
Intercomparison between eight radiative transfer codes used for the studies of COMS (Communications, Ocean, and Meteorological Satellite) in Korea was performed under pure molecular, i.e., Rayleigh atmospheres in four shortwave fluxes: 1) direct solar irradiance at the surface, 2) diffuse irradiance...
Intercomparison between eight radiative transfer codes used for the studies of COMS (Communications, Ocean, and Meteorological Satellite) in Korea was performed under pure molecular, i.e., Rayleigh atmospheres in four shortwave fluxes: 1) direct solar irradiance at the surface, 2) diffuse irradiance at the surface, 3) diffuse upward flux at the surface, and 4) diffuse upward flux at the top of the atmosphere. The result (hereafter called the H15) from Halthore et al.'s study (2005) which intercompared and averaged 15 codes was used as a benchmark to examine the COMS models. Uncertainty of the seven COMS models except STREAMER was ${\pm}4%$ with respect to the H15, comparable with ${\pm}3%$ of Halthore et al.'s (2005). The uncertainty increased under a large $SZA=75^{\circ}$. The SBDART model generally agreed with the H15 better than the 6S model, but both models in the shortwave infrared region were equally good. The direct solar irradiance fluxes at the surface, computed by the SBDARTs of four different users, were different showing a relative error of 1.4% $(12.1Wm^{-2})$. This reason was partially due to differently installing the wavelength resolution in the flux integration. This study may be useful for selecting the optimum model in the shortwave region.
Intercomparison between eight radiative transfer codes used for the studies of COMS (Communications, Ocean, and Meteorological Satellite) in Korea was performed under pure molecular, i.e., Rayleigh atmospheres in four shortwave fluxes: 1) direct solar irradiance at the surface, 2) diffuse irradiance at the surface, 3) diffuse upward flux at the surface, and 4) diffuse upward flux at the top of the atmosphere. The result (hereafter called the H15) from Halthore et al.'s study (2005) which intercompared and averaged 15 codes was used as a benchmark to examine the COMS models. Uncertainty of the seven COMS models except STREAMER was ${\pm}4%$ with respect to the H15, comparable with ${\pm}3%$ of Halthore et al.'s (2005). The uncertainty increased under a large $SZA=75^{\circ}$. The SBDART model generally agreed with the H15 better than the 6S model, but both models in the shortwave infrared region were equally good. The direct solar irradiance fluxes at the surface, computed by the SBDARTs of four different users, were different showing a relative error of 1.4% $(12.1Wm^{-2})$. This reason was partially due to differently installing the wavelength resolution in the flux integration. This study may be useful for selecting the optimum model in the shortwave region.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
, 2005). 그러므로 본연구에서는 복사전달모델 결과 간의 비교 분석을 순수 기체 대기(i.e., 레일리 대기)의 경우에 대해 적용한 이후, 장차의 연구에서는 에어러솔/구름 효과를 분석하고자 한다. 본 연구의 목적은 COMS 연구자들이 사용하고 있는 복사전달모델들의 단파 복사속 (shortwave flux) 산출값을 레일리 대기 조건 하에서 상호 비교함으로써 상대 오차를 분석하고, 자료처리 최적 모델을 제안하는데 있다.
, 레일리 대기)의 경우에 대해 적용한 이후, 장차의 연구에서는 에어러솔/구름 효과를 분석하고자 한다. 본 연구의 목적은 COMS 연구자들이 사용하고 있는 복사전달모델들의 단파 복사속 (shortwave flux) 산출값을 레일리 대기 조건 하에서 상호 비교함으로써 상대 오차를 분석하고, 자료처리 최적 모델을 제안하는데 있다.
제안 방법
COMS 연구자들이 주로 사용하는 다섯 종류의 여덟 개 모델(Table 1)을 동일한 레일리 대기 조건하에서실행하여 네 종류의 복사속 성분을 산출한 후에 상호비교하였다. 이 비교에는 기존 연구(Halthore et al.
이러한 불일치는 파장에 따른 복사속 적분에 있어서 파장 분해능 설정의 차이에도 기인하는 것으로 조사되었다. 네 종류 복사속에 대한 상대오차 추세에 있어서 SBDART가 전반적으로 6S에 비하여 HIE] 잘 일치하였으나, 근적외 파장역에서는 서로 비교할만하였다. SBDART, 6S, MODTRAN의 세 모델 간에 비교에서 복사속값들은 계통적으로 MODTRAN에서가장 컸고, 6S에서 가장 작았다.
6는 아홉 개 복사전달모델에서 산출된 단파 (SW)와 자외선(UV) 파장역에서의 연직 방향의 직 달 일사를 보여준다. 두 종류 대기(열대 및 한대), 두 개의 태양천정각(SZA = 30°, 75°)의 다른 조건을 가진 레일리 대기가 지표에 입사하는 하향 직달일사 계산에 사용되었다. 지표에 도달하는 직달일사는 모든 모델에서 SZA = 30°인 한대 대기(SAW30)에서 최대이었고, SZA = 75°인 열대 대기(TRP75)에서 최소이었다(Fig.
