본 연구에서는 에어러솔 대기 상태에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 세 개의 단파 복사전달모델에서 산출된 복사속 성분을 비교분석하였으며, 대기 복사 수지에서 에어러솔 역할도 분석하였다. 국내 모델들의 평가를 위하여, 15개 모델값을 평균한 Halthore et al.(2005) 결과를 기준값으로 사용하였다. 두 종류 에어러솔 농도(AOT=0.08, 0.24)에서 조사된 열대 또는 한대 대기의 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사 및 상향 산란, 대기 상부의 상향 산란, 그리고 대기 흡수도의 복사 성분들에 있어서 국외 연구에 비하여 국내 결과들에서 체계적으로 약하게 나타났다. 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사에 대하여 $-10{\sim}-40Wm^{-2}$ 이었으며, 지표 및 대기 상부의 상향 산란의 경우에 상대적으로 큰 태양천정각과 고농도 에어러솔 상태에서 컸다. 두 종류 에어러솔 조건에서 지표에서의 하향 및 상향 산란값들은 대기 종류보다는 태양천정각에 더 민감하였다. 하향 산란은 상대적으로 작은 태양천정각과 고농도 에어러솔 조건에서 컸다. 에어러솔 농도 증가는 하향 산란 증가에도 불구하고 하향 직달 일사의 감소가 이를 초과함으로써 지표 냉각을 유도하는 것으로 조사되었다. 동일한 에어러솔 농도 및 태양천정각 조건에서 직달일사 소산은 열대 대기에서는 주로 수증기, 그리고 한대 대기에서는 수증기뿐만 아니라 오존에도 기인하는 것으로 조사되었다. 특히 열대 대기에서는 수증기의 역할이 오존에 비하여 $3{\sim}4$배 컸다. 저농도 및 고농도 에어러솔 대기에서 대기 흡수도는 국내외 연구간에 ${\pm}10%$ 내에서 일치하였다.
본 연구에서는 에어러솔 대기 상태에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 세 개의 단파 복사전달모델에서 산출된 복사속 성분을 비교분석하였으며, 대기 복사 수지에서 에어러솔 역할도 분석하였다. 국내 모델들의 평가를 위하여, 15개 모델값을 평균한 Halthore et al.(2005) 결과를 기준값으로 사용하였다. 두 종류 에어러솔 농도(AOT=0.08, 0.24)에서 조사된 열대 또는 한대 대기의 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사 및 상향 산란, 대기 상부의 상향 산란, 그리고 대기 흡수도의 복사 성분들에 있어서 국외 연구에 비하여 국내 결과들에서 체계적으로 약하게 나타났다. 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사에 대하여 $-10{\sim}-40Wm^{-2}$ 이었으며, 지표 및 대기 상부의 상향 산란의 경우에 상대적으로 큰 태양천정각과 고농도 에어러솔 상태에서 컸다. 두 종류 에어러솔 조건에서 지표에서의 하향 및 상향 산란값들은 대기 종류보다는 태양천정각에 더 민감하였다. 하향 산란은 상대적으로 작은 태양천정각과 고농도 에어러솔 조건에서 컸다. 에어러솔 농도 증가는 하향 산란 증가에도 불구하고 하향 직달 일사의 감소가 이를 초과함으로써 지표 냉각을 유도하는 것으로 조사되었다. 동일한 에어러솔 농도 및 태양천정각 조건에서 직달일사 소산은 열대 대기에서는 주로 수증기, 그리고 한대 대기에서는 수증기뿐만 아니라 오존에도 기인하는 것으로 조사되었다. 특히 열대 대기에서는 수증기의 역할이 오존에 비하여 $3{\sim}4$배 컸다. 저농도 및 고농도 에어러솔 대기에서 대기 흡수도는 국내외 연구간에 ${\pm}10%$ 내에서 일치하였다.
Intercomparison among the three radiative transfer models (RTMs) which have been used in the studies for COMS, was carried out on the condition of aerosol-laden atmospheres. Also the role of aerosols in the atmospheric radiation budget was analyzed. The results (hereafter referred to as H15) from Ha...
