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레일리 대기에서 단파 영역에서의 복사전달모델 결과들의 상호 비교
유정문,정명재,이규태,김준,허창회,안명환,허영민,이주은,유혜림,정주용,신인철,최용상,김영미,이윤곤,이재화,윤종민,이원학 한국지구과학회 2007 한국지구과학회지 Vol.28 No.3
Intercomparison between eight radiative transfer codes used for the studies of COMS (Communications, Ocean,fluxes: 1) direct solar irradiance at the surface, 2) diffuse irradiance at the surface, 3) diffuse upward flux at the surface,and 4) difuse upward flux at the top of the atmosphere. The result (hereafter called the H15) from Halthore et al.’s study(2005) which intercompared and averaged 15 codes was used as a benchmark to examine the COMS models. Uncertaintyof the seven COMS models except STREAMER was ±4% with respect to the H15, comparable with ±3% of Halthore etal.’s (2005). The uncertainty increased under a large SZA = 75o. The SBDART model generally agreed with the H15better than the 6S model, but both models in the shortwave infrared region were equally good. The direct solar irradiance(12.1 Wm2). This reason was partially due to diferently installing the wavelength resolution in the flux integration. Thisstudy may be useful for selecting the optimum model in the shortwave region.......... intercomparison, radiative transfer model, Rayleigh atmosphere, SBDART, 6S(. . ) 본 연구에서는 레일리 ( 순수 기체 ) 대기 조건 하에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 여덟 개 단파 복사전달 모델에서 산출된 네 종류 복사속 (flux) 성분을 상호비교함으로써 상대 오차를 조사하였다 . 이들 복사속 성분은 지표에서 의 직달 일사 , 하향 산란 , 상향 산란 , 그리고 대기 상부에서의 상향 산란이다 . 또한 국내 모델의 평가를 위하여 , 15 개 모델을 평균한 Halthore et al.(2005) 결과 ( 예 , H15) 를 기준값으로 사용하였다 . 동일한 태양천정각에서 모델 간의 불일치 는 열대 대기에서 수증기에 기인하였고 , 한대 대기에서는 오존에 기인하였다 . STREAMER 를 제외한 국내 7 개 모델의 지상에서의 하향 직달일사값은 H15 에 대하여 ±4% 내에서 일치하였다 . 이러한 상대 오차는 태양천정각이 커질 때 증가 하였으며 , Halthore et al.(2005) 에서의 ±3% 와 근접하였다 . 네 종류 복사속 분석에서 SBDART 모델이 6S 모델에 비하 여 전반적으로 우수하였으나 , 근적외 파장역에서는 서로 비교할만하였다 . 네개 기관의 연구자들이 같은 SBDART 모델 에서 산출한 지표에서의 하향 직달일사값 간에도 12.1 Wm − 2 (1.4%) 의 불일치가 존재하였다 . 불일치의 원인은 부분적으 로 복사속 적분에 있어서 서로 다르게 설정된 파장 분해능에도 있었다 . 본 연구는 단파 영역에서 최적 모델을 선정하 는 데 도움을 줄 수 있다 .
