차등흡수분광기술을 이용한 지상기반 Pandora 관측으로부터의 대기 중 이산화질소 칼럼농도 산출 Retrieval of Nitrogen Dioxide Column Density from Ground-based Pandora Measurement using the Differential Optical Absorption Spectroscopy Method원문보기
본 연구에서는 처음으로 차등흡수분광기술(Differential Optical AbsorptionSpectroscopy, DOAS) 중 광학 두께 피팅(optical densityfitting) 방법을 이용하여 지상기반 원격 측정 장비인 Pandora의 복사휘도 자료로부터 2014년 5월부터 12월 사이 서울에서의 대류권이산화질소 연직칼럼농도를 산출하였다. 본 연구에서는 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 Aura 위성의 OMI (Ozone Monitoring Instrument) 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 비교하였다. Pandora로 부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도 사이의 상관계수(Correlation coefficient, R)는 0.55로 나타났다. 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와의 비교를 위해 AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) 관측 자료를 이용하여 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하였다. 현장 측정 자료의 지표 이산화질소 혼합비는 5.5 ppbv에서 61.5 ppbv의 범위로 분포하였으며 Pandora와 OMI 센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 각각 2.1 ppbv에서 44.2 ppbv, 0.9 ppbv에서 11.6 ppbv의 범위로 분포하였다. Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교적 비슷한 범위로 분포하였으나, OMI센서로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비는 현장 측정 장비와 Pandora의 이산화질소 혼합비에 비해 좁은 범위로 분포하였다. 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 상관관계(R = 0.50)는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 OMI로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 상관관계(R = 0.36)보다 좋은 것으로 나타났다. 이는 위성 기반 원격 측정 장비인 OMI센서는 지상 기반 원격 측정 장비인 Pandora 장비와 현장 측정 장비에 비하여 높은 고도에서 측정함으로써 지표 부근에 이산화질소에 대한 민감도가 떨어지기 때문인 것으로 생각된다.
본 연구에서는 처음으로 차등흡수분광기술(Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS) 중 광학 두께 피팅(optical density fitting) 방법을 이용하여 지상기반 원격 측정 장비인 Pandora의 복사휘도 자료로부터 2014년 5월부터 12월 사이 서울에서의 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 산출하였다. 본 연구에서는 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 Aura 위성의 OMI (Ozone Monitoring Instrument) 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 비교하였다. Pandora로 부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도 사이의 상관계수(Correlation coefficient, R)는 0.55로 나타났다. 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와의 비교를 위해 AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) 관측 자료를 이용하여 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하였다. 현장 측정 자료의 지표 이산화질소 혼합비는 5.5 ppbv에서 61.5 ppbv의 범위로 분포하였으며 Pandora와 OMI 센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 각각 2.1 ppbv에서 44.2 ppbv, 0.9 ppbv에서 11.6 ppbv의 범위로 분포하였다. Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교적 비슷한 범위로 분포하였으나, OMI센서로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비는 현장 측정 장비와 Pandora의 이산화질소 혼합비에 비해 좁은 범위로 분포하였다. 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 상관관계(R = 0.50)는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 OMI로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 상관관계(R = 0.36)보다 좋은 것으로 나타났다. 이는 위성 기반 원격 측정 장비인 OMI센서는 지상 기반 원격 측정 장비인 Pandora 장비와 현장 측정 장비에 비하여 높은 고도에서 측정함으로써 지표 부근에 이산화질소에 대한 민감도가 떨어지기 때문인 것으로 생각된다.
We, for the first time, retrieved tropospheric nitrogen dioxide ($Trop.NO_2$) vertical column density (VCD) from ground-based instrument, Pandora, using the optical density fitting based on Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS)in Seoul for the period from May 2014 to Decembe...
