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재경 난
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1 이병일 손은하 오미림 김윤재 국립기상연구소지구환경시스템연구과 국가기상위성센터위성자료분석팀 영국기상청위성활용국 년 월 일접수 년 월 일승인 The intensive dust observation experiment has been performed at Korea Global Atmosphere Watch Center (KGAW) in Anmyeon, Korea during each spring season from 2007 to Downward and upward hyper-spectral spectrums over the dust condition were measured to understand the hyper-spectral properties of Asian dust using both ground-based Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and space-borne AIRS/Aqua. To understand the impact of the Asian dust, a Line-by-Line radiative transfer model runs to calculate the high resolution infrared spectrum over the wave number range of cm -1. Furthermore, the radiosonde, a PM 10 Sampler, a Micro Pulse Lidar (MPL), and an Aerodynamic Particle Sizer (APS) are used to understand the vertical profile of temperature and humidity and the properties of Asian dust like concentration, altitude of dust layer, and size distribution. In this study, we found the Asian dust distributed from surface up to 3-4 km and volume concentration is increased at the size range between 2 and 8. The observed dust spectrums are larger than the calculated clear sky spectrums by 15~60K for downward and lower by around 2~6K for upward in the wave number range of cm -1. For the characteristics of the spectrum during the Asian dust, the downward spectrum is revealed a positive slope for cm -1 region and negative slope over cm -1 region. In the upward spectrum, slopes are opposed to the downward one. It is inferred that the difference between measured and calculated spectrum is mostly due to the contribution of emission and/or absorption of the dust particles by the aerosol amount, size distribution, altitude, and composition. Key words: Asian dust, Fourier Transform, Spectroscopy, FT-IR, AIRS, Infrared, Spectrum, LBL RTM 서론 황사는중국및내몽골지역등의건조한사막지역 *Corresponding Author: Byung-Il Lee, Global Environment System Research Laboratory, National Institute of Meteorological Research, 45 Gisangcheong-Gil, Dongjak-Gu, Seoul, , Korea. Phone: , fax: bilee@kma.go.kr 에서발생하며, 편서풍에의해서한반도로수송된다 (Joussaume, 1990). 특히, 1990 년대후반부터봄철아시아대륙내의타클라마칸, 고비사막, 황토고원등에서대규모황사의발생빈도가증가하고있다 (Husar et al., 2001). 이러한황사는태양빛을차단하여지구복사수지에영향을미치므로기후변화측면에서중요할뿐만아니라사회경제적으로많은손실을초래한다. 황사의특성을이해하기위하여라이다를이용한황사의이동고도추정 (Iwasaka et al., 1983; Murayama Korean Meteorological Society, 2009

2 지상및위성고분해적외스펙트럼센서에서관측된황사특성 et al., 2001; 이병일등, 2008), 선포터미터관측을통한황사의광학적특성분석 ( 이병일등, 2008), 황사모델을통한한반도에서의침적량추정 ( 정관영등, 1998) 등다양한연구가이루어져왔다. 그렇지만현재까지황사의물리적특성및시공간적인분포에대한종합적인이해가부족하고, 황사의광학적특성연구는가시영역에국한되어져있어적외선영역에서의장파복사효과에대한연구는부족하다. 미국의에너지관리국 (U.S. Department of Energy, DOE) 에서는대기중의온실기체와에어러솔에의한장파복사에너지의변화가기후에미치는영향을파악하기위하여대기복사측정 (Atmospheric Radiation Measurement, ARM) 프로그램을수행하고있다 (Stokes and Scgwartz, 1994). ARM 프로그램에서는하향장파복사를측정하여이론적복사모델의검증, 대기의온 습도연직구조복원, 구름의미세물리적특성연구, 에어러솔의분광학적특성연구와같은다양한응용연구를수행하고있다 (Knuteson et al., 1994). 정확한장파복사측정을위하여 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) 간섭계를이용하고있으며, FT-IR 간섭계를이용한장파복사측정은측정자료의정확성, 측정시간의효율성, 그리고전체분광범위를일정한해상도로측정할수있는장점이있다 (Park, 1984). 본연구에서는황사시지상 FT-IR 을이용한하향복사적외스펙트럼과 Aqua 위성의센서인 Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) 에서관측되는상향복사적외스펙트럼분석을통하여동아시아지역에서대표적인에어러솔인황사가장파복사스펙트럼에미치는영향및황사의분광학적특성을이해하고자한다. 2 장에서는연구방법에대하여설명하였으며, 3 장에서는관측기기및자료에대하여기술하였다. 관측결과를 4 장에서설명하였으며, 마지막으로요약및토론을 5 장에기술하였다. 연구방법 황사에의한하향및상향복사고분해적외스펙트럼특성을이해하기위하여 2007 년부터 2009 년까지안면도기후변화감시센터에서봄철황사집중관측을수행하였다 ( 이병일등, 2009). Fig. 1 은황사집중관측을수행하기위한개념도를나타내고있다. 황사집중관측에서는황사에의한고분해적외스펙트럼의분광학적특성을이해하기위하여황사발생시지상 FT-IR 을이용한하향복사고분해적외스펙트럼관측과위성에서관측된상향복사고분해적외스펙트럼을분석하였다. 이와동시에황사의고도, 농도, 크기분포등의특성을이해하기위하여 Micro Pulse Lidar (MPL), PM 10 Fig. 1. Schematic diagram for the intensive dust observation.

