PM2.5농도 산출을 위한 경험적 다중선형 모델 분석

추교황,이규태,정명재 한국지구과학회 2017 한국지구과학회지 Vol.38 No.4

In this study, the empirical models were established to estimate the concentrations of surface-level PM2.5 over Seoul, Korea from 1 January 2012 to 31 December 2013. We used six different multiple linear regression models with aerosol optical thickness (AOT), Ångström exponents (AE) data from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard Terra and Aqua satellites, meteorological data, and planetary boundary layer depth (PBLD) data. The results showed that M6 was the best empirical model and AOT, AE, relative humidity (RH), wind speed, wind direction, PBLD, and air temperature data were used as input data. Statistical analysis showed that the result between the observed PM2.5 and the estimated PM2.5 concentrations using M6 model were correlations (R=0.62) and root square mean error (RMSE=10.70 μg m−3). In addition, our study show that the relation strongly depends on the seasons due to seasonal observation characteristics of AOT, with a relatively better correlation in spring (R=0.66) and autumntime (R=0.75) than summer and wintertime (R was about 0.38 and 0.56). These results were due to cloud contamination of summertime and the influence of snow/ice surface of wintertime, compared with those of other seasons. Therefore, the empirical multiple linear regression model used in this study showed that the AOT data retrieved from the satellite was important a dominant variable and we will need to use additional weather variables to improve the results of PM2.5. Also, the result calculated for PM2.5 using empirical multi linear regression model will be useful as a method to enable monitoring of atmospheric environment from satellite and ground meteorological data. 본 연구에서는 서울지역의 지상 미세먼지(PM2.5) 농도를 산출하기 위하여 경험적인 모델들을 개발하였다. 연구에이용한 자료는 2012년 1월 1일부터 2013년 12월 31일까지이며 Terra와 Aqua위성의 MODIS센서에서 산출되는 에어로졸 광학두께, 옹스트롬 지수, 기상변수들과 행성경계층두께와 관련된 6개의 다중 선형 회귀모델들의 차이를 분석하였다. 그 결과 에어로졸 광학두께와 옹스트롬 지수, 상대습도, 풍속, 풍향, 행성경계층두께, 기온 자료를 입력 자료로 사용한M6모델이 가장 좋은 결과를 보였다. 통계적인 분석에 따르면 M6 모델을 사용하여 계산된 PM2.5와 관측된 PM2.5농도 사이의 결과는 상관계수(R=0.62)와 평균제곱근오차(RMSE=10.70 μg m−3)이다. 또한 산출된 계절별 지표면 PM2.5농도는여름철(R=0.38)과 겨울철(R=0.56)보다 봄(R=0.66)과 가을철(R=0.75)에 상대적으로 더 좋은 상관 관계를 보였다. 이러한결과는 에어로졸 광학두께의 계절별 관측 특성으로 인한 것으로써 다른 계절에 비하여 여름과 겨울철 에어로졸 광학두께 관측이 구름과 눈/얼음 표면에 의한 관측 제한과 오차를 가져온 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 사용한 경험적 다중선형회귀 모델은 위성에서 산출된 에어로졸 광학두께 자료가 지배적인 변수로 작용하며 PM2.5산출 결과들을향상시키기 위해서는 추가적인 기상 변수를 이용해야 할 것이다. 또한 경험적 다중선형회귀 모델을 이용하여 PM2.5를산출한 결과는 인공위성 자료로부터 대기환경 감시를 가능하게 하는 방법이 될 수 있어 유용할 것이다.

Suomi NPP-VIIRS 관측을 이용한 야간 안개 탐지

추교황,정명재,유정문 한국기상학회 2014 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2014 No.4

MODIS관측을 이용한 지상 미세먼지 (PM2.5) 농도의 추정에 대한 기초 연구

추교황,정명재,신희우,김은규,김동철,홍성욱 한국대기환경학회 2014 한국대기환경학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.10

MODIS센서를 활용한 서울지역에서의 미세먼지(PM2.5와 PM10)농도 추정 알고리즘 연구

추교황,정명재 한국기상학회 2016 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2016 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.

