위성관측(MODIS)에서 유도된 수도권 지역의 대류권 오존 및 수치실험 = Tropospheric Ozone over the Seoul Metropolitan Area Derived from Satellite Observations (MODIS) and Numerical Simulation

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The effect of ozone and surface temperature on the ozone band at 9.7m has been investigated from radiativetransfer theory together with observations in order to derive empirical methods for remotely sensing ground-ozoneconcentration. Simultaneous observations of satellite (MODIS Aqua; ECT 13:30) and ground-ozone at 79 stations havebeen used over the Seoul Metropolitan Area (SMA; 125.7-127.2 E, 37.2-37.7 N) during four ozone-warning days in theyear 2003. Cloud effect on the band in the methods was filtered out based on synoptic observations. Upwelling radiancevalues at 9.6m which have been estimated at the given ozone concentration of 327-391 DU depend on surfacetemperature (Ts) showing 5.52~5.78 Wm2sr1 at Ts = 290 K, and 9.00~9.57 Wm2sr1 at Ts = 325 K. Thus, the partitionedcontributions of ozone and temperature to intensity of ozone absorption band are 0.26 Wm2sr1/64 DU and 0.31 Wm2sr1/35K, respectively. Here the intensity which has been used to remotely detect ground-ozone concentration from infraredsatellite measurement is defined as the difference in brightness temperature between 11m and 9.7m (i.e., T11-9.7). Themethods in this study have been applied to estimate ground-ozone from MODIS data in cases that there are significantcorrelations between the band intensity and ground-ozone. The values of estimated ozone significantly correlate (0.49-0.63)with ground observations at a significance level of 1%. For the improved methods, further study may be required to usetropospheric ozone rather than ground-ozone, considering the variation stratospheric ozone

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 복사전달모델을 통하여 9.7 µm 오존 흡수대에 미치는 오존 및 열적(i.e., 지표 온도) 효과를 각각 조사하였다. 또한 오존주의보가 수도권 지역(37.2-37.7 N, 125.7-127.2 E)에 발령되었던 2003년 4일에 대한 위성(MODIS
Aqua; ECT 13:30) 및 지상 오존(79개 관측소)의 동시 관측 자료를 기초로 지상 오존에 대한 원격탐사 방법을 제시하였다. 여기서 구름 효과를 제거하고 오존 연직 분포를 분석하기 위하여 종관기상 자료도 사용하였다. 주어진 오존 농도(327~391 DU)에 대하여 산출된 9.6 µm에서의 상향 복사휘도는 표면온도 Ts = 290 K에서 5.52~5.78 Wm−2sr−1, 그리고 Ts = 325 K에서는 9.00~9.57 Wm−2sr−1이었다. 따라서 오존 흡수 세기(i.e., 11 µm와 9.7 µm 밝기온도 간의 차; T11-9.7)를 이용한 오존 원격탐사 시에 세기 변화에 대한 순수한 오존 효과는 0.26 Wm−2
sr−1/64 DU, 그리고 열적 효과는0.31Wm−2sr−1/35 K이었다. 본 연구에서는 흡수 세기와 지상 관측 간에 유의적인 상관을 보이는 경우에 대하여 적외선 위성관측에서 지상 오존을 원격탐사하는 경험식을 유도하였다. 유도된 지상 오존 농도와 관측값과의 상관은 49~63%로 유의수준 1%에서 유의미하였다. 경험식을 개선하기 위하여는 지상 오존 대신에 대류권 오존 자료를 사용하고, 성층권 오존 변화도 고려하는 후속 연구가 요구된다.