We, for the first time, retrieved tropospheric nitrogen dioxide ($Trop.NO_2$) vertical column density (VCD) from ground-based instrument, Pandora, using the optical density fitting based on Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS)in Seoul for the period from May 2014 to December 2014. The $Trop.NO_2$ VCDs retrieved from Pandora were compared with those obtained from Ozone Monitoring Instrument (OMI). A correlation coefficient (R) between those retrieved from Pandora and those obtained from OMI is 0.55. To compare with surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ, Trop. $NO_2$ VCDs retrieved from Pandora and those obtained from OMI are converted into $NO_2$ VMRs in boundary layer (BLH $NO_2$ VMRs) using data measured from Atmospheric Infrared Sounder (AIRS). Surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ range from 5.5 ppbv to 61.5 ppbv. BLH $NO_2$ VMRs retrieved from Pandora and OMI range from 2.1 ppbv to 44.2 ppbv and from 0.9 ppbv to 11.6 ppbv, respectively. The range of BLH $NO_2$ VMRs retrieved from OMI is narrower than that of BLH $NO_2$ VMRs retrieved from Pandora and surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ. There is a batter correlation between surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ and BLH $NO_2$ VMRs retrieved from Pandora (R= 0.50)than the correlation between surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ and BLH $NO_2$ VMRs retrieved from OMI (R = 0.36). This poor correlation is thought to be due to the lower near-surface sensitivity of the satellite-based instrument (OMI) than Pandora, the ground-based instrument.
We, for the first time, retrieved tropospheric nitrogen dioxide ($Trop.NO_2$) vertical column density (VCD) from ground-based instrument, Pandora, using the optical density fitting based on Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS)in Seoul for the period from May 2014 to December 2014. The $Trop.NO_2$ VCDs retrieved from Pandora were compared with those obtained from Ozone Monitoring Instrument (OMI). A correlation coefficient (R) between those retrieved from Pandora and those obtained from OMI is 0.55. To compare with surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ, Trop. $NO_2$ VCDs retrieved from Pandora and those obtained from OMI are converted into $NO_2$ VMRs in boundary layer (BLH $NO_2$ VMRs) using data measured from Atmospheric Infrared Sounder (AIRS). Surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ range from 5.5 ppbv to 61.5 ppbv. BLH $NO_2$ VMRs retrieved from Pandora and OMI range from 2.1 ppbv to 44.2 ppbv and from 0.9 ppbv to 11.6 ppbv, respectively. The range of BLH $NO_2$ VMRs retrieved from OMI is narrower than that of BLH $NO_2$ VMRs retrieved from Pandora and surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ. There is a batter correlation between surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ and BLH $NO_2$ VMRs retrieved from Pandora (R= 0.50)than the correlation between surface $NO_2$ VMRs obtained from in-situ and BLH $NO_2$ VMRs retrieved from OMI (R = 0.36). This poor correlation is thought to be due to the lower near-surface sensitivity of the satellite-based instrument (OMI) than Pandora, the ground-based instrument.
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문제 정의
(2013) 은 Pandora로부터 관측된 복사휘도 자료를 직접 피팅하는 빛의 강도 피팅(Intensity fitting) 기법을 통해 산출된 이산화질소 칼럼농도를 이용하여 이산화질소의 특성을 분석하였다. 본 선행연구는 이산화질소의 농도가 높은 동아시아의 주요 도시인 서울지역의 Pandora로부터 산출된 이산화질소 연직칼럼농도를 이용한 분석을 실시하였고, 이를 OMI 센서로부터 산출된 이산화질소 연직칼럼농도와 비교하는 연구를 수행하였다.
) 자료로부터 서울에서의 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 산출하였다. 본 연구에서는 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 비교하여 각 산출물 사이의 상관 관계를 제시하였다. 추가적으로, Pandora와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하여 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교하였다.
가설 설정
태양 직달광을 이용할 때, 유효한 대류권의 높이가 2 km라고 가정하고 태양천정각이 80° 미만일 때 AMF의 불확실성은 1% 미만인 것으로 알려져 있으며(Herman et al., 2009), 본 연구에서도 태양천정각이 80°이하일 때의 관측 값만을 사용하였다.
