Seoul City Emissions Estimated from Car-DOAS Measurements during GMAP-2021 and SIJAQ-2022

Steffen Dorner,Kezia Lange,Kangho Bae,Michel van Roozendael,Andreas Richter,Thomas Wagner 한국대기환경학회 2022 한국대기환경학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.10

GEMS 포름알데하이드(HCHO) 산출 알고리즘 비교 검증 연구

이기택,박록진,권형안,신승아,Michel Van Roozendael,Francois Hendrick 한국대기환경학회 2021 한국대기환경학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

포름알데하이드(HCHO)는 주로 비메탄계 휘발성 유기화합물(NMVOCs)의 산화로 생성되며 오존 생성에 중요한 영향을 끼친다. 위성에서 관측된 HCHO의 연직농도는 휘발성유기화합물의 배출량 산정에 널리 사용되어 왔으나 GOME, OMI, TROPOMI 등 태양동주기위성은 동아시아에서 제한된 시간대의 자료만을 제공한다는 한계점을 가진다. 한국의 정지궤도 위성 GEO-KOMPSAT 2B (GK2B)에 탑재된 환경탑재체(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer, GEMS)는 2020년 2월 19일 성공적으로 발사되었고, 궤도상 운영 기간(IOT, 2020-04~2020-10)을 거쳐 현재 동아시아를 매시간 관측하고 있다. 본 연구에서는 GEMS HCHO 산출 알고리즘의 성능을 평가하기위해 TROPOMI 위성자료와 중국 Xianghe (116.96∘E, 39.75∘N) 관측소의 MAX-DOAS지상자료와의 비교 검증을 수행했다. 초기 산출된 GEMS HCHO의 연직농도는 아시아 전역의 TROPOMI 관측자료에 대해 공간적인 상관계수는 0.7을 나타냈고 특히 동북아시아 지역에서는 0.87로 매우 높은 상관성을 보였다. 비교적 오염이 높은 중국 Xianghe 관측자료와의 시간적 변동성도 약 0.63의 상관성을 보였다. 하지만 적도근방에서 GEMS는 TROPOMI보다 전반적으로 높은 값을 기록하고, 각 위도대별 radiance reference 구역에 구름이 많은 경우 강한 양의 편차를 가지는 이슈가 나타났다. 본 연구에서는 이러한 과대 추정이슈를 포함한 초기 IOT 기간의 문제점을 분석하고 이를 해결하기 위한 알고리즘 개선과 여러 가지 입력자료에 대한 민감도 실험을 수행하고 그 결과를 제시한다.

The Cabauw Intercomparison campaign for Nitrogen Dioxide measuring Instruments (CINDI): design, execution, and early results

Piters, A. J. M.,Boersma, K. F.,Kroon, M.,Hains, J. C.,Van Roozendael, M.,Wittrock, F.,Abuhassan, N.,Adams, C.,Akrami, M.,Allaart, M. A. F.,Apituley, A.,Beirle, S.,Bergwerff, J. B.,Berkhout, A. J. C. Copernicus GmbH 2012 Atmospheric measurement techniques Vol.5 No.2

<P><p><strong>Abstract.</strong> From June to July 2009 more than thirty different in-situ and remote sensing instruments from all over the world participated in the Cabauw Intercomparison campaign for Nitrogen Dioxide measuring Instruments (CINDI). The campaign took place at KNMI's Cabauw Experimental Site for Atmospheric Research (CESAR) in the Netherlands. Its main objectives were to determine the accuracy of state-of-the-art ground-based measurement techniques for the detection of atmospheric nitrogen dioxide (both in-situ and remote sensing), and to investigate their usability in satellite data validation. The expected outcomes are recommendations regarding the operation and calibration of such instruments, retrieval settings, and observation strategies for the use in ground-based networks for air quality monitoring and satellite data validation. Twenty-four optical spectrometers participated in the campaign, of which twenty-one had the capability to scan different elevation angles consecutively, the so-called Multi-axis DOAS systems, thereby collecting vertical profile information, in particular for nitrogen dioxide and aerosol. Various in-situ samplers and lidar instruments simultaneously characterized the variability of atmospheric trace gases and the physical properties of aerosol particles. A large data set of continuous measurements of these atmospheric constituents has been collected under various meteorological conditions and air pollution levels. Together with the permanent measurement capability at the CESAR site characterizing the meteorological state of the atmosphere, the CINDI campaign provided a comprehensive observational data set of atmospheric constituents in a highly polluted region of the world during summertime. First detailed comparisons performed with the CINDI data show that slant column measurements of NO₂, O₄ and HCHO with MAX-DOAS agree within 5 to 15%, vertical profiles of NO₂ derived from several independent instruments agree within 25% of one another, and MAX-DOAS aerosol optical thickness agrees within 20-30% with AERONET data. For the in-situ NO₂ instrument using a molybdenum converter, a bias was found as large as 5 ppbv during day time, when compared to the other in-situ instruments using photolytic converters.</p> </P>

