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두파장 스캐닝 라이다 시스템을 이용한 고해상도 미세먼지 질량 농도 산출
노영민 ( Youngmin Noh ),김덕현 ( Dukhyun Kim ),최성철 ( Sungchul Choi ),최창기 ( Changgi Choi ),김태경 ( Taegyeong Kim ),김가형 ( Gahyeong Kim ),신동호 ( Dongho Shin ) 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.6
532와 1064 nm 두 파장 관측 채널을 구비하고 수평으로 360° 스캐닝 관측이 가능한 스캐닝 라이다 시스템을 개발하였다. 또한, 두 파장에서의 후방산란계수를 이용하여 미세먼지를 PM<sub>2.5-10</sub>(조대)와 PM<sub>2.5</sub>(미세)입자로 구분하는 분석도 개발하여 스캐닝 라이다 시스템의 데이터 분석에 적용하였다. 개발된 스캐닝 라이다를 이용한 울산 온산공단에서 관측에서 각각 22 - 110 μg/㎥과 7 - 78 μg/㎥의 분포를 보이는 PM<sub>10</sub>과 PM<sub>2.5</sub>의 질량 농도를 성공적으로 산출하였다. 분석된 결과는 라이다 관측 영역 주변에서 지상에서 측정된 질량농도와 유사한 값을 보였으며, 공장 등에서 배출되는 지점에서는 이 각각 80-110 μg/㎥과 60-78 μg/㎥의 고농도가 측정되는 사례를 확인하였다. A scanning lidar system has been developed. The system has two wavelength observation channels of 532 and 1064 nm and is capable of 360-degree horizontal scanning observation. In addition, an analysis method that can classify the measured particle as an indicator of coarse-mode particle (PM<sub>2.5-10</sub>) and an indicator of fine-mode particles (PM<sub>2.5</sub>) and calculate the mass concentration of each has been developed by using the backscatter coefficient at two wavelengths. It was applied to the data calculated by observation. The mass concentrations of PM<sub>10</sub> and PM<sub>2.5</sub>, which showed a distribution of 22-110 μg/㎥ and 7-78 μg/㎥, respectively, were successfully calculated in the Ulsan Onsan Industrial Complex using the developed scanning lidar system. The analyzed results showed similar values to the mass concentrations measured on the ground around the lidar observation area, and it was confirmed that high concentrations of 80-110 μg/㎥ and 60-78 μg/㎥ were measured at points discharged from factories, respectively.
AERONET 선포토미터 자료를 이용한 국내 에어로졸 유형별 특성과 광학적 두께 변화 연구
주소희,노영민,Joo, Sohee,Dehkhoda, Naghmeh,Noh, Youngmin 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.2
본 연구는 국내 최초로 안면도, 고산, 광주, 서울에서 측정된 AERONET 선포토미터 자료를 편광소멸도(δ)와 단산란 알베도(SSA)를 이용하여 에어로졸의 유형을 PD, DDM, PDM, NA, WA, MA, SA의 7가지 유형으로 구분하고 계절별, 연도별 발생빈도와 유형별 AOD변화를 살펴보았다. 오염입자(NA, WA, MA, SA를 합한 비율)의 비율은 각각 58.9, 46.2, 59.5, 67.1%로 서울이 가장 높고 고산이 가장 낮았다. 연간 비율 변화는 NA는 증가하고 PD, DDM은 감소하는 경향을 보였다. 유형별 AOD는 NA가 모든 사이트에서 가장 높은 값을 보였다. 또한, NA의 비율과 AOD는 지속적으로 증가하는 추세를 보였다. For the first time in Korea, aerosol type was separated as PD (Pure dust), DDM (Dust Dominant Mixed), PDM (Pollution Dominant Mixed), NA (Non-Absorbing), WA (Weakly Absorbing), MA (Moderately Absorbing), and SA (Strongly Absorbing) using depolarization ratio and single-scattering albedo based on AERONET sunphotometer data. Then, seasonal and annual occurrence frequency and AOD variation are analyzed. The proportion of pollution aerosols (NA, WA, MA, SA combined) was 58.9, 46.2, 59.5, and 67.1% at Anmyeon, Gosan, Gwangju, Seoul, respectively, with Seoul being the highest and the lowest at Gosan. Annual rate changestended to increase NA and decrease PD and DDM. The AOD by type showed the highest NA at all sites. In addition, the ratio of NA and AOD continued to increase.
