초록 ▼

본 연구 과제는 광주과학기술원이 보유한 다파장 라만 라이다 및 Sunphotometer를 이용 한반도 상의 대기 에어로졸이 가지는 광학적 미세물리적 특성을 규명하여 에어로졸의 복사 강제력을 결정 기후변화에 미치는 영향을 규명
1. 2004년 3월 15일부터 16일 그리고 5월 24일, 6월 9일에 안면도에서 다파장 라만라이다 관측을 실시 355nm와 532nm의 에어로졸 유형별 라이다 비, 소멸계수, 후방산란계수를 산출
- 355nm에서 평균 라이다 비는2004년도 $46.8{\pm}6.5$ 2005년

본 연구 과제는 광주과학기술원이 보유한 다파장 라만 라이다 및 Sunphotometer를 이용 한반도 상의 대기 에어로졸이 가지는 광학적 미세물리적 특성을 규명하여 에어로졸의 복사 강제력을 결정 기후변화에 미치는 영향을 규명
1. 2004년 3월 15일부터 16일 그리고 5월 24일, 6월 9일에 안면도에서 다파장 라만라이다 관측을 실시 355nm와 532nm의 에어로졸 유형별 라이다 비, 소멸계수, 후방산란계수를 산출
- 355nm에서 평균 라이다 비는2004년도 $46.8{\pm}6.5$ 2005년도 $71.1{\pm}8.2$ sr, 532nm 에서는 각각 $49.0{\pm}12.2$와 $78.6{\pm}9.6$ sr를 나타냄
- 에러로졸 이동경향을 HYSPLTT역궤적 방법을 이용 분석 2004에는 북서풍의 영향으로 중국으로부터 이동해온 에어로졸이었으며 이는 2005년에 비해 이동속도는 느리지만 다른 지역을 거치지 않고 곧바로 한반도에 도달함.
2. 광주에서 2004년 가을과 2005년 봄 관측을 실시 총 63회의 에어로졸층 분석 봄이 38회 가을이 28회 관측 기록
- 355nm에서 평균 라이다 비는 봄 $55{\pm}10$, 가을 $61.4{\pm}7.5$ 와 532nm 에서는 $56{\pm}9,\;63.1{\pm}12.8sr$를 나타냄
- 봄 보다 가을이 라이다비는 355, 532nm 각 파장에서 최고 28% 46% 높은 값이 관측됨
- 황사의 경우 532nm 에서 $51{\pm}6$를 기록 비흙먼지성 입자($60{\pm}10$ sr) 연기성 입자($65{\pm}8$ sr) 보다 낮음
- 가을철 광흡수성입자들은 대부분 화석연료사용 및 추수 후 생채소각으로 인한 미세입자자인 것으로 확인됨
- Sunphotometer를 이용한 라이다비 산출은 라만라이다를 이용한 산출값과 유사함을 확인

Abstract ▼

Vertical profiles of aerosol lidar ratios were measured with the GIST/ADEMRC(Gwangju Institute of Science & Technology/ADvanced Environmental Monitoring Research Center) multi-wavelength Raman lidar system at Gwangju, Korea(35.101N, 126.531E). The extinction coefficient, backscattering coefficient a