제안 방법
00)로부터 획득하였다. AIRS와의 시간적 통일성을 위해 Pandora에서 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도는 13시부터 14시 사이의 값들을 일별로 평균한 값을 사용하여 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하였다.
3은 관측기간 중 2014년 6월 24일 지역시간으로 오후 12시에 측정된 한 스펙트럼의 분석 내용을 보여준다. Fig. 2와 Fig. 3에서 볼 수 있는 듯이, DOAS 피팅을 위해 294 K의 이산화질소 흡수단면적(Vandaele et al., 1998)과, 대류권 및 성층권에 존재하는 오존의 영향을 고려하기 위해 243 K, 293 K의 오존흡수단면적(Bogumil et al., 2000)을 기기함수에 맞게 콘볼루션하여 사용하였고, 대기 중 에어로졸 및 공기분자로 인하여 발생하는 산란의 영향을 제거하기 위해 4차 다항식을 피팅에 포함시켰다. DOAS 피팅을 거쳐 산출된 이산화질소의 경사칼럼농도(SCD)는 관측 시점의 태양천정각을 통해 계산된대기질량인자를 통해 나누어 줌으로써 이산화질소 연직칼럼농도(VCD)로 환산하였다(식 (3)).
본 연구에서는 처음으로 DOAS 방법의 광학 두께 피팅으로 국내 Pandora Level 1자료를 이용하여 대류권 이산화질소의 연직칼럼농도를 산출하였다. Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소의 연직칼럼농도와 위성대류권 이산화질소의 연직칼럼농도의 비교를 통해 각 산출물 사이의 상관관계를 제시하였다. 추가적으로, Pandora와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로변환하여 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교하였다.
Pandora와 OMI센서로부터 산출된 연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하여 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교하였다. 본 연구에서 수행된 관측기간 중 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 값이 존재하는 날과 현장 측정장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비가 동시에 존재하는 날들에 대하여 비교를 수행하였으며, 현장 측정 자료는 1시간 단위로 제공되기 때문에 13시와 14시자료를 평균한 값을 사용하였다.
BLH (Boundary layer height)는 행성경계층고도를 나타내며, AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)로부터 관측된 자료를 사용하였다. Temp와 Press는 각각 대기 온도, 대기 압력을 나타내며, AIRS로부터 측정된 행성경계층 내의 대기 온도와 압력을 평균하여 사용하였다. AIRS는 Aqua 위성에 탑재된 Sounding suite이며(Aumann et al.
본 연구에서는 지상 원격 측정 장비 Pandora를 기반으로 DOAS 방법을 이용하여 서울지역의 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 산출하였다. 또한 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 위성센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 산출물과의 비교를 수행하였다.
또한, Pandora 이산화질소 연직칼럼농도로부터 대류권에 존재하는 이산화질소 연직칼럼농도를 계산하기위해서, OMI의 전체 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI의 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 통해 전체 이산화질소 연직칼럼농도 중에서 대류권에 존재하는 이산화질소 연직칼럼농도의 비율(Trop. NO2 Ratio)을 유추하였다. 이를 Pandora로부터 산출된 전체 대기 중 이산화질소 연직칼럼농도에 적용하여, Pandora로부터 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 계산하였다(Chong et al.
본 연구에서는 NASA (National Aeronautics and Space Administration) Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/Aura/data-holdings/OMI)에서 제공하는 OMI Level3 NO2 Daily data (OMNO2d)에서 구름 부분이 많은 지역을 제외하고(cloud fraction < 30%) 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도 자료를 사용하여, Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와의 비교를 수행하였다.
본 연구에서는 처음으로 DOAS 방법의 광학 두께 피팅으로 국내 Pandora Level 1자료를 이용하여 대류권 이산화질소의 연직칼럼농도를 산출하였다. Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소의 연직칼럼농도와 위성대류권 이산화질소의 연직칼럼농도의 비교를 통해 각 산출물 사이의 상관관계를 제시하였다.