3 이병일 손은하 오미림 김윤재 Sampler 와 Aerodynamic Particle Sizer (APS, TSI 3321) 관측을수행하였으며 ( 이병일등, 2008; 이영곤등, 2008), 대기온 습도연직자료를얻기위하여라디오존데관측을병행하였다. 관측된에어러솔자료분석을통해황사시에어러솔의광학적 물리적특성을이해하고, 관측된대기의온 습도연직자료는 Line-by-Line (LBL) 복사모델의입력자료로활용하여대기상태에따른하향및상향복사고분해적외스펙트럼을모의하였다. 황사집중관측을통하여관측된하향및상향복사고분해적외스펙트럼은청천을모의한스펙트럼과비교를수행하였으며, 이를통하여황사가하향및상향복사고분해적외스펙트럼에미치는영향을분석하였다. 관측기기및자료 특성및하향스펙트럼자료 하향복사고분해적외스펙트럼을관측하기위하여 Micro Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT- IR) 을활용하였다. Table 1 과 Fig. 2 는 FT-IR 간섭계의기기사양과외형사진및내부구조도를나타내고있다. FT-IR 간섭계는관측자료를검증하기위한흑체, 입사기사빛을받아들이사반사경과렌즈, 빛을분리하사분할기 (beam splitter), 그리고감지기 (detector) 로구성되어있으며, 관측파장영역은 400 ~ 3000 cm -1 (3~25 ) 로 6cm -1 의분해능을가지고있다. FT-IR 의관측원리는대기로부터입사된빛을 90 off-axis 사반사 Table 1. Specifications of FT-IR. Parameter Description Wave number (Wavelength) cm -1 (3-25 ) Spectral Resolution 6 wave number Field of view f12, 4.8 full angle Scan rate 1 per sec Optical throughput steradian Spectral processing Real-time FFT (DSP processor) 경과렌즈를통해분할기로입사시키며, 빛이분할기를거치면서광행로의차이가생겨간섭되고, 간섭된빛을감지기가측정하게된다 (Andrew et al., 1996). 감지기는 2000~3000 cm -1 (3~5 ) 파장영역을측정할수있는 Indium Antimoni 는 (InSb) 센서와 400~1500 cm -1 (7~25 ) 파장영역의 Mercury Cadmium Telluride (HgCdTe, MCT) 센서로이루어져있으며, 감지기의냉각을위해액체질소를사용한다 (Hook and Kahle, 1996). 본연구에서활용한 FT-IR 은무게가약 14kg 정도이며, 야외관측이용이하도록고안되어있다. 관측된하향복사고분해적외스펙트럼은브래킷정량화방법 (bracket radiometric calibration method ; Stephens, 1994 ; Lubin, 1994 ; Stephens et al., 1993 ; Revercomb et al., 1988) 을사용하여기기의반응도 (Responsivity) 와자체방출 (Self-emission) 을산출하였으며, 이를활용하여정량화된하향복사적외스펙트럼을계산하였다. Fig. 2. Picture (left) and schematic diagram (right) of the FT-IR.