Intercomparison among the three radiative transfer models (RTMs) which have been used in the studies for COMS, was carried out on the condition of aerosol-laden atmospheres. Also the role of aerosols in the atmospheric radiation budget was analyzed. The results (hereafter referred to as H15) from Halthore et al.'s study (2005) were used as a benchmark to examine the models. Aerosol Radiative Forcing (ARF) values from the three RTMs, calculated under two conditions of Aerosol Optical Thickness (AOT=0.08, 0.24), were systematically underestimated in comparison to H15 in the following shortwave components; 1) direct and diffuse irradiance at the surface, 2) diffuse upward fluxes at the surface and the top of the atmosphere, and 3) atmospheric absorbance. The ARF values for the direct and diffuse fluxes at the surface was $-10{\sim}-40Wm^{-2}$. The diffuse upward values became larger with increasing both AOT and Solar Zenith Angle (SZA). Diffuse upward/downward fluxes at the surface were more sensitive to the SZA than to the atmospheric type. The diffuse downward values increased with increasing AOT and decreasing SZA. The larger AOT led to surface cooling by exceeding the reduction of direct irradiance over the enhancement of diffuse one at the surface. The extinction of direct solar irradiance was due mainly to water vapor in tropical atmospheres, and to both ozone and water vapor in subarctic atmospheres. The effect of water vapor in the tropics was $3{\sim}4$ times larger than that of the ozone. The absorbance values from the three RTMs agree with those from H15 within ${\pm}10%$.
Intercomparison among the three radiative transfer models (RTMs) which have been used in the studies for COMS, was carried out on the condition of aerosol-laden atmospheres. Also the role of aerosols in the atmospheric radiation budget was analyzed. The results (hereafter referred to as H15) from Halthore et al.'s study (2005) were used as a benchmark to examine the models. Aerosol Radiative Forcing (ARF) values from the three RTMs, calculated under two conditions of Aerosol Optical Thickness (AOT=0.08, 0.24), were systematically underestimated in comparison to H15 in the following shortwave components; 1) direct and diffuse irradiance at the surface, 2) diffuse upward fluxes at the surface and the top of the atmosphere, and 3) atmospheric absorbance. The ARF values for the direct and diffuse fluxes at the surface was $-10{\sim}-40Wm^{-2}$. The diffuse upward values became larger with increasing both AOT and Solar Zenith Angle (SZA). Diffuse upward/downward fluxes at the surface were more sensitive to the SZA than to the atmospheric type. The diffuse downward values increased with increasing AOT and decreasing SZA. The larger AOT led to surface cooling by exceeding the reduction of direct irradiance over the enhancement of diffuse one at the surface. The extinction of direct solar irradiance was due mainly to water vapor in tropical atmospheres, and to both ozone and water vapor in subarctic atmospheres. The effect of water vapor in the tropics was $3{\sim}4$ times larger than that of the ozone. The absorbance values from the three RTMs agree with those from H15 within ${\pm}10%$.
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문제 정의
Table 1. Radiative Transfer Models (RTMs), their characteristics and investigators in this study. Here the model abbreviations are as follows; Average of 15 models in the study of Halthore et al.
LBL의 에어러솔 강제력은 태양 천정 각에 대하여 상대적으로 덜 민감하였다. 본 연구는에어러솔 대기 하에서 대기 변수에 따른 모델 간의 상대 오차를 분석함으로서 에어러솔 자료처리를 위한 모델을 선택하고 기후 변화에서의 에어러솔 역할을 정량적으로 이해하는데 도움을 준다. 장차 연구에서는 모델 간 불일치에 대한 구체적인 원인 분석과 함께, 에어러솔의 광학적 특성이 그 종류에 따라 광범위하게 변하는 것을 고려하여, 보다 다양한 종류의에어러솔(biomass burning smoke, mineral dust, sulfate, sea salt 등)에 대한 수치실험이 요구된다.
그러므로 복사 수지에서의 에어러솔 역할을 이해하는 것은 기후 변화연구의 관점에서도 중요하다. 본 연구의 목적은 COMS 연구자들이 사용하고 있는 복사전달모델에서의 단파 복사속 (shortwave flux) 산출값을 에어러솔존재의 대기 조건 하에서 상호 비교함으로써 모델간 상대 오차를 조사하고, 대기 복사에서 에어러솔역할을 정량화하여 분석하는데 있다.
