월면 디지털 영상 분석을 이용한 대기 광학두께 산출

정명재 ( Myeong Jae Jeong ) 대한원격탐사학회 2013 大韓遠隔探査學會誌 Vol.29 No.5

이 연구에서는 상용 디지털 카메라를 이용하여 야간에 촬영된 월면 영상을 분석하여 야간의 대기 광학두께와 에어로솔 광학두께를 추정하였다. 기본적으로 랑리회귀법을 이용하였으며 구름이 없고 대기의 광학적 특성이 비교적 안정한 날에 관측을 수행하였다. 카메라의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 채널의 파장별 반응함수를 이용하여 월광관측에 대한 유효 중심파장 및 레일리 광학두께를 추정하였으며, 랑리 회귀법에서 유도된대기광학두께로부터 레일리 광학두께를 제하여 에어로솔 광학 두께를 산출하였다. 야간에는 독립적인 방법으로 산출된 검증자료나 다른 에어로솔 광학두께 자료가 거의 없으므로 월면 관측이 이루어지기 수 시간 전의 주간에 정밀한 태양분광광도계로 측정된 에어로솔 광학두께 자료와 MODIS 위성센서 관측으로부터 산출된 에어로솔 광학두께 자료를 본 연구에서 월면 관측을 통해 산출된 자료와 비교하였다. 비교 결과 R, G, B 채널에서 대략 0.1정도의 오차 범위에서 월면 영상분석을 통해 에어로솔 광학두께의 추정이 가능함을 알 수 있었다. 단, 대기 중의 에어로솔 입자들의 크기를 나타내는 모수인 앙스트롬지수(Angstrom Exponent)는 파장별 광학두께의 작은 오차에도 큰 오차를 가질 수 있기 때문에 에어로솔 광학두께의 오차에 비해 비교적 큰 오차를 보일수 있음이 나타났다. 그럼에도 불구하고, 야간의 에어로솔 광학두께 자료가 많지 않은 현실에서 저비용으로 월면 관측을 통하여 에어로솔 광학두께를 산출할 수 있는 가능성을 찾았다는 점에서 본 연구의 의의가 있으며 앞으로 보다 많은 관측과 분석을 통해 보다 향상된 야간 에어로솔 광학두께 추정이 가능할 것으로 보인다. Atmospheric optical thickness during nighttime was estimated in this study using analysis on the images of the moon taken from commercial digital camera. Basically the Langely Regression method was applied to the observations of the moon for the cloudless and optically stable sky conditions. The spectral response functions for the red(R), green(G), and blue(B) channels were employed to derive effective wavelength centers of each channel for the observations of the moon, and the correspondent Rayleigh optical thickness were also calculated. Aerosol optical thickness (AOT) was calculated by subtracting Rayleigh optical thickness from the atmospheric optical thickness derived from the Langley regression method. As there are only handful of nighttime AOT observations, the AOT from the moon observations was compared with the AOT from sun-photometers and the MODIS satellite sensor, which was taken several hours before the moon observations of this study. As a result, the values of AOT from moon observations agree with those from sun-photometers and MODIS within 0.1 for the R, G, B channels of the digital camera. On the other hand, Angstrom Exponent seems to be subject to larger errors due to its sensitiveness to the spectral errors of AOT. Nevertheless, the results of this study indicate that the method reported in this study is promising as it can provide nighttime AOT relatively easily with a low cost instrument like digital camera. More observations and analyses are warranted to attain improved nighttime AOT observations in the future.

대기광학깊이에 따른 지표 태양복사의 변화

조희구(Hi-Ku Cho),정명재(Myeong-Jae Jeong),김영준(Young-Joon Kim) 한국기상학회 2000 Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences Vol.36 No.3

극궤도 위성 관측을 이용한 지표면에서의 태양 복사에너지 도출

김동철 ( Dong Cheol Kim ),정명재 ( Myeong Jae Jeong ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.3

