An Optimal-Estimation-Based Aerosol Property Retrieval Algorithm over the Ocean Using Multi-Angular Polarimetric Satellite Measurements

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 다중각도 편광계 (Multi-angular polarimeter, MAP)에 적용하기 위한 최적 추정 기법 (Optimal Estimation Method, OEM) 기반의 에어로졸 광학 특성 산출 알고리즘 SMART-P를 개발하였다. SMART–P는 2026년에 발사 예정인 PolCube/BusanSat-B에 적용될 예정으로, 편광 관측을 활용할 때 기대되는 에어로졸 산출물별 민감도 및 예상 정확도를 제시하였다. MAP 기기의 관측 스펙(관측 각도 수, 파장 대역)은 산출 결과에 직접적인 영향을 미치므로, 본 연구에서는 Bayesian 이론을 기반으로 두 MAP 기기(PolCube, HARP2)의 관측 사양 차이에 따른 산출 정확도 변화를 비교·분석하였다. 두 MAP 모두, 복사 휘도(Radiance)만을 활용하였을 때보다 선형편광도(Degree of Linear Polarization, DoLP)을 같이 활용하는 경우, 효과적으로 에어로졸 특성을 제약하는 결과를 확인했다. 특히, 관측 각도 수가 많은 HARP2가 PolCube 대비 높은 민감도와 예상 정확도를 보였다. 알고리즘을 검증 위하여 HARP2 L1C 정보를 활용하였으며, 초기 산출 결과로 에어로졸 광학두께와 단일 산란 알베도, 복소 굴절률, 미세 입자 분율을 제시하였다. 본 알고리즘을 통해 일부 지역에서 산출된 광학 특성은 정성적인 관점에서 물리적으로 타당한 분포를 나타냈다. 그러나 AERONET 관측 값과의 정량적 비교 결과, 에어로졸 광학두께의 상관성(R = 0.63)은 다소 낮은 값을 보였다. 이는 향후 추가적인 보정 및 분석을 통해 개선할 예정이다. 또한, PolCube 발사 전에 수행된 Air-PolCube 항공기 관측 캠페인 자료를 활용하여, 설계 요구조건 충족 여부를 확인하였다. Look-Up Table 기반으로 산출된 555 nm 에어로졸 광학두께를 VIIRS DB/SOAR 550 nm 에어로졸 광학두께와 비교한 결과, 높은 상관계수 (R=0.91)와 낮은 평균편향을 (MBE= 0.02) 보였다. 이러한 연구 결과는 편광 데이터를 활용한 알고리즘이 대기질 분석에 적합한 향상된 에어로졸 특성 정보를 제공함으로써, 향후 타 MAP에 적용 가능한 기반을 마련하고 개선된 알고리즘을 통해 에어로졸 산출 정확도 향상 및 대기 분석 연구에 기여할 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 1.Introduction 1
• 2.Data 4
• 2.1. PACE/HARP2 4
• 2.2. BusanSat‒B/PolCube 5
• 2.3. Supplementary data 8
• 3.Method 10
• 3.1. Overview of the Algorithm 10
• 3.2. Theoretical background of the Optimal Estimation Method 12
• 3.3. Radiative Transfer Calculations 18
• 3.4. Air-PolCube Retrieval Algorithm 21
• 4.Results 22
• 4.1. Error characterization 22
• 4.2. HARP2 Aerosol Property Inversion 37
• 4.3. Air-PolCube results 45
• 5.Summary and Conclusion 48
• 6.Discussion 49