초록 ▼

연구의 목적 및 내용
서울, 부산, 광주에 운영 중인 Pandora와 MAX-DOAS (모의자료 기반)에서 제공하는 원시 태양광 스펙트럼 자료를 활용하여 아래 산출물들을 높은 정확도로 산출할 수 있는 통합 알고리즘 및 소프트웨어를 개발하는 것을 목표로 한다.

· 오존전량 산출 알고리즘 개발(성층권과 대류권 오존칼럼농도의합, 산출오차 ±5% 이내) 오존전량은 Pandora로 측정된 원시 스펙트럼으로부터 스펙트럼 피팅 기술을 통하여 오존의 상대적 경사층적분농도를 산출하였다. 산출된 상대적 경사층적분농도를 랭리기법(La

연구의 목적 및 내용
서울, 부산, 광주에 운영 중인 Pandora와 MAX-DOAS (모의자료 기반)에서 제공하는 원시 태양광 스펙트럼 자료를 활용하여 아래 산출물들을 높은 정확도로 산출할 수 있는 통합 알고리즘 및 소프트웨어를 개발하는 것을 목표로 한다.

· 오존전량 산출 알고리즘 개발(성층권과 대류권 오존칼럼농도의합, 산출오차 ±5% 이내) 오존전량은 Pandora로 측정된 원시 스펙트럼으로부터 스펙트럼 피팅 기술을 통하여 오존의 상대적 경사층적분농도를 산출하였다. 산출된 상대적 경사층적분농도를 랭리기법(Langley method)을 통하여 절대값 보정을 수행하였다. 태양 산란광을 광원으로 사용하는 장비와는 달리 Pandora 기기는 태양 직달광을 광원으로 사용하기 때문에 대기질량인자는 Pandora의 관측기하정보를 반영하여 Geometric Air Mass Factor (AMFG)로 계산하였다. 최 종적으로 산출된 절대값 보정이 수행된 경사층적분농도(SCD; Slant Column Density)와 대기질량인자의 관계를 통해 오존전량 (Total Ozone Column)을 산출하였다.

· 대류권 오존 연직분포 산출(대류권내 1 km 고도별 오존농도) Pandora에서 산출된 오존전량은 MAX-DOAS (연세대학교 김준교수 연구팀, 부경대학교 이한림 교수 연구팀, 광주과학기술원 김영준 교수 연구팀에서 운영) 로부터 획득된 태양산란광 원시자료와 함께 활용되어 정확도 높은 대류권 오존의 연직분포를 구할 수 있다. MAX-DOAS로 측정된 스펙트럼 정보 중 지표에 가까운 낮은 기기 고도각을 통해 획득된 스펙트럼은 지표에 가까운 대류권 저층 오존량을 천정각에 가까울수록 대류권 상부 혹은 대류권 혼합층 상부에 존재하는 오존량을 대표하는 특성을 이용한다. 대류권 오존 연직분포는 MAX-DOAS 원시자료를 사용하여 최적추정(OE; Optimal Estimation) 방법을 통하여 대류권 오존 연직분포를 산출하였다. 오존존데 측정 자료를 기반으로 apriori 상태변수(a priori state vector)를 Forward model에 입력하였다. Forward model의 계산을 통하여 상태변수(State vector)와 자코비언(Jacobian), 공분산 행렬(Covariance matrix)을 계산하였다. 계산된 상태변수와 각 변수들을 Inversion model에 입력하여 비용함수(Cost Function)가 최소가 될 때까지 반복 수행을 실시하였다. 비용 함수가 최소가 되었을 때의 대류권 오존 연직 분포를 산출하였다.

· 성층권 오존칼럼농도 산출 알고리즘 개발
최적추정 방법으로 산출된 대류권 오존 연직 분포에서 대류권 부분의 오존을 모두 적산하여 대류권 오존량을 산출한다. 오존전량 산출 알고리즘을 통해 산출된 오존전량에 앞서 산출된 대류권 오존량을 제거하여 성층권 오존량을 산출하였다.

