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문제 정의
- 황사는 다양한 고도로 장거리 이동하며 타 오염 입자와 혼합되기도 하는데, 선포토미터 데이터로는 이러한 점을 파악할 수 없다. 이에 본 연구에서는 선포토미터와 라이다로부터 산출된 편광소멸도를 비교하고, 에어로졸 농도와 고도 분포 특성을 확인하였다.
제안 방법
- LDPR과 가장 높은 상관관계를 보인 1020 nm에서의 SDPR값을 기준으로 편광소멸도 값을 0.05 간격으로 그룹을 나누었다. 표 1은 각 그룹에 속하는 데이터의 개수를 표시한다.
- 본 연구에서는 제주 고산(33.29 N, 126.16 E)과 공주(36.47 N, 127.14 E)에서 선포토미터로 측정된 데이터를 분석하여 SDPR을 산출하고, 동 시간대에 관측된 라이다 데이터를 확인하여 데이터가 존재하는 경우 LDPR을 산출하였다. 두 관측 시스템으로 측정된 데이터로부터 산출된 편광소멸도의 상관관계 분석을 수행하였다.
- 14 E) AERONET 사이트에서 관측된 데이터를 분석하여 SDPR을 산출하였다. 산출된 SDPR와 비교 분석을 위하여 같은 지역에서 동 시간대에 관측된 라이다 자료를 확보하여 LDPR을 산출하였다. 두 지역에서 확보된 데이터의 개수는 고산과 공주에서 각각 139개와 44개이다.
- 두 관측 시스템으로 측정된 데이터로부터 산출된 편광소멸도의 상관관계 분석을 수행하였다. 상관관계 분석 후 1020 nm의 SDPR을 기준으로 표 1에서 보여주는 바와 같이 가장 낮은 SDPR부터 0.05의 간격으로 그룹을 지었다. 이후 각 그룹에 속하는 라이다 데이터를 확인하여 대기 에어로졸의 고도별 분포를 알 수 있는 후방산란계수(Backscatter coefficient)와 편광소멸도의 평균값을 각 그룹별로 표시하는 방식으로 분석을 수행하였다.
- 05의 간격으로 그룹을 지었다. 이후 각 그룹에 속하는 라이다 데이터를 확인하여 대기 에어로졸의 고도별 분포를 알 수 있는 후방산란계수(Backscatter coefficient)와 편광소멸도의 평균값을 각 그룹별로 표시하는 방식으로 분석을 수행하였다. 이후 각 그룹에 속하는 선포토미터 데이터 중 단산란 알베도(Single Scattering Albedo: SSA), 입자 크기 분포, 그리고 부피 농도를 라이다 자료와 비교하여 편광소멸도와 고도 분포에 대한 상관 연구를 수행하였다.
- 이후 각 그룹에 속하는 라이다 데이터를 확인하여 대기 에어로졸의 고도별 분포를 알 수 있는 후방산란계수(Backscatter coefficient)와 편광소멸도의 평균값을 각 그룹별로 표시하는 방식으로 분석을 수행하였다. 이후 각 그룹에 속하는 선포토미터 데이터 중 단산란 알베도(Single Scattering Albedo: SSA), 입자 크기 분포, 그리고 부피 농도를 라이다 자료와 비교하여 편광소멸도와 고도 분포에 대한 상관 연구를 수행하였다.
대상 데이터
- 2011년부터 2014년까지 제주 고산(33.29 N, 126.16 E)과 2012년 공주(36.47 N, 127.14 E) AERONET 사이트에서 관측된 데이터를 분석하여 SDPR을 산출하였다. 산출된 SDPR와 비교 분석을 위하여 같은 지역에서 동 시간대에 관측된 라이다 자료를 확보하여 LDPR을 산출하였다.
- 산출된 SDPR와 비교 분석을 위하여 같은 지역에서 동 시간대에 관측된 라이다 자료를 확보하여 LDPR을 산출하였다. 두 지역에서 확보된 데이터의 개수는 고산과 공주에서 각각 139개와 44개이다.
데이터처리
- 14 E)에서 선포토미터로 측정된 데이터를 분석하여 SDPR을 산출하고, 동 시간대에 관측된 라이다 데이터를 확인하여 데이터가 존재하는 경우 LDPR을 산출하였다. 두 관측 시스템으로 측정된 데이터로부터 산출된 편광소멸도의 상관관계 분석을 수행하였다. 상관관계 분석 후 1020 nm의 SDPR을 기준으로 표 1에서 보여주는 바와 같이 가장 낮은 SDPR부터 0.
이론/모형
- 본 연구에서는 식 (1)에서 설명된 바와 같이 Lee et al. (2010)의 방법을 이용하여 제주 고산과 공주에서 측정된 선포토미터 데이터를 분석하여 편광소멸도를 산출하였다.
성능/효과
- 20 이상의 높은 SDPR가 측정되었을 때는 라이다 편광소멸도가 전체적으로 증가하는 경향을 보이지만 2 km 이상 상층의 편광소멸도가 특히 높게 증가되는 뚜렷한 경향을 확인하였다. 0.05 이하의 가장 낮은 편광소멸도 값의 분포 영역 외에도 0.05에서 0.20 사이의 SDPR에서도 상층에서 높은 라이다 편광소멸도가 측정되었다. 하지만 2 km 이하 하층의 경우에는 높은 후방산란계수에 비하여 낮은 라이다 편광소멸도가 측정되었다.
