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한반도 연안해역에서 인공위성 산란계(MetOp-A/B ASCAT) 해상풍 검증
곽병대,박경애,우혜진,김희영,홍성은,손은하 한국지구과학회 2021 한국지구과학회지 Vol.42 No.5
Sea-surface wind is an important variable in ocean-atmosphere interactions, leading to the changes in ocean surface currents and circulation, mixed layers, and heat flux. With the development of satellite technology, sea-surface winds data retrieved from scatterometer observation data have been used for various purposes. In a complex marine environment such as the Korean Peninsula coast, scatterometer-observed sea-surface wind is an important factor for analyzing ocean and atmospheric phenomena. Therefore, the validation results of wind accuracy can be used for diverse applications. In this study, the sea-surface winds derived from ASCAT (Advanced SCATterometer) mounted on MetOp-A/ B (METeorological Operational Satellite-A/B) were validated compared to in-situ wind measurements at 16 marine buoy stations around the Korean Peninsula from January to December 2020. The buoy winds measured at a height of 4-5 m from the sea surface were converted to 10-m neutral winds using the LKB (Liu-Katsaros-Businger) model. The matchup procedure produced 5,544 and 10,051 collocation points for MetOp-A and MetOp-B, respectively. The root mean square errors (RMSE) were 1.36 and 1.28 m s−1 , and bias errors amounted to 0.44 and 0.65 m s−1 for MetOp-A and MetOp-B, respectively. The wind directions of both scatterometers exhibited negative biases of -8.03 o and -6.97 o and RMSE values of 32.46 o and 36.06 o for MetOp-A and MetOp-B, respectively. These errors were likely associated with the stratification and dynamics of the marine-atmospheric boundary layer. In the seas around the Korean Peninsula, the sea-surface winds of the ASCAT tended to be more overestimated than the in-situ wind speeds, particularly at weak wind speeds. In addition, the closer the distance from the coast, the more the amplification of error. The present results could contribute to the development of a prediction model as improved input data and the understanding of air-sea interaction and impact of typhoons in the coastal regions around the Korean Peninsula. 해상풍은 해양의 표층 해류 및 순환, 혼합층, 열속의 변화를 주도하며 해양-대기 상호작용을 이해할 수 있는 중요한 변수이다. 인공위성의 발달에 따라 산란계 관측 자료를 기반으로 산출한 해상풍은 여러 목적으로 광범위하게 사용되어 왔다. 한반도 연안과 같은 복잡한 해양 환경에서 산란계 관측 해상풍은 해양 및 대기 현상 이해에 중요한 요소이다. 따라서 위성 해상풍의 정확도 검증 결과가 다양한 활용을 위하여 중요하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 산란계인 MetOp-A/B (METeorological OPerational satellite-A/B)에 탑재된 ASCAT (Advanced SCATterometer) 해상풍 자료를 한반도 주변의 16개 지점에서 2020년 1월부터 12월까지 실측된 해양기상부이 해상풍 자료와 비교하여 해상풍의 정확도를 검증하였다. 해수면으로부터 4-5 m 고도에서 관측된 부이 바람은 LKB (Liu-Katsaros-Businger) 모델을활용하여 10 m의 중립 바람으로 변환하였다. 일치점 생산 과정 결과 MetOp-A와 MetOp-B에 대하여 5,544개와 10,051 개의 일치점을 만들었다. 각 위성 해상풍 풍속의 평균제곱근오차는 1.36 m s−1와 1.28 m s−1, 편차는 0.44 m s−1와0.65 m s−1로 나타났다. 산란계의 풍향은 MetOp-A와 MetOp-B에서 각각 –8.03 o와 –6.97 o의 음의 편차와 32.46 o와 36.06 o 의 평균제곱근오차를 보였다. 이러한 오차들은 해양-대기 경계층 내의 성층과 역학과 관련된 것으로 추정된다. 한반도주변 해역에서 산란계 해상풍은 특히 풍속이 약한 구간에서 실측 풍속보다 과대추정되었다. 또한 연안으로부터의 거리가 가까워질수록 오차가 증폭되는 특성이 나타났다. 본 연구 결과는 산란계 해상풍 자료를 이용하는 해양-대기 상호작용 및 태풍 연구와 같은 한반도 연안 해역의 예측 모델 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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한반도 주변해 GMI 마이크로파 해수면온도 검증과 환경적 요인