참고문헌 (Reference)

1 "청정지역과 도시지역의 오존농도 특성연구." 11 (11): 253-262, 1995

2 "차등흡수방식의 오존라이다 시스템을 이용한 한반도 성층권 오존농도 관측." 40 (40): 217-228, 2004

3 "지구 대기 조성 변화 감시. 제 3차년도 연차 보고서" 기상연구소 363-457, 1999

4 "원격탐사법을 이용한 대류권 오존 측정과 분석." 11 (11): 151-153, 2001

5 "우리나라의 오존농도 변화 추이와 주요 인자." 16 (16): 607-623, 2000

6 "오존농도의 동태 및 영향인자에 관한 연구. 한국대기보전학회지" 55-71, 1989

7 "서울의 오존전량 변동과 경향. 한국기상학회지" 219-234, 1994

8 "서울시 대기중 오존의 오염도와 그 영향인자 분석. 한국대기보전학회지" 73-79, 1986

9 "대류권오존의 연직 수송과 관련한 부산지역 고농도오존 사례 분석" 38 (38): 307-317, 2002

10 "대기환경월보 2003년 5월." 환경부 국립환경연구원. 2003

11 "대기오염농도와 기상인자의 관련성 연구. 대기보전학회지" 213-220, 1992

12 "UV-B increase (1979-1992) from decreases in total ozone." 23 : 2107-2110, 1996

13 "Trends in surface ozone concentrations at Arosa Global influences on future European tropospheric ozone. Proceedings from the Eighth European Symposium on the Physico-Chemical Behaviour of Atmospheric Pollutants 17-20 September" -thomas : 75-, 199420012001//ies.jrc.cec.eu.int/units/cc/events/torino2001/torinocd/documents/urban/uo7.htm.

14 "The presidents day cyclone of 18-19 February 1979 Influence of upstream trough amplification and associated tropopause folding on rapid cyclogenesis.Monthly Weather Review" 962-988, 1985

15 "Surface ozone in Athens at the beginning and end of the twentieth century. Atmospheric Environment" 3-8, 1994

16 "Stratospheric source for unexpectedly large values of ozone measured over the Pacific Ocean during Gametag August 1977. Journal of Geophysical Research" 401-412, 1980

17 "Satellite remote sensing of total herbaceous biomass production in Senegalese Sahel 1980-1984. Remote Sensing of Environment" 233-249, 1985

18 "Role of urban and suburban aerosols on solar UV radiation over Athens Remote sensing of atmospheric ozoneusing 9.6 µ m band. Journal of Atmospheric Sciences" 32 (32): 2193-2201, 1998

19 "Relationshipsbetween synoptic-scale atmospheric circulation andozone concentrations in metropolitan Pittsburg" 301-312, 1992

20 "Relationship of ozone to meteorological conditions in southern Ontario. Preprints 70th Annual Meeting Air Pollution Control Association Toronto" 14-, 1977

21 "Photochemistry in the lower atmosphere.Industrial & Engineering Chemistry Research" 1339-1348, 1952

22 "Ozone formation in photochemical oxidation of organicsubstances. Industrial & Engineering Chemistry Research" 2086-2087, 1953

23 "On some characteristics of the diurnal variation of O3 observed in island" minzu : 2575-2582, 1983

24 "Observations of stratospheric ozone at the ground level in Regina" 157-162, 1985

25 "Intergovernmental Panel on Climate Change" 43-, 2001

26 "Intercomparison of tropospheric ozone profiles obtained by electrochemical sondes" 29 (29): 1027-1042, 1995

27 "Electrochemical concentration cells for gas analysis. Annales Geophysicae" 203-210, 1969

28 "Concentration and variabilities in dean remote atmosphere. Atmospheric Environment" 2185-2196, 1978

29 "Characterization of ambient ozone levels in the Great Smoky Mountains National Park.Journal of Applied Meteorology" 465-472, 1994

30 "Characteristics of background surface ozone in Japan. Atmospheric Environment" 25-37, 1994

31 "A review of surface ozone background levels and trends." 38 (38): 3431-3442, 2004

32 "1991~1993년 사이 우리나라의 오존 농도 변화." 12 : 55-66, 1996