OMI 위성 자료와 국가 배출량 자료를 활용한 동아시아의 NOx, SOx 변화 장기 분석(2005-2015)

서정현,윤종민,추교황,김덕래,이동원 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.2

Data from the Ozone Monitoring Instrument (OMI) satellite and national emission inventories were used in this study to analyze air quality in East Asia and estimate the impact of domestic and foreign emissions on South Korea’s air quality, based on which future emissions were predicted. The concentration trends of nitrogen dioxide (NO2) and sulfur dioxide (SO2) in East Asia from 2005 to 2015 showed that both substances were highest in North East China (NEC), followed by South East China (SEC) and Seoul Metropolitan Area (SMA). The average SO2 concentration was 1.63 times higher in NEC than in SMA. Analysis on the ratios of NO2/SO2 and NOx/SOx provides an indirect picture of the effect of transboundary air pollutants on atmospheric composition in Korea. The concentration ratio of NO2/SO2 in all study areas peaked in 2013 and SMA’s emission ratio of NOx/SOx increased in 2015 by over 22% from 2013. Despite the reduction in domestic emissions, the concentration-to-emission ratios (NO2/NOx, SO2/SOx) rose gradually, which implies that other factors besides domestic emissions (e.g., foreign sources, lifetime, etc.) influence air quality in SMA. We estimated future emissions of NOx and SOx in SMA to be 296.2 and 39.0 ktons in 2025 and 284.4 and 33.8 ktons in 2035, respectively. Application of the inter-comparison techniques of this study to the data from the Geostationary Environment Monitoring Instrument (GEMS) is expected to provide concrete information which can be used to improve national emission inventories and figure out factors and sources that affect domestic air quality. 동아시아 지역은 최근 인구급증과 경제성장으로 인해 화석연료의 사용이 증가함에 따라 이로 인한 대기오염물질 배출이 증가하여 대기질이 점차 악화되고 있다. 본 연구에서는 OMI (Ozone Monitoring Instrument) 위성 자료와 국가 대기오염물질 배출량 자료(National Emission Inventory)를 활용하여 동아시아의 대기현황 및우리나라의 대기질에 국내외 배출량이 미치는 영향을 분석하고 이를 기반으로 미래 배출량을 추정하였다. 2005년부터 2015년까지 동아시아의 NO2, SO2 농도를 분석한 결과, 두 물질 모두 NEC (North East China), SEC (South East China), SMA (Seoul Metropolitan Area) 순으로 높았다. SO2는 우리나라와 중국의 편차가 크게 나타나NEC 지역은 SMA보다 1.63배 높았다. 농도비와 배출비 분석을 통해 국외 배출원이 우리나라 대기환경에 미치는 영향을 간접적으로 파악할 수 있었는데, NO2/SO2 농도비는 우리나라와 중국 모두 2013년에 가장 높았고, SMA의 NOx/SOx 배출비는 2013년 이후 22% 이상 증가했다. 국내 배출량은 지속적으로 감소했으나 농도–배출량 비율(NO2/NOx, SO2/SOx)은 점차 증가하는 것으로 분석되었으며, 이는 곧 국내 배출량 외에 다른 요인(국외배출원, 체류시간 변화 등)이 우리나라 수도권의 대기질에 영향을 주고 있다는 것으로 해석된다. SMA의 미래배출량은 2025년에 NOx, SOx가 각각 296.2, 39.0 kton, 2035년에는 284.4, 33.8 kton 만큼 배출될 것으로 예측되었다. 본 연구에서는 공간적 제약을 받지 않는 위성자료의 장점을 이용하여 농도와 배출량 사이의 유의미한결과를 도출하였으며, 이 연구에서 사용된 위성관측 농도와 배출량 간의 상호비교 분석방법론과 GEMS (Geostationary Environment Monitoring Spectrometer) 위성 산출물을 활용하여, 향후 국내 대기질 영향요인을 파악하기 위한 국외 발 대기오염물질 기여도 분석과 배출 인벤토리 보완을 위한 기초 자료를 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

OMI 위성 자료와 국가 배출량 자료를 활용한 동아시아의 NO_x, SO_x 변화 장기 분석(2005-2015)

서정현,윤종민,추교황,김덕래,이동원,Seo, Jeonghyeon,Yoon, Jongmin,Choo, Gyo-Hwang,Kim, Deok-rae,Lee, Dong-Won 대한원격탐사학회 2020 大韓遠隔探査學會誌 Vol.36 No.2