연구개발성과
· Pandora 원시자료를 이용한 오존전량 산출 기술의 개발
· MAX-DOAS 태양산란광 자료와 최적추정(Optimal Estimation) 방법 기반의 대류권 오존 연직분포 산출 알고리즘 개발
· 성층권 오존칼럼농도 산출 알고리즘 개발

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
· Pandora와 MAX-DOAS 두 대의 장비가 운영 중인 서울, 부산, 광주에서 오존연직분포, 성층권 오존칼럼 정보 제공 가능
· 오존 연직분포 정보로 인하여 오존의 거동특성 및 복사강제력 산출 정확도 향상에 활용
· 요소기술 개발에 의한 관련 모니터링 소프트웨어 기술선도 및 기상 및 환경산업 활성화
· 오존과 같은 주요 기후변화 유발인자 모니터링 신기술을 이용한 산학협력 및 벤처기업의 활성화
· 해외 특허출원과 기술수출에 따른 로열티 확보 및 이를 바탕으로 국내 기상산업 육성 파급효과 창출
· 초분광 정밀 태양광 측정이 가능한 PANDORA와 MAX-DOAS 관측기술을 일체화 시킨 장비가 향후 세계적으로 도입될 가능성이 높으며 오존과 같은 기후변화 유발인자 산출 소프트웨어 개발을 통해 특허권 등을 통한 수입창출 및 기술적 우위 확보

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
The main objective of this proposed study is to develop the algorithm abd software which can retrieve the following products with high accuracy based on the raw spectra data obtained from combined Pandora and MAX-DOAS measurements.

· Total Ozone Column retrieval (retriev

Purpose & Contents
The main objective of this proposed study is to develop the algorithm abd software which can retrieve the following products with high accuracy based on the raw spectra data obtained from combined Pandora and MAX-DOAS measurements.

· Total Ozone Column retrieval (retrieval error within ±5%)
Relative slant column density of ozone is driven by using spectrum fitting technique with raw spectrum measured by Pandora instrument. Absolute value correction for retrieved relative slant column density is conducted using the Langley method. Air mass factor is calculated based on observation geometry information from PANDORA. The total ozone column is derived by the relationship between absolute-corrected slant column density and air mass factor.

· Tropospheric ozone profile retrieval
The tropospheric ozone profile with high accuracy was retrieved based on solar scattered radiance. Among spectrum measured by MAX-DOAS measurement, the spectrum measured in low-elevation angle were used to derive ozone column in troposphere by using the characteristics that ozone amount in lower troposphere nearby the surface can represent ozone amount in upper troposphere as the angle gets closer to the zenith. The tropospheric ozone profile was retrieved using the MAX-DOAS data (L1) via optimal estimation method. The a priori state vector based on the ozone data obtained from sonde measurement was inputted in the forward model. Forward model uses a linearized pseudo-spherical scalar and vector discrete ordinate radiative transfer code (VLIDORT) to calculate state vector, Jacobian, and covariance matrix. The calculated state vector and each variable are input to the inversion model and iterative execution is performed until the cost function is minimized. The tropospheric ozone profile was retrieved when the cost function was minimized.

· Stratospheric Ozone retrieval
The tropospheric ozone profile that was retrieved via optimal estimation method integrates all of the tropospheric ozone profile to calculate the amount of ozone in the troposphere. The stratospheric Ozone was calculated by excluding the tropospheric ozone amount from the total Ozone Column.

Results
· Development of total Ozone column retrieval technology based on Pandora measurement
· Development of tropospheric vertical ozone profile algorithm based on MAX-DOAS measurement and Optimal Estimation method
· Development of stratospheric ozone column retrieval algorithm

Expected Contribution
· Possibility to provide total ozone, tropospheric ozone profile, stratospheric ozone column in Seoul, Busan, and Gwang-ju where both Pandora and MAX-DOAS instruments are now operating
· Application to improve retrieval accuracy for ozone behavior characteristics and radiative forcing of ozone due to ozone vertical distribution information
· Guidance technology development for monitoring software and vitalization of meteorological and environmental industries due to development of elemental technology
· Vitalization of industry-academic cooperation and venture businesses by using advanced monitoring technology for climate change factors such as ozone
· Creation of ripple effects to promote national meteorological industry based on procurement of royalties due to oversee patent application and export of technology.
· High possibilities to globally introduce all-in-one instrument which is integrated PANDORA and MAX-DOAS measurement technique.
· Generation of income and securement of technical superiority with the patent right by developing software to retrieve climate change factors such as ozone

(source : SUMMARY 6p)