4 지상및위성고분해적외스펙트럼센서에서관측된황사특성 Table 2. Specifications of AIRS. Parameter Description cm -1 ( µm) Wave number cm -1 ( µm) (Wavelength) cm -1 ( µm) Spectral Resolution = 1200 Sensitivity < 0.20 K from 3.74 to 13.4 µm < 0.35 K from 13.4 to 15.4 µm Swath 1650 km Spatial resolution 13.5 km horizontal at nadir 상향스펙트럼자료 위성에서관측되는상향복사고분해적외스펙트럼자료는 NASA 에서운영하는지구관측위성인 Aqua 에탑재되어있는 AIRS 센서의 L1B v5 자료를활용하였다 (Olsen, 2007). AIRS 는적외영역 (3.74 ~ 15.4 µm) 에서 2378 채널의고분해스펙트럼해상도를가지고있다. 위성의직하점에서 ±49.5 도의관측폭을가지고 2 초간스캔을하며, 공간해상도는직하점에서 13.5 km 이며스캔의끝점에서는 41 km x 21.4 km 의해상도를가진다. Table. 2 는 AIRS 의센서의특성을나타내고있다 ( 복사모의자료 황사에의해변화된하향과상향복사량을산출하기위하여 ARM 프로그램을수행하기위하여개발된흡수선누적복사모델인 Atmosphere and Environment Research Inc. Line By Line Radiative Transfer Model (AER LBLRTM) 버전 11.3 을이용하였다 (Clough et al, 2005). AER LBLRTM 은복사모델, 에어러솔모델, 구름모델, 지표모델, 대기모델등으로구성되어있다. 복사모델은가스의흡수선과수증기의연속흡수, 에어러솔과구름의소산을포함하고있으며, 사용자의필요에따라원하는채널영역을선택하여상향및하향스펙트럼을계산할수있다. 적외선파장영역에서의하향및상향복사강도 (radiance or specific intensity) 는아래의수식으로계산되어진다. (1) (2) 위의식 (1) 과 (2) 는각각하향과상향복사강도를나타내고있다. 식 (1) 과 (2) 의복사방정식에서 B(T S) 와 B(T Z) 는각각온도가 T S 인지표와온도가 T Z 인흑체 함수, 는고도 에서대 기최상부 ( ) 까지의투과함수, 는대기성분에의한빛의소산계수 (extinction coefficient), 는지 표의방출도 (emissivity) 를나타내고있다. 식 (2) 의우변첫째항은지표에서방출된복사의기여를나타내며, 두번째항은지표에의해반사된복사의기여를, 그리고세번째항은대기에서방출된복사의기여를나타낸다. 가스에의한흡수선의모양은 Voight 프로파일을사용하였으며, 각각의가스에의한흡수선자료는 HITRAN2004 를활용하였다. 수증기에의한연속흡수 (water vapor continuum) 를고려하기위하여 MT_ CKD_V1.3 을사용하였으며, 지표면의정보는해수면에서의방출율을활용하였다. (Masuda et al., 1988; Wu and Smith, 1997). 모델에서대기의상태를고려하기위하여하향복사의경우라디오존데에서관측되는온도와습도연직자료를입력자료로사용하였으며, 상향복사의경우 AIRS 에서산출된온도와습도, 오존자료를활용하여청천에대한고분해적외스펙트럼을모의하였다. 황사집중관측결과 2007 년부터 2009 년까지 9 회봄철황사집중관측을수행하였으나, 안개, 구름, 강수등으로인하여실제로황사를관측한경우는 1 차관측인 2007 년 4 월 1 일사례와 8 차관측인 2008 년 5 월 30 일사례이다. Table 3 은 2007 년부터 2009 년까지봄철황사집중관측을수행한기간과관측된자료의개수를나타내고있다. Table 3 에서 warm 과 cold 는대기를관측한하향복사적외스펙트럼을보정하기위하여대기의온도보다높은흑체복사와낮은흑체복사를관측한자료를나타내며, sky 는대기를관측한스펙트럼을나타내고있다.