본 연구에서는 국외 모델 비교 결과(Halthore et al., 2005)와 함께 국내 COMS 연구자들이 사용하는 다섯 종류의 여덟 개 복사전달모델에서 산출된 네 종류 복사속값을 레일리 대기 조건 하에서 상호비교함으로써, 상대오차를 분석하였다. 이 분석에서는 네 개의 단파 영역, 두 종류 대기, 두 종류 태양 천정 각의 초기 조건을 사용하였다.
, 2005)와 함께 국내 COMS 연구자들이 사용하는 다섯 종류의 여덟 개 복사전달모델에서 산출된 네 종류 복사속값을 레일리 대기 조건 하에서 상호비교함으로써, 상대오차를 분석하였다. 이 분석에서는 네 개의 단파 영역, 두 종류 대기, 두 종류 태양 천정 각의 초기 조건을 사용하였다.
대상 데이터
흡수선 누적 모델인 KNU_LBL을제외하고 다른 모델은 흡수대 모델이다. 동일한 SBDART의 모델비교에는 네 개 기관의 연구자들이 참여하였다. 그러므로 H15을 포함할 때 총 아흡 개의 복사전달 복사속 결과값들이 비교 분석되었다.
성능/효과
(2005)와 잘 일치하였다. 지표에서의 직달일사는 태양천정각 30°-75° 범위에서 1° 증가 시에 약 20 Wm" 감소하였다. 자외선 영역의직달일사값은 단파 영역값의 1-2%에 해당하였다.
(2005)에 의하면, 같은 초기 조건 하에서 15개 모델 간에 상대오차는 약 3%이었다. H15을 배제 한국 내 사용자 모델들도 ±4% 내에서, 그리고 수증기가 적은 한대 대기에서는 ±2% 내에서 상호 일치하였다. 그러나 H15 모델에 대하여 가장 큰 불일치를 보인 STREAMER를 포함할 경우에 하향 직달일사값에 대한 상대오차는 ±20%까지 증가하였다(Fig.
2-3)은 MODT识AN에서 가장 컸고, 반면에 6S 에서 가장 작았다. SBDART 결과는 MODTRAN과 6S의 중간 정도를 보였다. 이러한 복사 속값은 대기 종류(열대, 한대)의 차이에 비하여 30° 에서 75°까지의 태양 천정각 변화에 더 민감하였다.
네 종류 복사속에 대한 상대오차 추세에 있어서 SBDART가 전반적으로 6S에 비하여 HIE] 잘 일치하였으나, 근적외 파장역에서는 서로 비교할만하였다. SBDART, 6S, MODTRAN의 세 모델 간에 비교에서 복사속값들은 계통적으로 MODTRAN에서가장 컸고, 6S에서 가장 작았다. 본 연구는 COMS 자료처리시스템과 같은 분야에서 활용할 최적 모델을 선택하는데 있어서 도움을 주며, 장차의 연구에서는에어러솔 및 구름 효과가 포함된 상태 하에서 비교분석이 필요하다.
자외선 영역의직달일사값은 단파 영역값의 1-2%에 해당하였다. STREAMER를 제외한 국내 일곱 개 모델의 지상에서의 하향 직달일사값은 국외 H15에 대하여 ±4% 내에서 일치하였으며, 이러한 상대 오차는 대기 경로가 길어지는(즉 태양천정각이 큰) 조건에서 증가하였다. 이러한 불일치 정도는 Halthore et al.
8b). 네 개의 다른 기관의 연구자들이 사용한 SBDART 결과들은 같은 초기 조건에도 불구하고 ±12 W* m2 정도의 불일치를 보였다. 이러한 원인은 파장에 따른 복사속 적분에 있어서 모델 간에 파장 분해능 설정의 차이에도 기인하는 것으로 조사되었다.
이러한 복사 속값은 대기 종류(열대, 한대)의 차이에 비하여 30° 에서 75°까지의 태양 천정각 변화에 더 민감하였다. 또한 네 종류 복사속 성분은 상대적인 크기에 있어서 지상에서의 직달 일사값이 가장 컸고(SZA = 30°에서 1400-1600 Wm-2), 그 다음에 대기 상부에서의 상향 산란값(490-590 Wm。), 지상에서의 하향 산란값 (270-490 Wm-2), 그리고 지상에서의 상향 산란값 (330-375 Wm-2) 순으로 나타났다. 모델 간에 복사 속 크기의 불일치는 복사전달과정 중에 소산 메커니즘의 차이를 반영한다.
복사속값(Figs. 2-3)은 MODT识AN에서 가장 컸고, 반면에 6S 에서 가장 작았다. SBDART 결과는 MODTRAN과 6S의 중간 정도를 보였다.