가설 설정
에어러솔강제력(또는 강제력과 관련된 복사속 변화)에 있어서 현재의 불일치 정도는 대기 종류에 대하여는 덜 민감하여(Fig. 6b, d), 에어러솔에 비하여 수증기나 오존 효과는 적은 것으로 판단된다.
제안 방법
Table 2. Spectral values of extinction efficiency (Qext), single scattering albedo (co) and asymmetry factor (g) used to define aerosol optical property in this study. These parameters have been obtained from the Mie theory, using the assumptions as follows; 1) log normal distribution, 2) geometric mean radius of aerosols r = 0.
본 연구에서는 국내 연구자들이 주로 사용하는 두종류의 세 개 복사전달모델(Table 1)을 동일한 에어러솔 대기 조건하에서 실행하여 다섯 종류 복사속성분을 산출한 후에 상호 비교하였다. 이 비교에는세 개 모델 외에 기존 연구(Halthore et al, 2005) 결과도 포함되었다.
본 연구에서는 국외 모델 결과(H15)와 함께 국내 COMS 연구자들이 사용하는 두 종류의 세 개 복사전달모델에서 산출된 단파 복사속 성분들을 에어러솔존재 대기 조건에서 비교분석하였으며, 대기 복사 수지에서의 에어러솔 역할도 분석하였다. 이 조사에서는 두 종류 에어러솔 농도(AOT = 0.
수치실험을 위한 대기의 초기 조건으로 온도(T), 수증기(W), 오존(。3)의 연직 분포뿐만 아니라 에어러솔 정보 등도 각 모_델에 대하여 다음과 같이 동일하게 주어졌다(Fig. 1); 저농도 에어러솔(0.55 旧n에서 Aerosol Optical Thickness, AOT = 0.08)과 고농도 에어러솔(AOT = 0.24), 한대 대기 (subarctic winter; SAW)와 열대 대기(tropical; TRP), 태양 천정각(SZA = 30°, 75°), 네 파장역(단파 SW 0.28-5.00 gm, 가시광선 VIS 0.35-0.70 μm, 자외선 UV 0.2(40.35 μm, 근적외선 SWIR 0.70-5.00 gm), 파장에 의존하지 않는 Lambertian 표면 반사도(0.2), 그리고 이산화탄소농도(360 ppm). (주의: 본 연구에서는 언급된 네 개의파장역 중에 특히 포괄적인 SW 0.
에어러솔 역할도 분석하였다. 이 조사에서는 두 종류 에어러솔 농도(AOT = 0.08, 0.24), 두 종류 대기(열대, 한대), 그리고 두 개의 태양천정각 (SZA = 30°, 75°)가 초기 조건으로 사용되었다.
대상 데이터
, 1998)와 홉수선 누적 모델인 KNU-LBL(Kangnung National University Line-By-Line model; Chou and Lee, 1996)이다. 동일한 SBDART의 모델 비교에는 두 개 기관(이화여자대학교, 연세대학교)의 연구자들이 참여하였다. 이들 모델에 대한 개략적인 설명 은유 정문 외(2007)에 기술되어 있다.
성능/효과
이 표에서 보는 바와 같이, 에어러솔 농도에 가장 큰 변화를 보이는 복사속 성분, 즉 지표에서의 직달 일사(F'diMFc)는 열대 대기 경우에 태양천정각에 관계없이 오존보다 수증기에 의하여 더 많이 감소함을 알 수 있다. 구체적으로 SZA = 30°인 열대 대기에서 에어러솔, 수증기, 오존 모두에 의한 에어러솔 강제력은 -148.17 Wm「2이었고, 수증기 및 오존 부재 시에는 -161.75 Wnf이었다. 두 조건 차에 의한 강제력 변화(13.
동일한 에어러솔 농도 및 태양천정각 조건에서 직 달 일사 소산은 열대 대기에서는 주로 수증기, 그리고 한대 대기에서는 수증기뿐만 아니라 오존에도 기인하는 것으로 조사되었다. 특히 열대 대기에서는 수증기의 역할이 오존에 비하여 3T배 컸다.
두 종류 에어러솔 조건에서 지표에서의 하향 및 상향 산란값은 대기 종류보다는 태양천정각에 더 민감하였다. 하향 산란은 상대적으로 작은 태양 천정 각과 고농도 에어러솔 조건에서 컸다.