본 연구에서는 처음으로 차등흡수분광기술(DOAS, Differential Optical Absorption Spectroscopy) 기반의 광학 두께 피팅(optical density fitting) 방법을 이용하여Pandora Level 1 복사휘도(Radiance; Wm-2 nm-1) 자료로부터 서울에서의 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 산출하였다. 본 연구에서는 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 비교하여 각 산출물 사이의 상관 관계를 제시하였다.
파장보정과 DOAS 피팅을 위해 벨기에 왕립 우주 항공 연구소(The Royal Belgian institute for Space Aeronomy, BIRA-IASB)에서 제공하는 스펙트럼 피팅소프트웨어인 QDOAS를 사용하였으며, 본 연구에서는 DOAS 피팅 방법 중 측정된 스펙트럼을 배경스펙트럼으로 나누어준 후 대수를 취하여 구해지는 광학 두께를 이용하는 광학 두께 피팅 방법을 적용하였다. 스펙트럼 피팅을 위해 사용된 배경 스펙트럼은 월별로 이산화질소의 농도가 낮은 날광경로가 가장 짧은 정오의스펙트럼으로 선정하였다.
NO2 Ratio)을 유추하였다. 이를 Pandora로부터 산출된 전체 대기 중 이산화질소 연직칼럼농도에 적용하여, Pandora로부터 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 계산하였다(Chong et al., 2016).
보다 신뢰성 있는 분석 결과를 위해 DOAS 피팅 에러가 20% 이상, 태양천정각이 80° 이상인 경우는 제외하였다. 지역시간으로 13시 30분 경에 서울을 지나는 OMI센서와의 시간적 통일성을 위해 Pandora에서 산출된 대류권 이산화질소의 13시부터 14시까지의 값들을 일별로 평균하여, OMI 자료와 비교하였다.
본 연구에서는 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 비교하여 각 산출물 사이의 상관 관계를 제시하였다. 추가적으로, Pandora와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하여 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교하였다.
본 연구에서는 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 비교하여 각 산출물 사이의 상관 관계를 제시하였다. 추가적으로, Pandora와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하여 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교하였다.
이산화질소 산출을 위해 DOAS 피팅에 사용된 파장구간은 400 nm에서 420 nm이며, Pandora의 Level 1 자료는 이산화질소 관측에 적합한 관측 모드와 필터에 대한 필터링 작업을 거치게된다. 파장보정과 DOAS 피팅을 위해 벨기에 왕립 우주 항공 연구소(The Royal Belgian institute for Space Aeronomy, BIRA-IASB)에서 제공하는 스펙트럼 피팅소프트웨어인 QDOAS를 사용하였으며, 본 연구에서는 DOAS 피팅 방법 중 측정된 스펙트럼을 배경스펙트럼으로 나누어준 후 대수를 취하여 구해지는 광학 두께를 이용하는 광학 두께 피팅 방법을 적용하였다. 스펙트럼 피팅을 위해 사용된 배경 스펙트럼은 월별로 이산화질소의 농도가 낮은 날광경로가 가장 짧은 정오의스펙트럼으로 선정하였다.
현장 측정 자료와의 비교를 위해 행성경계층 고도, 대기 기온, 대기 기압 정보를 이용하여 13:00와 14:00에 관측한 자료를 평균한 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소의 연직칼럼농도와 OMI센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하였다. Pandora와 OMI센서로부터 산출된행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 봄, 여름에 비해 가을, 겨울에 높은 값을 보였으며, 이는 봄과여름에 기온이 상승할수록 대기의 확산과 기체들의 광화학 반응이 활발히 일어나면서 이산화질소의 양이 줄어들기 때문인 것으로 판단된다.
대상 데이터
2014년 5월부터 2014년 12월 기간 동안의 서울 연세대학교 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도는 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 산출물과 비교되었다. 보다 신뢰성 있는 분석 결과를 위해 DOAS 피팅 에러가 20% 이상, 태양천정각이 80° 이상인 경우는 제외하였다.