5 이병일 손은하 오미림 김윤재 Table 3. Intensive dust observation periods and number of measured data. Periods Year Date Blackbody Warm Cold SKY Sonde Condition 1st (V 1 ) Dust 2nd (V) Clear 3rd (2V, 1G 2 ) Fog 4th (G) Cloud 5th (V) Fog, Rain 6th (V) Cloud 7th (V) Fog, Cloud 8th (V) Fog, Dust 9th (G) Clear, Cloud Total V 1 : Vaisala Radio Sonde Sensor, G 2 : Graw Radio Sonde Sensor 기상개황 황사집중관측장소인안면도기후변화감시센터에서황사를관측한두사례는 2007 년 4 월 1 일과 2008 년 5 월 30 일이다. 두사례의황사는내몽골부근에서발달한저기압의후면을따라한반도로수송되어왔다. Fig. 3 은두황사사례의지상황사일기도와 PM 10 의농도를나타내고있다. Fig. 3 의 (a) 는 2007 년 4 월 1 일 0000 KST 일기도로내몽골에서발생한저기압이남동진하여동해상으로빠져나가고있는모습을볼수있으며, 저기압의후면을따라전국에걸쳐서황사가관측됨을알수있다. Fig. 3 의 (b) 는 2008 년 5 월 30 일 1800 KST 의일기도로내몽골에서발생한저기압이만주지방에서정체하면서저기압의가장자리를따라황사가발생함을알수있다. Fig. 3 의 (c) 와 (d) 는 2007 년 4 월 1 일새벽 4 시와 2008 년 5 월 30 일오후 6 시기상청의 PM 10 관측망에서관측된 PM 10 농도의공간분포도를나타내고있다 년 4 월 1 일사례가 2008 년 5 월 30 일사례보다전반적으로지상의 PM 10 농도가높음을알수있고, 기압계의패턴과황사농도가유사한모습을보이고있음을알수있다. 두황사사례시안면도기후변화감시센터의 PM 10 의최고농도는 2007 년 4 월 1 일 1245 KST 에 1196 /m 3 과 2008 년 5 월 30 일 1710 KST 에 365 /m 3 이였다. 황사사례시에어러솔의특성 4.1 절에서언급한두황사사례에대한황사농도, 입자의크기분포, 황사층의고도에대한특성을 Fig. 4 에각각나타내었다. Fig. 4 의 (a) 와 (b) 는지상에서관측한 PM 10 농도를나타내며, 가로축은날짜, 세로축은 PM 10 농도를나타내고있다. Fig. 4 의 (c) 와 (d) 는 APS 에서관측된입자크기별부피농도를각각나타내고있으며, (e) 와 (f) 는 MPL 관측결과로고도별에어러솔소산계수를나타내고있다. 첫번째사례인 2007 년 4 월 1 일은새벽부터지상에서의 PM 10 농도가높아져 13 시경에는 1196 / 의고농도를기록할정도로심한황사현상이나타났다 (Fig. 4 (a)). 이때 APS 에서관측된입자의부피농도는 2~8 의크기를가진입자들이많이증가하였으며, MPL 관측결과황사층의고도는지상에서부터 1.5 km 였다 (Fig. 4 (c), (e)) 년 5 월 30 일사례의경우는 PM 10 의최고농도는 350 / 정도로높지않았으나, APS 에서관측된입자의부피농도는 2007 년 4 월 1 일사례와유사하게대표적인황사입자의크기인 2~8 부근에서증가하였다 (Fig. 4 (b), (d)). 이사례의경우 2008 년 5 월 30 일 16 시까지지상의안개로인하여광학기기인 MPL 관측의어려움이있었으나, 16 시이후에안개가소산되면서지상에서부터 3km 고도까지존재하는황사층이관측되었다 (Fig. 4 (f)). 하향복사고분해적외스펙트럼특성 황사시안면도기후변화감시센터에서 FT-IR 을이용한하향복사고분해적외스펙트럼관측을수행하였다. Fig. 5 는앞의 4.2 절에서설명한황사사례시안면도기후변화감시센터에서촬영한하늘상태를나타내는사진과관측된하향복사고분해적외스펙트럼을

지상및위성고분해적외스펙트럼센서에서관측된황사특성 나타내고있다. Fig. 5 의 (a) 와 (b) 에나타난것과같이황사로인하여하늘이누렇게관측되는것을알수있다.

5 의 (c) 와 (d) 는관측된하향복사고분해적외스펙트럼 ( 붉은색 ) 과청천을가정하여모의한하향복사고분해적외스펙트럼 ( 푸른색 ) 을나타내고있다.