정지궤도 환경위성(GEMS)으로부터 산출된 주요 배출지역에서의 세계 최초 시간별 이산화황 수직칼럼농도 변화 연구

박정현,이한림,홍현기,양지원,최원이,김준,이동원,고대호,이성훈,Nicolas Theys,Caroline Fayt,Michel Van Roozendael,Can Li,Mickolay Anatoly Krotov 한국대기환경학회 2021 한국대기환경학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

본 연구에서는 2020년 2월에 발사된 정지궤도 다목적위성(GEO-KOMSAT-2B)에 탑재된 정지궤도 환경탑재체(GEMS)를 이용하여 세계 최초 동아시아 지역에서의 인위적 및 자연적 배출원에서의 이산화황 수직칼럼 농도의 준실시간 시간별 변화를 보여준다. GEMS의 이산화황 산출 알고리즘은 차등흡수분광법(DOAS)와 주성분분석방법(PCA)이 결합된 Hybrid 알고리즘을 사용하여 차등흡수분광법 사용으로 나타날 수 있는 레일리 산란과 오존에 대한 영향을 보완할 수 있다. 본 연구에서는 GMES의 관측이 시작된 2020년 8월부터 2021년 8월까지 1년간의 관측자료를 이용하였다. 산업활동과 같은 인위적 요인으로 인해 발생하는 지표부근의 이산화황은 발전소와 공장이 밀집되어있는 중국 서쪽, 인도, 태국의 방콕, 필리핀의 마닐라 인근 지역에서 나타났다. 주요 항구 도시인 홍콩과 마카오, 말레이시아와 인도네시아 등에서 고농도의 이산화황이 관측되었으며, 항로를 따라 이산화황의 농도가 산출되었다. 화산활동에 의해 발생된 고농도의 이산화황은 일본의 니시노시마섬, 이탈리아의 에트나산, 필리핀의 타알 화산에서의 가스 분출 사례를 통해 이산화황이 이동하는 경로와 속도가 계산되었다. GEMS 이산화황의 수직칼럼농도를 통해 항로 관측이 가능함을 확인하였으며, 동아시아 지역에서의 인위적 및 화산 이산화황 배출원에서의 시간별 공간분포를 파악하는 것이 가능함을 확인하였다.

젬스 환경위성을 이용한 세계 최초 준 실시간 시간별 이산화황 수직칼럼농도 산출 및 화산 연구 적용

이한림,박정현,홍현기,양지원,최원이,김준,이동원,고대호,이성훈,Nicolas Theys,Caroline Fayt,Michel Van Roozendael,Can Li,Mickolay Anatoly Krotov 한국대기환경학회 2021 한국대기환경학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

본 연구는 2020년 2월에 발사된 정지궤도 복합위성(GEO-KOMPSAT-2B)에 탑재된 정지궤도 환경탑재체(GEMS)를 이용한 동아시아의 시간별 화산 이산화황 수직층적분농도의 변화를 세계 최초로 보여준다. 이탈리아 에트나산과 일본의 니시노시마에서 배출되는 이산화황의 이동 경로와 속도 · 고도 등이 계산되었다. 에트나에서 발생된 이산화황의 베이징으로의 이동과 니시노시마에서 배출된 이산화황이 필리핀 북부로 이동하는 사례를 통하여 수용체 지역에서의 이산화황 유입량을 계산하였다. 필리핀 타알에서 배출된 이산화황의 경우 시간별 마닐라로 유입되는 양을 계산할 수 있었다. 폭발 전 행성경계층 내에 존재하는 것으로 확인된 타알 화산의 이산화황 연기는 대부분 다양한 방위 방향으로 100 km 미만으로 운반되었다. 타알에서 화산 폭발 이전 약 2개월 동안 이산화황 수직층적분 농도가 점진적으로 증가하는 경향이 관찰되었다. 수개월 동안의 젬스 이산화황 변화를 모니터링 하여 화산폭발의 전조를 파악하는 것이 가능할 수 있음을 확인되었다.