, 2006), 공간해상도는 40 km이고 관측시간은 지역시간으로약오후 1시 30분이다. AIRS 자료는 NASA Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/uui/datasets/AIRX3SPD_V006/summary?keywords=%22AIRS%22)에서제공하는AIRS/Aqua L3 Daily Support Product (AIRX3SPD.00)로부터 획득하였다. AIRS와의 시간적 통일성을 위해 Pandora에서 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도는 13시부터 14시 사이의 값들을 일별로 평균한 값을 사용하여 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로 변환하였다.
022×1023 mol-1이다. BLH (Boundary layer height)는 행성경계층고도를 나타내며, AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)로부터 관측된 자료를 사용하였다. Temp와 Press는 각각 대기 온도, 대기 압력을 나타내며, AIRS로부터 측정된 행성경계층 내의 대기 온도와 압력을 평균하여 사용하였다.
본 연구에서 사용된 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비 자료는 에어코리아(Air Korea) 자료를 사용하였으며(http://www.airkorea.or.kr/last_amb_ hour_data), 서울 연세대학교의 Pandora 장비와 약 1.2 km 떨어진 곳에 위치해있는 서울시 마포구 대흥동(37.55°N, 126.95°E)의 현장 측정 자료를 사용하였다.
본 연구에서 수행된 관측기간 중 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 값이 존재하는 날과 현장 측정장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비가 동시에 존재하는 날들에 대하여 비교를 수행하였으며, 현장 측정 자료는 1시간 단위로 제공되기 때문에 13시와 14시자료를 평균한 값을 사용하였다.
, 2009). 본 연구에서는 가시광선의 파장 영역 대에서 뚜렷한 흡수특성을 나타내는 이산화질소 연직칼럼농도 산출을 위해 필터가 존재하지 않은 관측모드(Open hole)로 관측된 복사휘도 자료를 사용하였다.
본 연구의 연구지역으로는 고농도의 이산화질소가 발생하는 동아시아의 주요 도시 중 하나인 서울지역을 연구지역으로 설정하였다. 서울지역의 Pandora는 연세대학교 과학관 옥상에 위치(37.
94°E)하고 있으며, 주요 도로로부터 300 m 이상 떨어진 곳에 위치해있다. 연구기간은 서울지역의 Pandora 복사휘도 자료를 이용 가능한 2014년 5월부터 2014년 12월까지 총 8개월으로 선정하였다.
이론/모형
, 2006). OMI 센서의 이산화질소 산출을 위한 현업 알고리즘에서는 차등흡수분광기술을 사용하며, 평균적으로 0.63 nm의 분광해상도를 갖는 365 nm에서 500 nm 파장구간의 복사휘도 정보를 사용하였다. 본 연구에서는 NASA (National Aeronautics and Space Administration) Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (http://disc.
본 연구에서는 지상 원격 측정 장비 Pandora를 기반으로 DOAS 방법을 이용하여 서울지역의 대류권 이산화질소 연직칼럼농도를 산출하였다. 또한 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI 위성센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 산출물과의 비교를 수행하였다.
이산화질소 연직칼럼농도 산출을 위해 DOAS 기술(Platt and Stutz, 2008)을 적용하였다. DOAS 기술은 자외선, 가시광선 및 근적외선 범위의 원격 측정을 통해 얻어진 스펙트럼 정보를 이용하며, 흡수 스펙트럼의 빠른 변화와 느린 변화의 구조를 분리함으로써, 각 대기 미량기체들의 흡수 특성을 찾아 각 미량기체의 총량을 산출하는 방법이다.
성능/효과
Fig. 5(a)에서 현장 측정 자료의 지표 이산화질소 혼합비는5.5 ppbv에서 52.5 ppbv의 범위로 분포하였으며, Pandora와 OMI센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소혼합비는 각각 2.1 ppbv에서 44.2 ppbv, 0.9 ppbv에서 5.3 ppbv의 범위로 분포하였다. 또한, 현장 측정 자료의 지표 이산화질소 혼합비의 평균과 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비의 평균은 각각 19.