관측된하향복사고분해적외스펙트럼에서황사의영향을파악하기위 하여관측과청천을모의한하향복사고분해적외스펙트럼과의차이를계산하였다 (Fig. 5 (e), (f)).

(2006) 이언급한바와같이황사층에의한방출로하향복사량이증가한다는것을의미하고황사의농도에따라서하향복사고분해적외스펙트럼의크기가변한다는것을의미한다.

6 지상및위성고분해적외스펙트럼센서에서관측된황사특성 나타내고있다. Fig. 5 의 (a) 와 (b) 에나타난것과같이황사로인하여하늘이누렇게관측되는것을알수있다. 특히, 2008 년 5 월 30 일사진에서는하층의황사층과상층의맑은역이뚜렷이구분되는것을확인할수있다. Fig. 5 의 (c) 와 (d) 는관측된하향복사고분해적외스펙트럼 ( 붉은색 ) 과청천을가정하여모의한하향복사고분해적외스펙트럼 ( 푸른색 ) 을나타내고있다. 가로축은 600~1400 cm -1 영역의파수를나타내고세로축은휘도온도를나타내고있다. 관측된하향복사고분해적외스펙트럼에서황사의영향을파악하기위 하여관측과청천을모의한하향복사고분해적외스펙트럼과의차이를계산하였다 (Fig. 5 (e), (f)). 그결과청천에비하여황사시관측된휘도온도가관측사례및파장별차이는있지만대기의창영역인 800~ 1200 cm -1 파수영역에서약 15~60K 크게나타남을알수있다. 이는 Nalli et al. (2006) 이언급한바와같이황사층에의한방출로하향복사량이증가한다는것을의미하고황사의농도에따라서하향복사고분해적외스펙트럼의크기가변한다는것을의미한다. 또한관측된하향복사고분해적외스펙트럼의 800- (a) (b) (c) (d) Fig. 3. Surface dust weather maps: (a) on 0000 KST 1 April 2007 and (b) 1800 KST 30 May Dark brown circles indicate the dust reported regions at surface. PM 10 concentrations over the Korean Peninsula: (c) on 0400 KST 1 April 2007 and (d) 1800 KST 30 May 2008.

이병일 손은하 오미림 김윤재 1000 cm -1 파수영역에서는양의방향으로기울기의변화를확인할수있고, 1100-1200 cm -1 파수영역에서는음의방향기울기의변화를확인할수있다. 관측된하향복사고분해적외스펙트럼의크기및기울기는 4.2 절에서확인하였듯이각사례시황사의농도, 층의고도, 성분등이다르기때문인것으로판단된다. 이는 Hansell et al.

7 이병일 손은하 오미림 김윤재 1000 cm -1 파수영역에서는양의방향으로기울기의변화를확인할수있고, cm -1 파수영역에서는음의방향기울기의변화를확인할수있다. 관측된하향복사고분해적외스펙트럼의크기및기울기는 4.2 절에서확인하였듯이각사례시황사의농도, 층의고도, 성분등이다르기때문인것으로판단된다. 이는 Hansell et al. (2008) 이분석한바와같이황사의농도, 구성성분, 황사층의고도등의특성들이하향복사고분해적외스펙트럼에미치는영향이다름을의미하고, 이러한정보는관측된스펙트럼을활용하여황사층의고도, 구성성분, 농도등을산출하는데활용될수있음을의미한다. 상향복사고분해적외스펙트럼특성 앞의 3.2 절에서 AIRS 센서의특징을설명하였듯이위성에서관측되는상향복사고분해적외스펙트럼은넓은영역을짧은시간에관측가능하지만, 극궤도위성이므로하루에두번관측자료를얻을수있다는단점도있다. Fig. 6 은 2007 년 4 월 1 일안면도기후변화감시센터에황사가관측되기하루전인 2007 년 3 월 31 일 1356 KST 에 Aqua 위성에탑재되어있는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 센 서에서관측된 RGB 합성영상과 AIRS 센서에서관측된고분해적외스펙트럼을나타내고있다. Fig. 6 의 (a) 는 MODIS 센서의 RGB 합성영상이며, 표시된지점은 The Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) 위성의정보를이용하여황사의농도및고도가다른 4 개의지점 ( ), 구름의영향을받는 1 개지점 (), 그리고비교를위한맑은 1 개지점 () 을나타내고있다. Fig. 6 의 (b) 는 6 개각지점에서의 AIRS 센서에서관측된상향복사고분해적외스펙트럼을나타내고있으며, 가로축은파수, 세로축은휘도온도를나타내고있다. 황사지역인 1 번과구름역인 6 번지점에서관측된스펙트럼을비교하여보면 Sokolik (2002) 이언급한바와같이대기의창영역인 cm -1 파수영역에서스펙트럼의기울기가반대로나타나는것을알수있다. 또한, 황사역인 1~4 지점에서의스펙트럼의기울기정도는황사의농도에따라차이를보임을알수있다. Fig. 6 의 (c) 는청천을가정하여각지점에서모의한상향복사고분해적외스펙트럼을나타내고있으며, Fig. 6 의 (d) 는 cm -1 파수영역에서관측된스펙트럼인 Fig. 6 (b) 와청천을모의한스펙트럼인 Fig. 6 (c) 와의차이를나타내고있다. 상향복사고분해적외스펙트럼은지상에서관측한하향복사고분해 Fig. 4. Time series of aerosol properties for two dust cases from April 1 to 3, 2007 and May 29 to 31, 2008 in Anmyeon, Korea (left to right). PM 10 concentration with Beta-ray PM 10 Sampler (a and b), aerosol volume concentration measured by APS (c and d), and vertical profiles of aerosol extinction coefficients with MPL (e and f). (courtesy Korea Global Atmosphere Watch Center)