대기 흡수도에 대한 국내외 모델 간에 불일치는 SBDART 모델에 비하여 KNU-LBL에서 컸으며, 이에 대한 원인 분석이 장차 요구된다. 또한 다른 모델에 비하여 KNU.LBL의 에어러솔 강제력은 태양 천정 각에 대하여 상대적으로 덜 민감하였다. 본 연구는에어러솔 대기 하에서 대기 변수에 따른 모델 간의 상대 오차를 분석함으로서 에어러솔 자료처리를 위한 모델을 선택하고 기후 변화에서의 에어러솔 역할을 정량적으로 이해하는데 도움을 준다.
일반적으로 열대 대기는 한대 대기에 비하여 상대적으로 많은 수증기량을 포함하므로, 이러한 차이가 순수한 에어러솔 효과와는 별도로 복사속에 영향을 주게 된다. 본 연구에서의 에어러솔 강제력은 앞서 언급한 바와 같이 주어진 수증기와 오존의 연직 분포에서 에어러솔 대기 복사속으로부터 레일리 대기 복사속을 감한 것으로 정의하였다. 따라서 열 대대기와 한대 대기 간의 에어러솔 강제력 차이를 이해하기 위하여는 이들 대기의 복사 수지에서 수증기나 오존의 역할을 각각 조사할 필요가 있다.
, 2003). 세 개의 국내 모델들(model number 2, 3 and 4)의 하향 산란값은 H15(model number 1)에 비하여 2~10% 정도 작았으며, 이러한경향은 고농도 에어러솔 대기보다는 저농도 대기에서상대적으로 현저하였다. SZA = 75°인 저농도 에어러솔 대기의 경우에 국내 모델값들은 H15에 비하여 10% 정도 작았다(Fig.
고농도 에어러솔 하에 하향 산란이 큰 원인은 에어러솔 농도가 증가할수록 하향 산란의 단파 복사가 증가하기 때문이다(Cho et al, 2003). 에어러솔 농도 증가는 하향 산란 증가에도 불구하고 하향 직달 일사의 감소가 이를 초과함으로써 지표 냉각을 유도하는 것으로 조사되었다.
열대 또는 한대 대기의 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사 및 상향 산란, 대기 상부의 상향 산란, 그리고 대기 흡수도의 복사 성분들에 있어서 국외 연구에 비하여 국내 결과들에서 체계적으로 약하게 나타났다. 좀더 구체적으로 보면, 국내 모델들의강제력은 H15에 비하여 한대 대기 지표에서의 하향일사에서 4 Wm-2, 상향 산란에서 0.
39Wm「2)보다 다소 컸다(Table 3). 열대및 한대 대기들에 대한 결과를 요약하면, 열대 대기의 직달 일사 복사속 변화에서는 오존에 비하여 수증기 효과가 컸으며, 한대 대기에서는 두 기체의 효과가 거의 비슷하였다. 이러한 원인은 열대 대기가한대 대기에 비하여 대기 복사의 소산에 중요한 수증기를 많이 포함하는 데에 있다.
24, 그리고 SZA = 30°, 75° 조건에서 실시되었으며, 구름 효과를 고려하지 않았다. 이 표에서 보는 바와 같이, 에어러솔 농도에 가장 큰 변화를 보이는 복사속 성분, 즉 지표에서의 직달 일사(F'diMFc)는 열대 대기 경우에 태양천정각에 관계없이 오존보다 수증기에 의하여 더 많이 감소함을 알 수 있다. 구체적으로 SZA = 30°인 열대 대기에서 에어러솔, 수증기, 오존 모두에 의한 에어러솔 강제력은 -148.
후속연구
(2005) 에서 16 종류의 모델을 사용하여 다양한 대기 상태 (순수기체, 에어러솔, 구름) 하에서 시도된 바 있다. 그러나 같은 모델 결과 간에도 사용자들의 실행 방법이나 목적에 따라 상당한 차이가 나타날 수 있으므로, 본 연구는 국내 사용자들에게 도움을 줄 수 있다. 이러한 모델 비교 분석은 모델의 장단점과 사용자의 운용 능력의 평가 분야뿐만 아니라 모델 개발능력의 향상을 통한 지적 소유권 확보에도 유용하다.
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