황사 발원지에서 선포토미터를 활용한 에어로졸의 광학적 특성 산출과 미세먼지속 황사구분
신동호 ( Dongho Shin ),노영민 ( Youngmin Noh ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.3
황사의 주요 발원지인 중국 북부 둔황지역에 선포토미터를 설치하여 440, 675, 870 그리고 1020nm 채널에서 황사의 파장별 입자편광소 멸도를 산출하였다. 이와 함께 발원한 황사가 장거리 수송과정에 위 치한 제주 고산과 일본 오사카에 설치된 선포토미터를 함께 분석하였다. 황사 발원지에서 1020 nm 파장에 서 입자편광소멸도가 0.34로 가장 높은 수치를 보였다. 또한, 초미세먼지 농도가 증가하는 경우 입자편광소 멸도는 감소하는 경향을 보였다. 우리는 본 연구에서 선포토미터의 입자편광소멸도 산출을 통해 에어로졸에 서 황사의 구성 비율이 변화함을 확인하였다. We present linear particle depolarization ratio at 440, 675, 870, and 1020 nm retrieved from measurements with an AERONET sun/sky radiometer at the source region of Asian dust, Dunhuang. The linear particle depolarization ratios are retrieved at the two receptor sites (Gosan and Osaka). The highest linear particle depolarization ratio of 0.34 at 1020 nm is retrieved from nearly pure Asian dust. The linear particle depolarization ratio decreased as the volume concentration of fine-mode particle increased. We can confirm that the ratio of Asian dust is changed by the value of the linear particle depolarization ratio retrieved by AERONET data.
UV-VIS 초분광 위성센서 모의복사휘도를 활용한 다양한 관측환경에서의 에어로솔 유효고도에 대한 O4 대기질량인자 민감도 조사
최원이 ( Wonei Choi ),이한림 ( Hanlim Lee ),최철웅 ( Chuluong Choi ),이양원 ( Yangwon Lee ),노영민 ( Youngmin Noh ) 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.2
본 연구에서는 복사전달모델을 사용하여 다양한 변수환경(파장 (340 nm, 477 nm), 에어로솔 종류(스모크, 황사, 황산염), AOD (aerosol optical depth), 지표면 반사도, 관측기하)에 따라 에어로솔 유효 고도(aerosol peak height; APH)에 대한 O<sub>4</sub> 대기질량인자(air mass factor; AMF)의 민감도를 조사하였다. 전반적으로, 477 nm의 O<sub>4</sub> AMF 가 340 nm 보다 APH에 대한 민감도가 크고 안정적으로 산출 가능한 것으로 확인하였다. AOD가 높을 때 APH에 대한 O<sub>4</sub> AMF의 민감도가 커지는 것을 확인하였다. 477 nm에서는 340 nm 보다 지표면 반사도의 영향이 큰 것으로 나타났다. 태양천정각 증가에 따라 340 nm에서의 O<sub>4</sub> AMF가 감소하는 추세를 발견하였으며, 이러한 경향은 태양천정각 40°인 환경에서 높은 Rayleigh 및 Mie 산란에 의한 장벽효과로 인해 O<sub>4</sub> 흡수가 발생하는 광경로 길이가 줄어들기 때문인 것으로 사료된다. 477 nm에서는 태양천정각이 증가함에 따라 Rayleigh 및 Mie 산란에 의한 다중산란이 일부 발생하여 O<sub>4</sub> AMF가 비선형함수 형태로 증가하는 경향을 보였다. 마지막으로, AOD의 불확실성이 APH 산출오차에 미치는 영향을 조사하였다. 황산염 타입에 대한 APH 산출 시, AOD의 불확실성으로 인한APH 산출오차가 다른 에어로솔 타입보다 크게 나타났으며, 황사의 경우 AOD 불확실성에 대한 APH 산출오차에 대한 영향이 미미하게 나타났다. 이러한 결과는 각 에어로솔 타입의 흡수 산란 특성이 다양하기 때문에, 에어로솔 타입이 APH 산출 오차에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. In this present study, the sensitivity of O<sub>4</sub> Air Mass Factor (AMF) to Aerosol Peak Height (APH) has been investigated using radiative transfer model according to various parameters (wavelength (340 nm and 477 nm), aerosol type (smoke, dust, sulfate), aerosol optical depth (AOD), surface reflectance, solar zenith angle, and viewing zenith angle). In general, it was found that O<sub>4</sub> AMF at 477 nm is more sensitive to APH than that at 340 nm and is stably retrieved with low spectral fitting error in Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) analysis. In high AOD condition, sensitivity of O<sub>4</sub> AMF on APH tends to increase. O<sub>4</sub> AMF at 340 nm decreased with increasing solar zenith angle. This dependency is thought to be induced by the decrease in length of the light path where O4 absorption occurs due to the shielding effect caused by Rayleigh and Mie scattering at high solar zenith angles above 40°. At 477 nm, as the solar zenith angle increased, multiple scattering caused by Rayleigh and Mie scattering partly leads to the increase of O<sub>4</sub> AMF in nonlinear function. Based on synthetic radiance, APHs have been retrieved using O<sub>4</sub> AMF. Additionally, the effect of AOD uncertainty on APH retrieval error has been investigated. Among three aerosol types, APH retrieval for sulfate type is found to have the largest APH retrieval error due to uncertainty of AOD. In the case of dust aerosol, it was found that the influence of AOD uncertainty is negligible. It indicates that aerosol types affect APH retrieval error since absorption scattering characteristics of each aerosol type are various.