Application of OMI, SCIAMACHY, and GOME-2 satellite SO₂retrievals for detection of large emission sources : OMI, SCIAMACHY, and GOME-2 satellite SO₂

Fioletov, V. E.,McLinden, C. A.,Krotkov, N.,Yang, K.,Loyola, D. G.,Valks, P.,Theys, N.,Van Roozendael, M.,Nowlan, C. R.,Chance, K.,Liu, X.,Lee, C.,Martin, R. V. American Geophysical Union 2013 Journal of Geophysical Research: Atmospheres Vol.118 No.19

Adjoint inversion of Chinese non-methane volatile organic compound emissions using space-based observations of formaldehyde and glyoxal

Cao, Hansen,Fu, Tzung-May,Zhang, Lin,Henze, Daven K.,Miller, Christopher Chan,Lerot, Christophe,Abad, Gonzalo Gonzá,lez,De Smedt, Isabelle,Zhang, Qiang,van Roozendael, Michel,Hendrick, Fran&cced Copernicus GmbH 2018 Atmospheric Chemistry and Physics Vol.18 No.20

<P><p><strong>Abstract.</strong> We used the GEOS-Chem model and its adjoint to quantify Chinese non-methane volatile organic compound (NMVOC) emissions for the year 2007, using the tropospheric column concentrations of formaldehyde and glyoxal observed by the Global Ozone Monitoring Experiment 2A (GOME-2A) instrument and the Ozone Monitoring Instrument (OMI) as quantitative constraints. We conducted a series of inversion experiments using different combinations of satellite observations to explore their impacts on the top-down emission estimates. Our top-down estimates for Chinese annual total NMVOC emissions were 30.7 to 49.5 (average 41.9) Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span>, including 16.4 to 23.6 (average 20.2) Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span> from anthropogenic sources, 12.2 to 22.8 (average 19.2) Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span> from biogenic sources, and 2.08 to 3.13 (average 2.48) Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span> from biomass burning. In comparison, the a priori estimate for Chinese annual total NMVOC emissions was 38.3<span class='thinspace'></span>Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span>, including 18.8<span class='thinspace'></span>Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span> from anthropogenic sources, 17.3<span class='thinspace'></span>Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span> from biogenic sources, and 2.27<span class='thinspace'></span>Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span> from biomass burning. The simultaneous use of glyoxal and formaldehyde observations helped distinguish the NMVOC species from different sources and was essential in constraining anthropogenic emissions. Our four inversion experiments consistently showed that the Chinese anthropogenic emissions of NMVOC precursors of glyoxal were larger than the a priori estimates. Our top-down estimates for Chinese annual emission of anthropogenic aromatics (benzene, toluene, and xylene) ranged from 5.5 to 7.9<span class='thinspace'></span>Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹</span>, 2<span class='thinspace'></span>% to 46<span class='thinspace'></span>% larger than the estimate of the a priori emission inventory (5.4<span class='thinspace'></span>Tg<span class='thinspace'></span>yr<span class='inline-formula'>⁻¹)</span>. Three out of our four inversion experiments indicated that the seasonal variation in Chinese NMVOC emissions was significantly stronger than indicated in the a priori inventory. Model simulations driven by the average of our top-down NMVOC emission estimates (which had a stronger seasonal variation than the a priori) showed that surface afternoon ozone concentrations over eastern China increased by 1-8<span class='thinspace'></span>ppb in June and decreased by 1-10<span class='thinspace'></span>ppb in December relative to the simulations using the a priori emissions and were in better agreement with measurements. We concluded that the satellite observations of formaldehyde and glyoxal together provided quantitative constraints on the emissions and source types of NMVOCs over China and improved our understanding on regional chemistry.</p> </P>