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에어러솔 대기에서 단파 영역에서의 복사전달모델들의 상호비교
유정문,정명재,이규태,김준,이주은,허영민,김보미,이윤곤,이재화,윤종민,이원학 한국지구과학회 2008 한국지구과학회지 Vol.29 No.2
Intercomparison among the three radiative transfer models (RTMs) which have been used in the studies for COMS, was carried out on the condition of aerosol-laden atmospheres. Also the role of aerosols in the atmospheric radiation budget was analyzed. The results(hereafter referred to as H15) from Halthore et al.’s study (2005) were used as a benchmark to examine the models. Aerosol Radiative Forcing(ARF) values from the three RTMs, calculated under two conditions of Aerosol Optical Thickness(AOT=0.08, 0.24), were systematically underestimated in comparison to H15 in the following shortwave components; 1) direct and diffuse irradiance at the surface, 2) diffuse upward fluxes at the surface and the top of the atmosphere, and 3) atmospheric absorbance. The ARF values for the direct and diffuse fluxes at the surface was -10~-40 Wm-2. The diffuse upward values became larger with increasing both AOT and Solar Zenith Angle(SZA). Diffuse upward/downward fluxes at the surface were more sensitive to the SZA than to the atmospheric type. The diffuse downward values increased with increasing AOT and decreasing SZA. The larger AOT led to surface cooling by exceeding the reduction of direct irradiance over the enhancement of diffuse one at the surface. The extinction of direct solar irradiance was due mainly to water vapor in tropical atmospheres, and to both ozone and water vapor in subarctic atmospheres. The effect of water vapor in the tropics was 3∼4 times larger than that of the ozone. The absorbance values from the three RTMs agree with those from H15 within ±10%. 본 연구에서는 에어러솔 대기 상태에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 세 개의 단파 복사전달모델에서 산출된 복사속 성분을 비교분석하였으며, 대기 복사 수지에서 에어러솔 역할도 분석하였다. 국내 모델들의 평가를 위하여, 15개 모델값을 평균한 Halthore et al. (2005) 결과를 기준값으로 사용하였다. 두 종류 에어러솔 농도(AOT=0.08, 0.24)에서 조사된 열대 또는 한대 대기의 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사 및 상향 산란, 대기 상부의 상향 산란, 그리고 대기 흡수도의 복사 성분들에 있어서 국외 연구에 비하여 국내 결과들에서 체계적으로 약하게 나타났다. 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사에 대하여 -10~-40 Wm-2 이었으며, 지표 및 대기 상부의 상향 산란의 경우에 상대적으로 큰 태양천정각과 고농도 에어러솔 상태에서 컸다. 두 종류 에어러솔 조건에서 지표에서의 하향 및 상향 산란값들은 대기 종류보다는 태양천정각에 더 민감하였다. 하향 산란은 상대적으로 작은 태양천정각과 고농도 에어러솔 조건에서 컸다. 에어러솔 농도 증가는 하향 산란 증가에도 불구하고 하향 직달 일사의 감소가 이를 초과함으로써 지표 냉각을 유도하는 것으로 조사되었다. 동일한 에어러솔 농도 및 태양천정각 조건에서 직달일사 소산은 열대 대기에서는 주로 수증기, 그리고 한대 대기에서는 수증기 뿐만 아니라 오존에도 기인하는 것으로 조사되었다. 특히 열대 대기에서는 수증기의 역할이 오존에 비하여 3~4배 컸다. 저농도 및 고농도 에어러솔 대기에서 대기 흡수도는 국내외 연구 간에 ±10% 내에서 일치하였다.
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극궤도(MODIS) 및 정지궤도(GOES-9) 위성관측을 이용한 한반도에서의 안개 탐지
유정문,윤미영,정명재,안명환 한국지구과학회 2006 한국지구과학회지 Vol.27 No.4
Seasonal threshold values for fog detection over the ten airport areas within the Korean Peninsula have beenderived from the data of polar-orbit Aqua/Terra MODIS and geostationary GOES-9 during a two years. The values areobtained from reflectance at 0.65m (R0.65) and the difference in brightness temperature between 3.7m and 1 m (T3.7-1).In order to examine the discrepancy between the threshold values of two kinds of satellites, the following four parametershave been analyzed under the condition of daytime/nighttime and fog/clear-sky, utilizing their simultaneous observationsover the Seoul metropolitan area: brightness temperature at 3.7m, the temperature at 11m, the T3.7-1 for day and night,and the R0.65 for daytime. The parameters show significant correlations (r > 0.5) in spatial distribution between the twokinds of satellites. The discrepancy between their infrared thresholds is mainly due to the disagreement in their spatialresolutions and spectral bands, particularly at 3.7m. Fog detection from GOES-9 over the nine airport areas except theCheongju airport has revealed accuracy of 60% in the daytime and 70% in the nighttime, based on statistical verification.The accuracy decreases in foggy cases with twilight, precipitation, short persistence, or the higher cloud above fog. Thesensitivity of radiance and reflectance with wavelength has been analyzed in numerical experiments with respect tovarious meteorological conditions to investigate optical characteristics of the three channels.......... fog detection, MODIS, GOES-9, infrared threshold, reflectance, numerical experiments. . : . ..... ... .. Aqua/Terra. ... MODIS .... .... .. GOES-9. 2.. .. ... .... , ... 10. .. ... .. .. .. .. ... . .. .... .. 0.65m... ...(R0.65) ... 3.7m. 11m .... .. .. (T3.7-1).. .... ..... . .. .... . .. ...