Vertical profiles of aerosol lidar ratios were measured with the GIST/ADEMRC(Gwangju Institute of Science & Technology/ADvanced Environmental Monitoring Research Center) multi-wavelength Raman lidar system at Gwangju, Korea(35.101N, 126.531E). The extinction coefficient, backscattering coefficient and lidar ratio(Sa) were measured at 355 and 532 nm with the Raman method. Wavelength-dependent lidar ratio data can be used to determine aerosol type. Also Lidar ratios, Angstrom exponents and effective radii values retrieved from collocated sunphotometer data were similar to those obtained from Raman lidar measurements.
Raman lidar results obtained in this study can provide useful information on aerosol climatology and aerosol transport characteristics and aerosol characterization of optical and microphysical properties of atmospheric aerosol over Korea by analysing Raman Lidar observation data in Northeast Asia.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...14
• 제 1 절 연구개발의 목적 ...14
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ...14
• 제 3 절 연구 범위 ...18
• 제 2 장 국내.외 기술개발 현황 ...19
• 제 1 절 국외 관련분야 기술개발 현황 ...19
• 제 2 절 국내 관련분야 기술개발 현황 ...20
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ...21
• 제 1 절 자료 및 방법 ...21
• 1. 라이다(LIDAR : Light Detection And Range) ...21
• 2. Sunphotometer ...24
• 3. MODIS 위성 ...25
• 4. Multi Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy ...26
• 제 2 절 연구 결과 ...28
• 1. 라만 라이다를 이용한 안면도 지역 에어로졸 라이다비 특성 ...28
• 2. 라만 라이다를 이용 봄과 가을 계절적 특성에 따른 라이다비 연구 ...34
• 3. 라만라이다와 MAX-DOAS 와의 에어로졸 수직 분포 비교 ...46
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...56
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ...57
• 제 1 절 추가 연구의 필요성 ...57
• 제 2 절 연구 결과의 활용 방안 ...57
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...58
• 제 7 장 참고문헌 ...60
• Fig. 1.2.1 동북아시아 지역 5년 평균 대기에어로졸 광학적 두께 ...15
• Fig. 1.2.2 기후변화와 지구환경과의 관계 ...15
• Fig. 1.2.3 에어로졸이 복사 강제력에 미치는 영향(IPCC, 2007 LOSU: Level of Scientific Understanding) 과 이해도 ...16
• Fig. 1.2.4 에어로졸이 구름에 미치는 영향을 도식화 ...17
• Fig. 3.1.1 라이다 시스템의 계략도 ...21
• Fig. 3.1.2 광주과학기술원의 다파장 라만 라이다 계략도 ...23
• Fig. 3.1.3 AERONET에 가입되어 있는 Sunphotometer 분포도(a), Sunphotometer(b) ...24
• Fig. 3.2.1 Range-corrected signal of 532 nm recorded with the ADC system from March 15th to April 16th, 2004 at Anmyeon Island ...28
• Fig. 3.2.2 Range-corrected signal of 532 nm recorded with the ADC system from May 24th to June 8th, 2005 at Anmyeon Island ...29
• Fig. 3.2.3 Raman analysis and radiosonde results obtained from April 8th 22:01 to 9th 05:24, 2004 ...29
• Fig. 3.2.4 Raman analysis and radiosonde results recorded from May 30th 20:08 to 31st 05:42, 2005 ...30
• Fig. 3.2.5 Average lidar ratios of aerosol layers at 355 and 532 nm ...32
• Fig. 3.2.6 Five-day backward trajectory by NOAA/ARL HYSPLIT-4 ...33
• Fig. 3.2.7 Extinction coefficient ...35
• Fig. 3.2.8 Frequency histogram of the lidar ratio in step of 5 sr, distinguished between spring (38values) and fall (25 values) ...36
• Fig. 3.2.9 Five-day air mass back-trajectories for different aerosol types in spring: dust ...39
• Fig. 3.2.10 Five-day air mass back-trajectories in autumn arriving ...40
• Fig. 3.2.11 Lidar ratio at 355nm vs 532nm for different aerosol types observed in spring ...41
• Fig. 3.2.12 Lidar ratio at 355nm vs 532nm for different air mass pathways in the autumn ...43
• Fig. 3.2.13 Column-integrated volume size distributions retrieved from sunphotometer data ...45
• Fig. 3.2.14 측정 장소 안면도의 지형 지도 MAX-DOAS의 측정 방향은 화살표방향으로 표시 ...47
• Fig. 3.2.15 측정기간(5월 28-30일, 6월 4-8일)) 동안 $EL=3^{\circ},6^{\circ},10^{\circ},20^{\circ}$에서 얻어진 $O_4$ SCD의 시간적 변화에 따른 값 ...47
• Fig. 3.2.16 시간별로 관측되고 시뮬레이션 된 $EL=3^{\circ},6^{\circ},10^{\circ},15^{\circ},20^{\circ}$에서의 O4 DSCD 값의 시간적 분포(2005년 5월 28-30일, 6월 4-8일) ...48
• Fig. 3.2.17 0-1Km 높이에서 얻어진 에어로졸 소멸 계수(AEC), 에어로졸의 광학적 깊이(AOD), 측정기간(2005년 28일-30일, 6월 4-8일) 동안의 표면 $PM_{10}$ 농도 ...49
• Fig. 3.2.18 (a)1-2km (a)0-1km 층에서 356nm에서 MAX-DOAS와 lidar에 의해 측정된 기간 내 매 시간 평균 에어로졸 소멸 계수 ...51
• Fig. 3.2.19 (a) 0-1km (b)1-2km 층에서 측정기간(2005년 5월 28-30일, 6월 4-8일) 동안 MAX-DOAS와 lidar로부터의 에어로졸 소멸 계수(AECs)($km^{-1}$) 상관관계 ...52
• Fig. 3.2.20 에어로졸 소멸 계수(AECs)($km^{-1}$)와 MAX-DOAS에서의 AOD, 표면 $PM_{10}$농도(${\mu}gm^{-3}$)과의 상관관계. 에러 선들은 에러의 얻어진 공분산 매트릭스에서 어림잡아진 에러들을 나타낸다 ...53
• Fig. 3.2.21 2005년 5월 28일 안면도 측정 지역에서의 HYSPLIT의 5일동안 기단의 훑고 지나가는 궤적. 검은색 별들이 훑고 지다가는 궤적의 시작지점을 나타낸다. ; 다른 궤적들의 표시들은 각각 6시간씩 간격을 두었다. 아래쪽 그림들은 궤적의 시작 전에 시간당 시간 함수의 고도(지상고도(AGLS)를 보여준다 ...54
• Fig. 6.1.1 라이다 신호에 있어서 중첩고도가 미치는 영향 ...58
• Table 2.1.1 국외대비 국내 라이다 기술 대비표 ...19
• Table 3.1.1 다파장 라만다이다 사양 ...23
• Table 3.1.2 MODIS 위성의 사양 ...25
• Table 3.1.3 History of MAX-DOAS applications for retrieval of vertical aerosol distribution ...27
• Table 3.2.1 Optical characteristics of each aerosol layer observed with the Multi-wavelength Raman lidar system ...31
• Table 3.2.2 Average optical values for different backward trajectory patterns ...34
• Table 3.2.3 Optical characteristics of each aerosol layer observed in spring with the GIST Raman lidar system ...37
• Table 3.2.4 Optical characteristics of each aerosol layer observed in the autumn with the GIST Raman lidar system ...38
• Table 3.2.5 Average lidar ratios above and within he PBL for two seasons ...36
• Table 3.2.6 Average values of the lidar ratio, Angstrom exponent, depolarization ratio, and relative humidity for different types of aerosol observed in spring ...41
• Table 3.2.7 Average values of the lidar ratio, Angstrom exponent, depolarization ratio, and relative humidity for different air mass pathway types observed in the autumn Air mass arrived from thenorth ...42
• Table 3.2.8 Aerosol optical parameters derived from sunphotometer measurements ...46