- 4는 각 그룹의 부피 농도를 조대입자(coarse mode)와 미세입자(fine mode) 부분과 둘을 모두 포함하는 전체로 구분하여 보여준다. SDPR이 증가함에 따라(상위 그룹일수록) 조대입자의 부피 농도와 함께 부피 농도 총량이 증가함을 보이는 반면 미세입자 부피 농도는 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 SDPR의 값이 높을수록 황사가 주성분인 고농도 현상이 발생 했음을 의미한다.
- 2는 라이다로 산출된 532 nm에서의 LDPR와 선포토미터로 산출된 440, 675, 870, 1020 nm에서의 SDPR을 비교한 결과를 보여준다. 각 파장별 상관계수는 440, 675, 870, 1020 nm에서 고산과 공주에서 각각 0.26, 0.64, 0.76, 0.79와 0.62, 0.90, 0.92, 0.92로 네 파장 모두에서 공주에서 더 높은 상관관계를 보였다. 두 지역 모두 440 nm에서 가장 낮은 상관계수를 보였고, 파장이 증가할 수록 상관계수도 높아져 1020 nm에서 가장 높은 상관관계를 보였다.
- 편광소멸도는 상위 그룹으로 갈수록 증가하는 경향을 보였다. 높은 그룹으로 갈수록 상층의 편광소멸도가 높은 값으로 증가하는 경향이 뚜렷하게 보였다. 공주의 경우 4 그룹(Fig.
- 3은 각 그룹에 속한 라이다 자료로 산출한 후방산란계수와 편광소멸도 값의 고도별 평균값을 나타냈다. 대기 에어로졸의 고도별 농도분포에 대한 정보를 제공하는 후방산란계수는 5 그룹까지 하층에서 높은 값을 보이고 상층으로 올라갈수록 값이 감소하는 경향을 보였다. 다만, 높은 그룹으로 갈수록(1 그룹(Fig.
- 92로 네 파장 모두에서 공주에서 더 높은 상관관계를 보였다. 두 지역 모두 440 nm에서 가장 낮은 상관계수를 보였고, 파장이 증가할 수록 상관계수도 높아져 1020 nm에서 가장 높은 상관관계를 보였다.
- 본 연구를 통하여 라이다와 선포토미터로 산출한 편광소멸도 값이 높은 상관관계를 보임을 확인하였다. 선포토미터로 산출된 편광소멸도 값과 동 시간대에 관측된 라이다의 고도별 편광소멸도를 분석한 결과, 0.
- 본 연구를 통하여 라이다와 선포토미터로 산출한 편광소멸도 값이 높은 상관관계를 보임을 확인하였다. 선포토미터로 산출된 편광소멸도 값과 동 시간대에 관측된 라이다의 고도별 편광소멸도를 분석한 결과, 0.20 이상의 높은 SDPR가 측정되었을 때는 라이다 편광소멸도가 전체적으로 증가하는 경향을 보이지만 2 km 이상 상층의 편광소멸도가 특히 높게 증가되는 뚜렷한 경향을 확인하였다. 0.
- 5는 각 그룹별로 단산란 알베도(SSA)의 파장별 변화를 보여준다. 편광소멸도가 가장 높은 6 그룹에서는 440 nm에서 가장 낮은 값을 보이고 파장이 증가함에 따라 SSA도 증가하는 경향이 뚜렷하다. 파장이 증가함에 따라 SSA가 증가하는 특징은 황사입자의 전형적인 형태이다(Noh et al.
- 4, 5와 같은 그룹의 입자크기 분포를 보여준다. 편광소멸도가 가장 높은 값을 보일 때, 조대입자의 크기분포는 증가하고 미세입자의 상대적인 분포는 감소한다. 편광소멸도가 감소할수록 조대입자의 분포는 줄어들고 미세입자의 분포는 높아지는 것을 확인할 수 있다.
- 편광소멸도가 가장 높은 값을 보일 때, 조대입자의 크기분포는 증가하고 미세입자의 상대적인 분포는 감소한다. 편광소멸도가 감소할수록 조대입자의 분포는 줄어들고 미세입자의 분포는 높아지는 것을 확인할 수 있다. 조대입자의 주요 성분은 황사이고 미세입자의 주요성분은 오염입자이다.
후속연구
- 본 연구에서의 이상과 같은 연구 황사의 이동현상을 설명하는데 매우 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 선포토미터 데이터로 편광소멸도를 산출하여 황사와 오염입자의 혼합 특성을 연구하는데 유용한 정보가 될 것이다.
- 이는 황사가 주로 상층으로 이동하는 경우가 많거나 하층으로 이동하는 경우라도 오염입자와 혼합되어 편광소멸도가 낮아지는 것으로 설명될 수 있다. 본 연구에서의 이상과 같은 연구 황사의 이동현상을 설명하는데 매우 유용한 정보로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 선포토미터 데이터로 편광소멸도를 산출하여 황사와 오염입자의 혼합 특성을 연구하는데 유용한 정보가 될 것이다.
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