지상및위성고분해적외스펙트럼센서에서관측된황사특성 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Fig. 5. Upper two pictures show the sky condition taken (a) at 1404 KST on 1 April 2007 and (b) 1643 KST on 30 May 2008.

The lower (e) and (f) panels represent difference between observed and simulated brightness temperature spectrum.

8 지상및위성고분해적외스펙트럼센서에서관측된황사특성 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Fig. 5. Upper two pictures show the sky condition taken (a) at 1404 KST on 1 April 2007 and (b) 1643 KST on 30 May (c) and (d) indicate that observed spectrum by FT-IR (red), clear sky simulation (blue) with LBL RTM. The lower (e) and (f) panels represent difference between observed and simulated brightness temperature spectrum. The spectrum in the cm -1 region is featured with a positive slope and negative slope in the cm -1 region compared with clear sky spectrum. 적외스펙트럼이황사층의방출에의해증가하는것과반대로황사에의한흡수로관측된스펙트럼이청천을모의한스펙트럼보다파수영역및황사의농도, 고도등에따라 2~6K 정도의휘도온도가낮게나타나는것을확인할수있다. 위성에서관측한상향복사스펙트럼의기울기는지상에서관측한하향복사스펙트럼과반대로 cm -1 파수영역에서는음의방향으로기울기가변화는것을확인할수있다 (Sokolik, 2002). 요약및토의 동아시아지역의대표적인에어러솔인황사가장파복사스펙트럼에미치는영향및황사의분광학적특성을이해하기위하여안면도기후변화감시센터에서 FT-IR 을이용한황사집중관측을수행하여 800 개이상의하향복사고분해적외스펙트럼을관측하였으며, 황사시관측된위성자료를분석하였다. 또한, 관측된고분해적외스펙트럼자료를해석하기위하여 40 번의

이병일 손은하 오미림 김윤재 (a) (b) (c) (d) Fig. 6. (a) RGB composite image of MODIS/Aqua and (b) observed AIRS/Aqua brightness temperature (Tb) spectrum at 1356 KST on 31 March 2007.