김희영,박경애,곽병대,주희태,이준수 한국지구과학회 2022 한국지구과학회지 Vol.43 No.5
Sea surface temperature (SST) is a key variable that can be used to understand ocean–atmosphere phenomenaand predict climate change. Satellite microwave remote sensing enables the measurement of SST despite the presence ofclouds and precipitation in the sensor path. Therefore, considering the high utilization of microwave SST, it is necessaryto continuously verify its accuracy and analyze its error characteristics. In this study, the validation of the microwaveglobal precision measurement (GPM)/GPM microwave imager (GMI) SST around the Northwest Pacific and KoreanPeninsula was conducted using surface drifter temperature data for approximately eight years from March 2014 toDecember 2021. The GMI SST showed a bias of 0.09K and an average root mean square error of 0.97K compared tothe actual SST, which was slightly higher than that observed in previous studies. In addition, the error characteristics ofthe GMI SST were related to environmental factors, such as latitude, distance from the coast, sea wind, and water vaporvolume. Errors tended to increase in areas close to coastal areas within 300 km of land and in high-latitude areas. Inaddition, relatively high errors were found in the range of weak wind speeds (<6 m s−1) during the day and strong windspeeds (>10 m s−1) at night. Atmospheric water vapor contributed to high SST differences in very low ranges of <30 mmand in very high ranges of >60 mm. These errors are consistent with those observed in previous studies, in which GMIdata were less accurate at low SST and were estimated to be due to differences in land and ocean radiation, wind induced changes in sea surface roughness, and absorption of water vapor into the microwave atmosphere. These resultssuggest that the characteristics of the GMI SST differences should be clarified for more extensive use of microwavesatellite SST calculations in the seas around the Korean Peninsula, including a part of the Northwest Pacific. 해수면온도는 해양-대기의 현상을 이해하고 기후변화를 예측하기 위해 사용되는 중요한 변수이다. 마이크로파영역의 인공위성 원격탐사는 구름과 강수와 같은 기상현상 위성 관측 측기의 경로에 존재하더라도 해수면온도 획득을가능하게 한다. 따라서 마이크로파 해수면온도의 높은 활용도를 고려하면 위성 해수면온도를 정확도를 지속적으로 검증하고 오차 특성을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 2014년 3월부터 2021년 12월까지 약 8년 동안 Global PrecipitationMeasurement (GPM)/GPM Microwave Imager (GMI) 마이크로파 해수면온도의 정확도를 표층 뜰개 부이 수온 자료를사용하여 검증하였다. GMI 해수면온도는 실측 해수면온도에 비해 0.09 K의 편차와 0.97 K의 평균 제곱근 오차를 보였고, 이는 기존 연구 결과에 비해 다소 높게 나타났다. 이외에도 GMI 해수면 온도의 오차 특성은 위도, 연안과의 거리,해상풍 및 수증기량과 같은 환경적 요인과 관련성이 있다. 오차는 육지에서 300 km 이내의 거리에서 해안 지역에 가까운 지역과 고위도 지역에서 증가하는 경향이 있다. 또한 낮에는 약한 풍속(<6 m s−1), 밤에는 강한 풍속(>10 m s−1) 범위에서 상대적으로 높은 오차가 나타났다. 대기 수증기는 30 mm 미만의 매우 낮은 범위 또는 60 mm보다 큰 매우 높은범위에서 높은 해수면온도 차이에 기여했다. 이러한 오차들은 저수온에서 GMI 자료의 정확도가 떨어지는 기존 연구와일치하며, 연안으로부터의 거리, 풍속, 수증기량에 의한 오차의 경우 육지와 해양의 방사율 차이 및 바람에 의한 해수면 거칠기 변화, 수증기의 마이크로파 대기 흡수에서 기인하는 것으로 추정된다. 이는 한반도 주변해에서 마이크로파위성 계산 SST를 보다 광범위하게 활용하기 위해서는 GMI 해수면온도 오차의 특성에 대한 이해가 필요함을 시사한다.
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