동아시아 지역은 최근 인구급증과 경제성장으로 인해 화석연료의 사용이 증가함에 따라 이로 인한 대기오염물질 배출이 증가하여 대기질이 점차 악화되고 있다. 본 연구에서는 OMI (Ozone Monitoring Instrument) 위성 자료와 국가 대기오염물질 배출량 자료(National Emission Inventory)를 활용하여 동아시아의 대기현황 및 우리나라의 대기질에 국내외 배출량이 미치는 영향을 분석하고 이를 기반으로 미래 배출량을 추정하였다. 2005년부터 2015년까지 동아시아의 NO₂, SO₂ 농도를 분석한 결과, 두 물질 모두 NEC (North East China), SEC(South East China), SMA (Seoul Metropolitan Area) 순으로 높았다. SO₂는 우리나라와 중국의 편차가 크게 나타나NEC 지역은 SMA보다 1.63배 높았다. 농도비와 배출비 분석을 통해 국외 배출원이 우리나라 대기환경에 미치는 영향을 간접적으로 파악할 수 있었는데, NO₂/SO₂ 농도비는 우리나라와 중국 모두 2013년에 가장 높았고, SMA의 NO_x/SO_x 배출비는 2013년 이후 22% 이상 증가했다. 국내 배출량은 지속적으로 감소했으나 농도-배출량 비율(NO₂/NO_x, SO₂/SO_x)은 점차 증가하는 것으로 분석되었으며, 이는 곧 국내 배출량 외에 다른 요인(국외 배출원, 체류시간 변화 등)이 우리나라 수도권의 대기질에 영향을 주고 있다는 것으로 해석된다. SMA의 미래 배출량은 2025년에 NO_x, SO_x가 각각 296.2, 39.0 kton, 2035년에는 284.4, 33.8 kton 만큼 배출될 것으로 예측되었다. 본 연구에서는 공간적 제약을 받지 않는 위성자료의 장점을 이용하여 농도와 배출량 사이의 유의미한 결과를 도출하였으며, 이 연구에서 사용된 위성관측 농도와 배출량 간의 상호비교 분석방법론과 GEMS(Geostationary Environment Monitoring Spectrometer) 위성 산출물을 활용하여, 향후 국내 대기질 영향요인을 파악하기 위한 국외 발 대기오염물질 기여도 분석과 배출 인벤토리 보완을 위한 기초 자료를 제시할 수 있을 것으로 기대한다. Data from the Ozone Monitoring Instrument (OMI) satellite and national emission inventories were used in this study to analyze air quality in East Asia and estimate the impact of domestic and foreign emissions on South Korea's air quality, based on which future emissions were predicted. The concentration trends of nitrogen dioxide (NO₂) and sulfur dioxide (SO₂) in East Asia from 2005 to 2015 showed that both substances were highest in North East China (NEC), followed by South East China (SEC) and Seoul Metropolitan Area (SMA). The average SO₂ concentration was 1.63 times higher in NEC than in SMA. Analysis on the ratios of NO₂/SO₂ and NO_x/SO_x provides an indirect picture of the effect of transboundary air pollutants on atmospheric composition in Korea. The concentration ratio of NO₂/SO₂ in all study areas peaked in 2013 and SMA's emission ratio of NO_x/SO_x increased in 2015 by over 22% from 2013. Despite the reduction in domestic emissions, the concentration-to-emission ratios (NO₂/NO_x, SO₂/SO_x) rose gradually, which implies that other factors besides domestic emissions (e.g., foreign sources, lifetime, etc.) influence air quality in SMA. We estimated future emissions of NO_x and SO_x in SMA to be 296.2 and 39.0 ktons in 2025 and 284.4 and 33.8 ktons in 2035, respectively. Application of the inter-comparison techniques of this study to the data from the Geostationary Environment Monitoring Instrument (GEMS) is expected to provide concrete information which can be used to improve national emission inventories and figure out factors and sources that affect domestic air quality.

다중위성방법을 적용한 여름철 여명기 하층운/안개분석

양정현,유정문,정진희,추교황 한국기상학회 2017 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2017 No.10

휴대용 태양분광광도계(Microtops II sunphotometer)를 이용한 에어로솔 관측

김현수,정명재,신희우,최정환,추교황,김은규 한국기상학회 2014 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2014 No.10

태양분광광도계 및 위성관측을 이용한 우리나라 상공 에어로솔의 시공 변동성 연구

김현수,정명재,최정환,신희우,추교황,유정문 한국기상학회 2013 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2013 No.10