9 이병일 손은하 오미림 김윤재 (a) (b) (c) (d) Fig. 6. (a) RGB composite image of MODIS/Aqua and (b) observed AIRS/Aqua brightness temperature (Tb) spectrum at 1356 KST on 31 March (c) Simulated AIRS/Aqua Tb spectrum under the assumption of the clear sky condition and (d) Tb difference between observed and simulated Tb spectrum. Under the dust layer, the spectrum in the cm -1 region is featured with a negative slope compared with clear sky spectrum. 라디오존데관측으로온 습도연직자료를수집하였으며, 황사의물리적 광학적특성을이해하기위하여 MPL, PM 10 Sampler, APS 관측을병행하였다. FT-IR 을이용하여관측된자료는브래킷정량화방법을통하여정량화된하향복사고분해적외스펙트럼을산출하였으며, 지상및위성에서관측된하향및상향복사고분해적외스펙트럼은복사모의한청천복사고분해적외스펙트럼과비교를수행하였다. 황사에의한복사량의방출및흡수로인하여하향스펙트럼의경우 15~60 K 정도휘도온도가증가하였으며, 상향스펙트럼은 2~6 K 정도휘도온도가감소하였다. 이는하향복사의경우는대기의상부에서방출되는에너지가미미하므로황사층에서방출되는복사량이스펙트럼에많은영향을주지만, 상향복사는지표면에서방출되는에너지가황사층에의한흡수보다크기때문에휘도온도의변화폭이작은것으로판단된다. 이로부터하향복사고분해적외스펙트럼이상향복사고분해적외스펙트럼에비하여황사에대한민감도가크다는것을알수있었다. 또한, 청천복사와의비교를통하여황사의농도, 고도등이스펙트럼의기울기및휘도온도변화에영향을줌을알수있었다. 본연구는향후하향및상향복사고분해적외스펙

10 지상및위성고분해적외스펙트럼센서에서관측된황사특성 트럼관측을통하여황사의성분, 농도, 고도, 입자크기등의정보를산출하기위한알고리즘개발의시작단계이며, 관측된고분해적외스펙트럼자료를활용하여황사의다양한특성들을산출하기위해서는대기의온 습도연직자료, 지표면온도, 지표면의종류등에대한다양한민감도분석이필요할것으로사료된다. 또한, 관측된황사의농도, 고도, 입자크기등의특성들을복사모델에반영하여황사에의한고분해적외스펙트럼의정량적인특성들을이해하기위해서는황사의농도, 입자크기, 성분, 고도분포등에대한정확한관측과분석이필요할것으로판단된다. 감사의글 이연구는국립기상연구소에서수행하는 관측기술지원및활용연구 의일환으로수행되었습니다. 관측에협조해주신안면도기후변화감시센터에감사드립니다. 참고문헌 이병일, 손은하, 오미림, 2009: 지상및위성고분해적외스펙트럼자료를이용한황사탐지, 2009 년한국기상학회봄학술대회논문집, 이병일, 윤순창, 김윤재, 2008: 지상관측장비를이용하여관측한봄철황사의연직분포와광학적특성분석, 한국기상학회지, 18(4), 이영곤, 조천호, 김명수, 2008: Aerodynamic Particle Sizer (APS) 를이용한고농도 PM 10 사례중황사판별기법개발, 한국기상학회지, 18(1), 정관영, 박순웅, 1998: 황사의크기및침착량에대한수치모의, 한국대기보전학회지, 14, Andrew R. K., P. Dybwad, W. Wadsworth, and J. W. Salisbury, 1996: Portable Fourier transform infrared spectroradiometer for field measurements of radiance and emissivity, App. Opt., 35(10), Clough, S. A., M. W. Shephard, E. J. Mlawer, J. S. Delamere, M. J. Iacono, K. Cady-Pereira, S. Boukabara, and P. D. Brown, 2005: Atmospheric radiative transfer modeling: a summary of the AER codes, Short Communication, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 91, Edward T. O., 2008: AIRS/AMSU/HSB Version 5 data release user guide, JPL. Hansell, R. A., K. N. Liou, S. C. Ou, S. C. Tsay, Q. Ji, and J. S. Reid, 2008: Remote sensing of mineral dust aerosol using AERI during the UAE2: A modeling and sensitivity study, J. Geophys. Res., 113, D18202, doi: / 2008JD Hook, S. J. and A. B. Kahle, 1996: The Micro Fourier Transform Interferometer (uftir) - A New Field Spectrometer for Acquisition of Infrared Data of Natural Surfaces, Remote Sens. Environ., 56, Husar, R. B., D. M. Tratt, B. A. Schichtel, S. R. Falke, F. Li, D. Jaffe, S. Gassó, T. Gill, N. S. Laulainen, F. Lu, M. C. Reheis, Y. Chun, D. Westphal, B. N. Holben, C. Gueymard, I. McKendry, N. Kuring, G. C. Feldman, C. McClain, R. J. Frouin, J. Merrill, D. DuBois, F. Vignola, T. Murayama, S. Nickovic, W. E. Wilson, K. Sassen, N. Sugimoto, and W. C. Malm, 2001: Asian dust events of April 1998, J. Geophys. Res., 106(D6), Iwasaka, Y., H. Minpoura and K. Nagata, 1983: The transport and spatial scale of Asian dust-storm clouds: a case study of the dust-storm event of April 1979, Tellus, 35b, Joussaume, S., 1990: Three-dimensional simulations of the atmospheric cycle of desert dust particles using a general circulation model, J. Geophys. Res., 95(D2), Knuteson, R. O., W. L. Smith, S. A. Ackerman, H. E. Revercomb, H. M. Woolf, and H. Howell, 1994: Atmospheric Emitted Radiance Interferometer (AERI) data analysis method, Proc. Fourth ARM Science Team Meeting, Charleston, SC, U.S. Department of Energy, Lubin, D., Cutchin, W. Conant, H. Grassl, U. Schmid, and W. Biselli, 1995: Spectral longwave emission in the Tropics: FTIR measurement at the sea surface and comparison with fast radiation codes, J. Climate, 8, Murayama, T., Sugimoto, N., Uno, I., Kinoshita, K., Aoki, K., Hagiwara, N., Liu, Z., Matsui, I., Sakai, T., Shibata, T., Arao, K., Byung-Ju, S., Jae-Gwang, W., Soon-Chang, Y., Li, T., Hu, H., Abo, M., Iokibe, K., Koga, and R. and Iwasaka, Y., 2001: Ground-based network observation of Asian dust events of April 1998 in east Asia, J. Geophys. Res., 106(D16), Musuda, K., T. Takashima, and Y. Takayama, 1998: Emissivity of pure and sea waters for the model sea surface in the infrared window regions, Remote Sens. Environ., 24, Nalli, N. R, P. Clemente-Colon, P. J. Minnett, M. Szczodrak, V. Morris, E. Joseph, M. D. Goldberg, C. D. Barnet, W. W. Wolf, A. Jessup, R. Branch, R. O. Knuteson, and W. F. Feltz, 2006: Ship-based measurements for infrared sensor validation during Aerosol and Ocean Science Expedition 2004, J. Geophys. Res., 111, D09S04, doi: / 2005JD Olsen, E. T. 2007: AIRS/AMSU/HSB Version 5 Data Realease User Guide, JPL Park, J. H. 1984: Analysis and application of Fourier transform spectroscopy in atmoshperic remote sensing, Appl. Opt., 23,