8b). 복사속값은 H15에 대하여 전반적으로 6S 모델보다 SBDART에서 더 잘 일치하였다(Table 2). 그러나 SZA = 75°인 SWIR 파장역 (0.
2와 같은 초기 조건에서 지표에서의 하향 산란 복사속을 보여준다. 세 모델들에서 계산된 하향 산란값은 0.3 呻 부근에서 ZGOVgOWnf2으로가장 컸다. MODTRAN(Fig.
하향 직 달 일사값은 대기 종류보다는 태양천정각의 변화에 더 민감하였다. 세 모델들은 0.5 卩m에서의 지표 하향 직 달 일사값을 SZA = 30°에서 1400-1600 Wmf 그리고 SZA = 75°에서 300-350 Wm「2를 보였다. 이러한 값은 MODTRAN(Fig.
같은 태양천정각 조건 하에서 지표에 도달하는 직달일사가 열대 대기보다 한대 대기에서 큰 것은 수증기가 많은 습한 열 대대기에서의 직달일사 소산이 건조한 한대 대기에 비하여 상대적으로 큼을 의미한다. 전체 아홉 개 모델값 중에서 STREAMER(그림에서 Model number 8) 의 불일치가 현저하였다.
직하점 방향(SZA = 0°)에서 지표에 입사하는 자외선(UV) 영역의 직달일사는 태양천정각이 30°인 열 대대기에서 최대로 나타남으로써 단파(SW) 영역에서 의결과(Fig. 6a; SZA = 30°인 한대 대기에서 최대)와 다르게 나타났다(Fig. 6b). 이러한 결과는 자외선의 경우에 수증기 보다는 오존 소산에 더 지배적인 영향을 받는데 기인한다.
후속연구
et al.(2005)에서 시도된 바가 있으나, 같은 모델 결과 간에도 사용자들의 실행 방법이나 응용에 따라 상당한 차이가 나타날 수 있으므로, 본 연구는 국내 사용자들에게 유용하리라고 판단된다. 다시 말해, 해당 연구는 모델들의 장단점과 사용자의 운용 능력도 평가할 수 있다는 점에서 중요하다.
SBDART, 6S, MODTRAN의 세 모델 간에 비교에서 복사속값들은 계통적으로 MODTRAN에서가장 컸고, 6S에서 가장 작았다. 본 연구는 COMS 자료처리시스템과 같은 분야에서 활용할 최적 모델을 선택하는데 있어서 도움을 주며, 장차의 연구에서는에어러솔 및 구름 효과가 포함된 상태 하에서 비교분석이 필요하다.
참고문헌 (13)
기상연구소, 2005, 통신해양기상위성 기상자료 처리시스템(II). 846 p
이광목, 2000, 대기복사(장파복사와 응용). 시그마프레스, 서울, 174 p
Berk, A., and Coauthors, 2003, MODTRAN-4 Version 3 Revision 1 User's Manual, Air Force Research Laboratory. Hanscom AFB, MA 01731-3010, 91 p
Cermak, J.B., and Bendix, J., 2005, A microphysics-based approach to fog/low stratus detection and discrimination using satellite data. COST 722 Midterm Workshop, Langen, Germany
Chou, M.D., and Lee, K.T., 1996, Parameterizations for the absorption of solar radiation by water vapor and ozone. Journal of the Atmospheric Sciences, 53, 1203-1208
Halthore, R.N., and Coauthors, 2005, Intercomparison of shortwave radiative transfer codes and measurements. Journal of Geophysical Research, 110, D11206
Knapp, K.R., and Vonder Haar, T.H., 2002, Aerosol optical depth retrieved from GOES-8: Uncertainty study and retrieval validation over South America. Journal of Geophysical Research, 107, D7, 4055-4059
Peixoto, J.P., and Oort, A.H., 1992, Physics of Climate, MIT, New York, 520 p
Ricchiazzi, P., Yang, C, Gautier, C, and Sowle, D., 1998, A research and teaching software tool for plane-parallei radiative transfer in the earth's atmosphere. Bulletin of the American Meteorological Society, 79, 2101-2114
Underwood, S.J., Ellrod, GP., and Kuhnert, A.L., 2004, A multiple-case analysis of nocturnal radiation-fog development in the central valley of California utilizing the GOES nighttime fog product. Journal of Applied Meteorology, 43, 297-310
Vermote, E.F., Tanre, D., Deuze, J.L., Herman, M., and Morcrette, J. J., 1997, Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum, 6S: An overview. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 35 (3), 675-686
Yoo, J.M., Jeong, M.J., and Yun, M.Y, 2006, Optical characteristics of fog from satellite observation (MODIS) and numerical simulation. The Journal of the Korean Meteorological Society, 42 (5), 291-305
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.