본 연구에서는 대기 상단에서 반사된 복사와 지표면에서 흡수된 복사에너지가 서로 선형 관계임을 보인 기존의 알고리즘을 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 관측 자료에 적용 시킬 수 있도록 개선하여 하향 및 순 태양 복사에너지를 산출하였다. 비교 검증을 수행하기 위해 Clouds and the Earth``s Radiant Energy System (CERES) 센서와 강릉원주대학교(GWNU), 미국의 Atmospheric Radiation Measurement (ARM) 관측소의 지상 일사계 자료를 사용하였다. 지구 에너지 수지와 관련하여 지표면에서의 복사에너지를 비교하기에 앞서 알고리즘을 통한 산출 결과와 CERES 자료의 대기 상단 복사에너지를 비교한 결과, 결정계수가 0.9이상을 보여 상당히 유사함을 보였지만 Root-Mean-Square- Deviation (RMSD) 값이 다소 차이가 있는 것으로 나타났고 하향과 순 태양 복사에너지도 비슷한 결과를 얻었다. 강릉원주대학교 자료와 비교한 결과, 본 연구의 알고리즘을 통해 산출된 결과가 CERES 자료보다 작 은 RMSD를 보임으로서 더 높은 정확도를 보였다. 한편, ARM 관측소의 경우 하향 태양 복사에너지의 평균 적인 RMSD가 CERES 자료에 비해 다소 크게 산출되었지만 순 태양 복사에너지의 경우 비슷한 결과가 나타났으며 시·공간 해상도를 고려하였을 때 상당히 유사한 경향을 보이고 있음을 확인하였다. 본 연구에서 파악된 문제점에 대한 개선을 통해 향후 지상 관측을 대신하여 위성 관측으로부터 지표면에서의 하향 및 순 태양 복사에너지 자료를 고해상도로 제공하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. In this study, the net solar radiation fluxes at the surface are retrieved by updating an existing algorithm to be applicable for MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) observations, in which linear relationships between the solar radiation reflected from the top of atmosphere and the net surface solar radiation are employed. The results of this study have been evaluated through intercomparison with existing Clouds and the Earth``s Radiant Energy System (CERES) data products and ground-based data from pyranometers at Gangneung-Wonju National University (GWNU) and the Southern Great Plains (SGP) of observatory of Atmospheric Radiation Measurement (ARM) site. Prior to the comparison of the surface radiation energy in relation to the energy balance of the earth, the radiation energy of the upper part of the atmosphere was compared. As a result, the coefficient of determination was over 0.9, showing considerable similarity, but the Root-Mean-Square-Deviation (RMSD) value was somewhat different, and the downward and net solar-radiation energy also showed similar results. The surface solar radiation data measured from pyranometers at Gangneung-Wonju National University (GWNU) and Atmospheric Radiation Measurement (ARM) observatory are used to validate the solar radiation data produced in this study. When compared to the GWNU, The results of this study show smaller RMSD values than CERES data, showing slightly better agreements with the surface data. On the other hand, when compared with the data from ARM SGP observatory, the results of this study bear slightly larger RMSD values than those for CERES. The downward and net solar radiation estimated by the algorithm of this study at a high spatial resolution are expected to be very useful in the near future after refinements on the identified problems, especially for those area without ground measurements of solar radiation.

특수일사계를 이용한 맑은 날 일사량의 온도 보정

조일성(Zo Il-Sung),정명재(Jeong Myeong-Jae),이규태(Lee Kyu-Tae),지준범(Jee Joon-Bum),김부요(Kim Bu-Yo) 한국태양에너지학회 2015 한국태양에너지학회 논문집 Vol.35 No.1

Pyranometer have many uncertainty factors (sensitivity function, thermal offset, other spectral effect, geometric, environment, and equipment etc.) than pyrheliometer. The solution for most of the uncertainty factors have been researched, but the problem for thermal offset is being continued research so far. Under the clear sky, due to the thermal offset of pyranometer, the diffuse and global radiation have been negative value for the nighttime and lower value for the daytime, respectively. In order to understand the uncertainty of the thermal offset effect, solar radiation are observed and analyzed using Ji and Tsay method and date from modified pyranometer. As a result of performing temperature correction using the modified pyranometer, the slope (dome factor; k) and intercept (r0) from a linear regression method are 0.064 and 3.457 g·m<SUP>-2</SUP>·k<SUP>-1</SUP>, respectively. And the solar radiation is decreased significantly due to the effect of thermal offset during nighttime. The solar radiation from modified pyranometer increased approximately 8% higher than its observed by general pyranometer during daytime. By the way, these results and did not generalize because its result is for only single case in clear sky. Accordingly, it is to required for accurate results-obtained by the various cases (clear, cloudy and rainy) with longterm observations.

위성관측 (MODIS)과 수치실험에서 조사된 안개의 광학적 성질

유정문(Jung-Moon Yoo),정명재(Myeong-Jae Jeong),윤미영(Mi-Young Yun) 한국기상학회 2005 Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences Vol.41 No.4

Suomi-NPP위성 DNB관측을 이용한 우리나라 소도시에서의 야간 에어로졸 광학두께 추정

추교황 ( Gyo Hwang Choo ),정명재 ( Myeong Jae Jeong ) 대한원격탐사학회 2016 大韓遠隔探査學會誌 Vol.32 No.2