11 이병일 손은하 오미림 김윤재 Revercomb, H. E., H. Buijs, H. B. Howell, D. D. Laporte, W. L. Smith, and L. A. Sromovsky, 1998: Radiometric calibration of IR Fourier transform spectrometers: solution to a problem with the High-Resolution Interferometer Sounder, Appl. Opt., 27, Sokolik, I. N., 2002: The Spectral radiative signature of wind-blown mineral dust: Implications for remote sensing in the thermal IR region, Geophys. Res. Lett. 29 (24), 2154, doi: /2002gl Stephens, G. L., S. K. Cox, P. W. Stackhouse, Jr., J. Davis, and the AT622 Class, 1993: FIRE in the Classroom, Bull. Amer. Meteor. Soc., 74, Stephens, G. L., A. Slingo, M. J. Webb, P. J. Minnet, P. H. Daum, L. Kleinman, I. Wittmeyer, and D. A. Randall, 1994: Observations of the earth's radiation budget in relation to atmospheric hydrology. Part : Atmospheric column radiative cooling over the world's ocean, J. Geophys. Res., 99, Stokes, G. M., and S. E. Schwartz, 1994: The Atmospheric Radiation Measurement (ARM) program: Programmatic background and design of the cloud and radiation test bed, Bull. Amer. Meteor. Soc., 75, Wu, X. and L. Smith, 1997: Emissivity of rough sea surface for 8-13 : modeling and verification, Appl. Opt., 36,

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20121217--2012년AQM보고서_Capss2Smoke-자체.hwp 11-148523-1331-1 대기모델링 정보지원 시스템을 위한 표준자료 구축 연구(Ⅱ) - CAPSS2SMOKE 프로그램 개발 기후대기연구부 대기공학연구과 Ⅱ 212 목 차 i 목 차 ii 목 차 iii 목 차 iii Abstract v Ⅰ. 서 론.., (Kim et al, 28). Clean Air Policy Support System (CAPSS).