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오존전량 및 대류권 오존 프로파일 산출을 위한 지상관측 MAX-DOAS 원시자료 기반의 최적추정(Optimal Estimation) 기술
Optimal Estimation (OE) Technique to Retrieve the Ozone Column and Tropospheric Ozone Profile Based on Ground-based MAX-DOAS Measurement 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.34 no.2 pt.2, 2018년, pp.191 - 201  

박준성 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  홍현기 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  최원이 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  김대원 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  양지원 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  강형우 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공) ,  이한림 (부경대학교 지구환경시스템과학부 공간정보시스템공학전공)

초록
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본 연구에서는 한반도 서울의 연세대학교에서 Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy(MAX-DOAS)장비로부터 산출된 원시자료를 이용하여 처음으로 최적추정(Optimal Estimation; OE)을 사용하여 오존전량 및 오존의 대류권 프로파일을 산출하였다. 오존전량 및 오존의 대류권 프로파일을 산출하기 위하여 최적추정을 통하여 MAX-DOAS자료의 광학두께 피팅을 수행하였다. 광학두께 피팅은 MAX-DOAS 장비로부터 각각의 기기 고도각별로 관측된 값을 천정각에서 관측된 값으로 나누어 계산된 자료를 통하여 수행하였다. 오존전량은 2017년 5월 23일 오전(08:13)과 오후(17:55)에 각각 375.4와 412.6 DU로 산출되었다. 오존의 대류권 프로파일(<10 km)은참값 오존존데와 비교하여 약 5% 이내의 오차로 산출되었다. 하지만 10 km 이상의 높은 고도에서는 산출 에러가 커져 10% 이상 과대추정 하는 것으로 산출되었다. MAX-DOAS 자료의 스펙트럼 피팅에 의한 오차는 오전과 오후에 각각 16.8%와 19.1%로 계산되었다. 본 연구에서 제시한 방법은 지상관측 기반의 초분광 UV 센서를 이용하여 오존전량과 대류권 오존 프로파일을 산출하는데 유용하게 사용될 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this present study, we, for the first time, retrieved total column of ozone ($O_3$) and tropospheric ozone vertical profile using the Optimal Estimation (OE) method based on the MAX-DOAS measurement at the Yonsei University in Seoul, Korea. The optical density fitting is carried out us...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 한반도 지역에서 처음으로 다양한 기기 고도각에서의 태양산란광들을 광원으로 사용하기 때문에 대상 미량기체의 대류권 연직분포를 파악할수 있는 장점을 지니고 있는 MAX-DOAS 장비로부터 관측된 원시자료와 최적추정을 이용하여 높은 정확도의 오존전량과 오존 연직분포를 동시에 산출하는 것을 그 목적으로 한다.
  • 산출된 오존전량의 산출 오차범위는 각각 ±10%,±6%로 나타났다. 본 연구는 처음으로 한반도 지역에서 MAX-DOAS기반의 태양산란광 원시자료기반 최적추정을 적용하여 오존전량 및 오존의 연직분포를 산출한 연구이다. 산출된 값들의 검증은 향후 장기 오존존데자료의 확보 또는, 태양직달광 기반의 Pandora, Brewer,Dobson 지상관측 장비로부터 산출되는 오존전량을 apriori로 사용하여 장기 결과 산출을 수행한 후 검증을 수행 할 필요가 있을 것으로 판단된다.
  • 본 연구에서는 오존의 연직분포를 산출하기 위하여 다양한 기기 고도각별로 관측을 수행한 MAX-DOAS의 원시자료에 천정각 방향으로 관측한 원시자료를 나누어 주는 방법의 스펙트럼 피팅을 수행하였다. 이러한 방법을 사용한 이유는 연구방법 파트에서 설명한 바와 같이 분자와 분모에 공통적으로 포함되어있는 보정오차(Calibration error)가 상쇄되어 산출 정확도를 높일 수 있기 때문이다.
  • 본 연구에서는 한반도에서 처음으로 서울 연세대학교에 위치한 MAX-DOAS 장비로 다양한 기기 고도각별로 관측된 원시자료에 최적추정을 적용하여 오존전량 및 오존 연직분포를 산출하였다. 2017년 5월 23일 오전 8시 15분과 2017년 5월 23일 오후 5시 55분에 오존전량은 각각 375.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오존은 무엇인가? 오존(O3)은 하나의 산소분자(O2)와 하나의 산소원자(O)가 결합된 무색의 기체로서, 산소의 불안정한 동소체인 오존은 태양광 등에 의해 쉽게 분해된다(Seinfeld and Pandis, 2016). 이러한 오존은 대기화학과 기후변화에 있어 대류권과 성층권에서 매우 중요한 역할을 하는기체이다(Solomon et al.
성층권에서의 오존은 어떠한 역할을 하는가? 또한, 오존은 인간을 포함한 지구 생태계에 매우 중요한 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다(McKee, 1993). 성층권에서의 오존은 자연적으로 생성되어 태양복사로부터 지구 지표로 도달하는 유해한 자외선(UV-B 등)을 흡수하여 인간 및 생태계를 보호하고, 성층권 오존을 통하여 흡수된 에너지는 성층권에서의 에너지 균형을 결정하는 매우 중요한 역할을 한다. 대류권에서의 오존은 교통수단, 산업단지 등에서 대기 중으로 배출된 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(CO)의 광화학 반응을 통하여 생성되거나 질소산화물과 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)이 대기 중에서 광화학반응을 거쳐 생성된다(Honrath etal.
MAX-DOAS 장비의 장점은 무엇인가? 또한, 위에서 서술한 오존전량을 높은 정확도로 산출하는 Dobson과 Brewer 장비는 태양을 직접 바라보고 태양직달광을 광원으로 사용하여 높은 정확도로 오존전량을 산출 할 수 있지만 대상 미량기체의 연직분포 산출은 불가능 하다. 그에 반해, MAX-DOAS는 다양한 기기 고도각에서의 태양산란광들을 광원으로 사용하기 때문에 대상 미량기체의 연직분포를 파악할 수 있는 장점이 있으며, 관측된 자료와 DOAS 기술을 기반으로 경사층적분농도(Slant Column Density; SCD)를 산출하고, 대기복사전달모델(the linearized pseudo-spherical scalar and vector discrete ordinate radiative transfer; VLIDORT version 2.6 (Spurr etal., 2014))로부터 산출되는 대기질량인자(Air Mass Factor;AMF)를 사용하여 산출 대상 미량기체의 수직층적분농도(Vertical Column Density; VCD)를 동시에 산출할 수 있다. 하지만, MAX-DOAS 장비로부터 관측된 데이터를 최적추정(Optimal Estimation; OE)을 적용하여 분석한 사례는 에어로졸 산출과 관련한 몇몇의 연구와(Govaerts et al.
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참고문헌 (20)

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