이 연구에서는 Suomi-National Polar Partnership(Suomi-NPP) 위성에 탑재된 Visible Infrared Imaging Radiometer Suite(VIIRS) 센서의 Day/Night Band(DNB)로부터 측정된 인공광원 복사휘도 정보를 이용하여 우리나라 소도시들에서 야간 에어로졸 광학두께를 추정하는 방법을 개발하였다. 개발된 알고리즘에서는 야간에 도시의 인공광원들로부터 방출되는 빛을 광원으로하여 Beer의 복사 감쇠법칙이 이용되었으며, VIIRS의 적외선 영역 M밴드 관측자료를 사용하여 구름화소를 제거함으로써 청천화소에 대하여 에어 로졸 광학두께를 산출하였다. 본 연구에서 산출된 야간 에어로졸 광학두께 결과는 주간 MODerate resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) 센서로부터 산출된 자료와 비교·검증하였다. 검증 결과, 도시에 따라 0.6~0.7이상의 상관계수와 0.14~0.18 범위의 제곱근-평균-제곱 차이(Root-Mean-Square Difference; RMSD)를 보였다. 추가적으로 야간 에어로졸 광학두께에 영향을 미치는 인자들에 대한 민감도 실험을 수행하여 개발된 알고리즘의 산출 오차의 범위를 추정하였다. 본 연구를 통하여 우리나라에서 야간에 DNB채널 관측자료를 이용하여 에어로졸 광학두께를 추정할 수 있는 가능성을 확인 하였으며, 개발된 알고리즘의 지속적인 개발 및 개선이 이루어진다면 향후 국내에서 기존에 부족했던 야간 에어로졸 정보의 산출에 기여할것으로 기대된다. In this study, an algorithm to estimate Aerosol Optical Thickness (AOT) over small cities during nighttime has been developed by using the radiance from artificial light sources in small cities measured from Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) sensor’s Day/Night Band (DNB) aboard the Suomi-National Polar Partnership (Suomi-NPP) satellite. The algorithm is based on Beer’s extinction law with the light sources from the artificial lights over small cities. AOT is retrieved for cloudfree pixels over individual cities, and cloud-screening was conducted by using the measurements from M-bands of VIIRS at infrared wavelengths. The retrieved nighttime AOT is compared with the aerosol products from MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard Terra and Aqua satellites. As a result, the correlation coefficients over individual cities range from around 0.6 and 0.7 between the retrieved nighttime AOT and MODIS AOT with Root-Mean-Squared Difference (RMSD) ranged from 0.14 to 0.18. In addition, sensitivity tests were conducted for the factors affecting the nighttime AOT to estimate the range of uncertainty in the nighttime AOT retrievals. The results of this study indicate that it is promising to infer AOT using the DNB measaurements over small cities in Korea at night. After further development and refinement in the future, the developed retrieval algorithm is expected to produce nighttime aerosol information which is not operationally available over Korea.

가시광선과 적외선 복사영역에서 물구름의 광학적 성질

조희구(Hi-Ku Cho),이승만(Seung-Man Lee),이규태(Kyu-Tae Lee),정성래(Sung-Rae Chung),정명재(Myeong-Jae Jeong) 한국기상학회 1998 Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences Vol.34 No.2

동아시아 지역의 육상에서 다중채널 위성자료에 의한 황사/연무 탐지

박수현 ( Su-hyeun Park ),추교황 ( Gyo-hwang Choo ),이규태 ( Kyu-tae Lee ),신희우 ( Hee-woo Shin ),김동철 ( Dong-chul Kim ),정명재 ( Myeong-jae Jeong ) 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.3

이 연구에서는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) Level 1.0B 자료와 다중채널 원격 탐사방법을 이용하여 황사(dust)/연무(smoke) 탐지 알고리즘을 개발하였고 결과 검증을 위하여 MODIS RGB 합성영상과 Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization Satellite Observations(CALIPSO)위성의 VFM(Vertical Feature Mask)자료가 사용되었다. 2007년 3월 30일과 2012년 4월 27일의 주간 사례에 대한 이 연구의 황사/연무 탐지 결과는 검증자료와 약 56.4 %, 72.0 % 일치하였으며 야간의 경우는 2012년 04월 27일 사례에 대하여 약 40.5 % 일치하였다. 그러나 이 연구 결과는 MODIS와 CALIPSO 위성의 시·공간 일치 한계 때문에 제한적 사례에 대하여 검증되었으나 추가적인 연구를 통하여 우리나라 차세대 정지궤도 기상위성의 에어로졸 탐지에 활용될 수 있을 것이다. In this study, the dust/smoke detection algorithm was developed with a multi-spectral satellite remote sensing method using Moderate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Level 1B (L1B) data and the results were validated as RGB composite images of red(R; band 1), green(G; band 4), blue(B; band 3) channels using MODIS L1B data and Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization Satellite Observations (CALIPSO) Vertical Feature Mask (VFM) product. In the daytime on March 30, 2007 and April 27, 2012, the consistencies between the dust/smoke detected by this algorithm and verification data were approximately 56.4 %, 72.0 %, respectively. During the nighttime, the similar consistency was 40.5 % on April 27, 2012. Although these results were analyzed for limited cases due to the spatiotemporal matching for the MODIS and CALIPSO satellites, they could be used to utilize the aerosol detection of geostationary satellites for the next generations in Korea through further research.