초분광 스펙트로미터 관측자료를 이용한 오존 및 이산화질소 대기 기주 농도 산출

국문 초록 (Abstract)

정지궤도 환경위성 GEMS (Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer, 2019년 발사 예정)의 대기 기주 오염물질 농도 산출 알고리즘과 산출물 검증을 위해 도입된 초분광 이미징 센서(Hyperspectral imaging sensor; 이하 초분광계)의 지상 관측 자료를 토대로 오존 및 이산화질소의 농도를 산출하는 알고리즘을 개발 하였다.
본 연구에서는 청천 시의 초분광계 산란광 자료로부터 오존 및 이산화질소의 대기 기주 농도를 산출하기 위하여 민감도 분석을 수행하였으며, 오존의 경우 2개의 파장 쌍을 이용하여 농도를 산출하는 다중 파장 쌍 방법이, 이산화질소의 경우 5개의 파장 쌍을 이용한 복사 휘도 피팅 방법이 적합하다고 판단되어 알고리즘 개발에 적용하였다.
본 연구에서 개발된 알고리즘을 이용하여 산출된 오존 및 이산화질소 전량을 각각 판도라(Pandora), 돕슨 분광계(Dobson spectrometer) 그리고 OMI(Ozone Monitoring Instrument)의 오존 및 이산화질소 전량과 비교한 결과, 초분광계로부터 산출된 오존 전량은 판도라의 오존 전량에 비해 큰 농도의 변동을 보였다. 이는 자외선 영역에서의 약한 신호와, 오존 산출 파장 영역에서 완벽히 제거되지 않은 잡음 신호(noise) 및 초분광계의 노출시간에 따른 광감도 차이가 야기하는 오차로 볼 수 있다. 그럼에도 불구하고 초분광계와 판도라의 오존 전량을 비교하였을 때, 오차 범위 내에서 산출 농도가 일치하였다(bias = 0.6 DU, RMSE = 5.34 DU). 초분광계로부터 산출된 이산화질소 전량의 경우 판도라에 비해 과대 추정하나, 두 측기의 농도 변화의 경향성은 잘 일치하는 것으로 나타났다(bias = 0.58 DU, RMSE = 0.64 DU).

목차 (Table of Contents)

• 1 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 동기 1
• 1.2 연구 목적 4
• 2 연구 방법 5
• 2.1 관측 기기 및 자료 5
• 2.1.1 초분광 스펙트로미터 5
• 2.1.2 판도라(Pandora) 7
• 2.1.3 돕슨 분광계(Dobson spectrophotometer) 8
• 2.1.4 OMI (Ozone Monitoring Instrument) 8
• 2.2 관측 지점 및 기간 10
• 3 알고리즘 11
• 3.1 오존 16
• 3.1.1 복사 휘도 보정 19
• 3.1.2 민감도 분석 21
• 3.1.3 오존 전량 산출 방법 24
• 3.2 이산화질소 26
• 3.2.1 민감도 분석 26
• 3.1.2 이산화질소 전량 산출 방법 27
• 4 연구 결과 29
• 4.1 오존 및 이산화질소 전량 산출 사례 29
• 4.1.1 오존 29
• 4.1.2 이산화질소 30
• 4.2 비교 및 검증 34
• 4.2.1 오존 34
• 4.2.2 이산화질소 36
• 4.2.3 알고리즘의 민감도 38
• 5 요약 42
• 참고문헌 44
• Abstract 48