DOAS방법의 광학 두께 피팅을 이용하여 산출된 Pandora 대류권 이산화질소 연직칼럼농도와 OMI센서로부터 산출된 대류권 이산화질소와 비교하였을 때, Slope는 0.1, R은 0.55 (n=26) 의 상관관계를 보였다. 이는 Yoon et al.
관측 기간에 비하여 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 대류권 이산화질소 산출물 사이의 비교가 가능한 자료의 수가 26개로 적은 것은 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소 중에서 피팅 에러와 태양천정각에 의해 제외된 자료가 다수 존재하였고, OMI센서로부터 대류권 이산화질소 연직칼럼농도가 산출되지 않은 날 또한 다수 존재하였기 때문이다. Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소와 OMI센서로부터 산출된 대류 권 이산화질소 사이의 상관 계수 (Correlation coefficient, R)는 0.55로 비교적 높고, 기울기(Slope)는 0.1로 Pandora로부터 산출된 대류권 이산화질소의 연직칼럼농도가 OMI센서로부터 산출된 대류권 이산화질소의 연직칼럼농도에 비해 높은 값이 산출된 것을 알수있다. 이는 높은 고도에서 태양 산란광을 측정하여 이산화질소의 칼럼농도를 산출하는 위성과는 달리, Pandora는 지표 부근에서 태양 직달광을 관측하며, 위성보다 지표부근에서 더 민감한 특성을 지녔기 때문인것으로 판단된다(Boersma et al.
Pandora와 OMI센서로부터 산출된행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 봄, 여름에 비해 가을, 겨울에 높은 값을 보였으며, 이는 봄과여름에 기온이 상승할수록 대기의 확산과 기체들의 광화학 반응이 활발히 일어나면서 이산화질소의 양이 줄어들기 때문인 것으로 판단된다. Pandora로부터 산출된행성경계층 내 이산화질소 혼합비와 현장 측정 자료의 지표 이산화질소 혼합비 사이의 비교 분석 결과(R = 0.50)는 OMI센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비와 현장 측정 자료의 지표 이산화질소 혼합비 사이의 비교 분석 결과(R = 0.36)에 비해 좋은 상관관계를 보였다. 이는 OMI센서와 같은 위성 기반 원격 측정은 지상 기반 원격 측정 장비인 Pandora와 현장 측정장비에 비하여 지표 부근에 존재하는 이산화질소에 대한 민감도가 떨어지기 때문인 것으로 생각된다.
6(a)는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 선형회귀분석 결과이다.두 관측 결과 사이의 상관계수(R)는 0.50, 기울기는 0.75이며, 절편은 -3.85로 나타났다. Fig.
6(b)는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 OMI로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 선형회귀분석 결과이다. 두 관측 결과 사이의 상관계수는 0.36, 기울기는 0.17이며, 절편은 0.15로 나타났다. 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 상관관계(R = 0.
, 2012). 또한 Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교적 비슷한 범위의 분포를 보였으나, OMI센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비는 현장 측정 자료의 지표이산화질소 혼합비와 Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비에 비해 낮은 값들이 나타났으며, 좁은 범위의 이산화질소 분포를 보이는 것을 확인하였다.
3 ppbv의 범위로 분포하였다. 또한, 현장 측정 자료의 지표 이산화질소 혼합비의 평균과 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비의 평균은 각각 19.5 ppbv, 10.6 ppbv, 2.2 ppbv로 나타났다. Fig.
보다 신뢰성 있는 분석 결과를 위해 DOAS 피팅 에러가 20% 이상, 태양천정각이 80° 이상인 경우는 제외하였다.