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유정문,전원선,Yoo, Jung-Moon,Jeon, Won-Sun 한국지구과학회 2000 한국지구과학회지 Vol.21 No.6
전지구(全地球)에 대한 오존전량과 반사율의 경년(經年) 변화를 조사하기 위하여 1979-92년 기간의 Nimbus-7/TOMS 자료의 월평균과 그 아노말리 값을 사용하였다. 여기서 대기 열적 변화에 따른 오존의 경년 변화를 분석하기 위하여 TOMS 자료 외에 위성관측 MSU채널4(하부성층권) 자기온도와 두 개의 대기대순환 모델(NCEP, GEOS) 재분석 온도를 이용하였다. 또한 대기의 열적 및 강수(구름) 변화에 따른 반사율의 경년 변화를 분석하기 위하여는 MSU 채널1(하부 대류권)밝기온도를 이용하였다. 오존전량의 시계열은 뚜렷한 계절 변화와 함께 전구적으로 감소 경향(-6.3${\pm}$0.6 DU/decade)을, 그리고 엘니뇨보다는 화산폭발이 있었던 기간에 더 뚜렷한 변동을 보였다. 오존전량과 위성관측 및 모델 재분석의 하부 성층권 온도는 1980-92년 기간의 경년 변화에 있어서 서로 양의 상관(0.2-0.7)을 보였다. 반사율은 같은 기간에 전구적으로 다소 증가 경향(0.20${\pm}$0.06 %/decade)을 보였으며 1982-83년, 1991-92년의 엘니뇨 특징을 잘 반영하였다. 열대 지역에서의 반사율의 연주기 변동은 양반구의 고위도에 비하여 작게 나타났으며, 이는 아열대 고압대 및 열대 용승 지역에서 대기 침강으로 인하여 구름이 소산되거나 하층운의 발달로 인하여 낮은 반사율과 함께 그 변동도 작기 때문인 것으로 추정되었다. 전구에 대한 반사율과 MSU 하부 대류권 온도는 경년 변화에 있어서 서로 음의 상관(-0.9)을 보였으나, 대류활동이 활발한 열대 해양에서는 낮은 양의 상관(0.2)을 보였다. 이러한 양의 상관은 해양에서 구름 및 강수의 증가에 따라 채널1 밝기온도를 증가하게 하는 마이크로파 방출율의 효과를 반영하였다. 오존과 하부 성층권 온도 사이에, 그리고 반사율과 하부 대류권 온도 사이에 존재하는 유의적인 상관은 오존 및 반사율의 위성관측 자료가 기후변동에서의 피이드백 작용을 이해하는데에 유용하게 사용될수 있음을 본 연구는 제시한다. In order to investigate interannual variation of total ozone and reflectivity over the globe, Nimbus-7/TOMS data were used on the monthly mean and its anomaly for the period of 1979-92. This study also examined MSU channel 4(Ch4; lower-stratosphere) brightness temperature data and two model reanalyses of NCEP and GEOS to compare the ozone variation with atmospheric thermal condition. In addition, the MSU channel 1(Ch1 ; lower-troposphere) brightness temperature was used to compare with the reflectivity. The ozone showed strong annual cycle with downward trend(-6.3${\pm}$0.6 DU/decade) over the globe, and more distinct response to volcanic eruption than El Ni${\tilde{n}$o. The relationship between total ozone and MSU Ch4 observation, and between the ozone and model reanalyses of lower stratosphere temperature showed positive correlation(0.2-0.7) during the period of 1980-92. Reflectivity increased interannually by 0.2${\pm}$0.06%/decade over the globe during the above period and reflected El Ni${\tilde{n}$o(1982-83, 1991-92) well. Its variability in annual cycle was remarkably smaller in tropics than in higher latitudes. This is inferred due to cloud suppression and tropical upwelling regions. Reflectivity correlated negatively(-0.9) to the Ch1 temperature over the globe, but positively(0.2) over tropical ocean. The positive value over the ocean results from the effect of microwave emissivity which increases the Ch1 temperature with enhanced hydrometeor activity. Significant correlations between total ozone and the Ch4 temperature, and between reflectivity and the Ch1 Suggest that the TOMS data may use valuably to better understand the feedback mechanism of climate change.
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