6 ppbv의 범위로 분포하였다. 현장 측정 자료의지표 이산화질소 혼합비의 평균과 Pandora와 OMI센서로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비의 평균은 각각 28.3 ppbv, 12.6 ppbv, 5.7 ppbv로 나타났다. 5월에서 8월 사이인 봄과 여름철 이산화질소 혼합비에 비해 9월에서 12월 사이인 가을과 겨울철의 이산화질소 혼합비의 평균이 높은 값을 보였다.
15로 나타났다. 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 Pandora로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 상관관계(R = 0.50)는 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소의 혼합비와 OMI로부터 산출된 행성경계층 내 이산화질소 혼합비 사이의 상관관계(R = 0.36) 보다 좋은 것으로 나타났다. 이는 OMI센서가 위성 기반 원격 측정 장비로써 Pandora 장비와 현장측정 장비에 비하여 넓은 범위를 포함하고 있고, 높은 고도에서 측정함으로써 지표 부근에 이산화질소에 대한 민감도가 떨어지기 때문인 것으로 생각된다(Boersma et al.
후속연구
추가적으로, Pandora와 OMI 센서로부터 산출된 대류권 이산화질소연직칼럼농도를 행성경계층 내 이산화질소 혼합비로변환하여 현장 측정 장비로부터 측정된 지표 이산화질소 혼합비와 비교하였다. Pandora Level 1 자료의 부분적인 부재로 인한 자료 확보에 어려운 부분이 있지만,정확한 위성 관측 자료와의 비교를 위해서는 장기간 관측 자료의 확보를 통한 추가 분석이 필요할 것으로 보인다. 또한 위성 산출물의 검보정 연구를 위해, 보다 정확한 국내 Pandora 장비의 파장정보와 보다 많은 관측지점 확보, 그리고 지표에 민감한 특성을 지닌 지상 기반 관측 장비의 미량기체 산출 알고리즘 개선에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 필요가 있다.
Pandora Level 1 자료의 부분적인 부재로 인한 자료 확보에 어려운 부분이 있지만,정확한 위성 관측 자료와의 비교를 위해서는 장기간 관측 자료의 확보를 통한 추가 분석이 필요할 것으로 보인다. 또한 위성 산출물의 검보정 연구를 위해, 보다 정확한 국내 Pandora 장비의 파장정보와 보다 많은 관측지점 확보, 그리고 지표에 민감한 특성을 지닌 지상 기반 관측 장비의 미량기체 산출 알고리즘 개선에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
이산화질소는 어떻게 생성되는가?
이산화질소는 발전소에서의 화석연료의 연소, 자동차 배기가스와 같은 인위적인 발생원에 의해 형성되며, 자연적으로는 산불, 토양, 번개에 의해 생성된다. 이산화질소는 대기 중 독성이 있는 유기 질산염뿐만 아니라 부식을 일으키는 질산의 형성에 있어서 강한 산화제로 반응하기 때문에 대기 화학반응에 큰 영향을 미치며, 지표부근 오존을 생성하는 오존의 전구물질에 속한다.
위성을 통한 이산화질소 원격 측정이 필요한 근거는?
, 2000). 이러한 이산화질소를 포함한 대기오염물질들은 발생한 지점에서 머무르는 것이 아니라, 주변 지역 또는 국가로 이동하기 때문에 대기 환경 및 기후변화에 큰 영향을 미친다(Baek and Kim, 2010; Lee et al., 2008).
이산화질소가 대기 화학반응에 영향을 미치는 이유는?
이산화질소는 발전소에서의 화석연료의 연소, 자동차 배기가스와 같은 인위적인 발생원에 의해 형성되며, 자연적으로는 산불, 토양, 번개에 의해 생성된다. 이산화질소는 대기 중 독성이 있는 유기 질산염뿐만 아니라 부식을 일으키는 질산의 형성에 있어서 강한 산화제로 반응하기 때문에 대기 화학반응에 큰 영향을 미치며, 지표부근 오존을 생성하는 오존의 전구물질에 속한다.장기적으로 이산화질소에 노출되는 경우 폐 기능 저하 및 호흡기 질환을 유발할 수 있다(Ackermann Liebrich et al.
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