KR101007304B1 - 광학 측정을 통한 에어로솔 분석방법 - Google Patents
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Abstract
광범위 관측 지역의 복사 정보를 포함하는 데이터로부터 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 방법이 개시된다. 에어로솔 분류방법은 특정 지점의 복사 정보로부터 미리 설정된 레퍼런스 파장에 대한 반사도를 산출하는 단계, 산출된 반사도를 이용하여 상기 특정 지점의 에어로솔을 특정할 수 있는 에어로솔 파라미터를 산출하는 단계, 흡수성 에어로솔 모델 및 비흡수성 에어로솔 모델을 모두 가정하여 특정 지점의 에어로솔의 흡수 특성을 판단하는 단계, 및 에어로솔 파라미터와 흡수 특성을 고려하여 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 에어로솔의 종류를 분류하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 관측 장비로부터 얻어지는 데이터를 이용하여 자동으로 에어로솔의 종류를 분류할 수 있는 분류방법에 관한 것이다.
에어로솔(aerosol)은 대기 중에 자연 및 인위적으로 발생된 먼지나 여로 종류의 화학물질들로 구성된 작은 입자를 총칭하는 개념으로서, 주로 모래폭풍이나 화산활동과 같은 자연적 과정이나 화석 연료의 연소를 비롯한 산업활동과 같은 인위적 요인에 의해 발생할 수 있다. 일반적으로 에어로솔은 그 생성원인이 매우 다양하고 물리화학적 특성도 상이하여 기후나 주변 환경에 미치는 영향도 다양하다. 이러한 에어로솔은 시공간적으로도 매우 복잡한 분포 양상을 보인다.
에어로솔은 직접적으로 태양 복사를 산란 또는 흡수할 수 있으며, 간접적으로는 구름의 광학적 성질, 운량 및 구름의 수명 등에 영향을 줄 수가 있다. 이러한 에어로솔은 지구 대기의 복사 에너지 균형뿐만 아니라 연무현상 등으로 시정을 악화시키는 등 대기의 광학적 효과에 많은 영향을 미친다. 에어로솔이 기후에 미 치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해서, 에어로솔의 광학 두께(Aerosol Optical Thickness)가 척도로 사용되고 있다.
특히, 동북 아시아는 최근 급격한 산업활동 및 인구증가에 따라 다량의 인위적 및 자연적 에어로솔을 배출하는 지역으로 알려져 있다. 또한, 아시아 대륙 내에 위치한 내몽골, 고비 사막, 타클라마칸 사막, 황토 고원지대 등 주요 황사 발원지에서 풍하 측에 위치하고 있으며, 1990년대 후반부터 봄철에는 대규모의 황사가 빈번히 발생하는 것으로 관측되고 있다.
대기 중 에어로솔에 의한 빛의 흡수와 산란 등 광학적 성질은 위성에 의한 에어로솔 탐지 분야나 대기복사모델을 이용한 복사강제력 산출을 위해 매우 중요함에도 불구하고 동북 아시아나 한반도 지역을 대상으로 한 연구는 대기복사 관측 자료를 이용한 단일산란알베도 추정 연구 외에는 미약한 실정이다. 또한, 눈으로 관측 자료를 보고 에어로솔을 분류하는 것은 가능하나 특정 기준을 가지고 자동으로 에어로솔을 분류할 수 있는 알고리즘이나 기술 또한 미약한 실정이다.
본 발명은 광학 장비를 이용하여 대기 중의 복사정보를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 에어로솔을 자동으로 분류할 수 있는 알고리즘 또는 분류방법을 제공한다.
본 발명은 에어로솔의 종류를 대략 4가지로 분류하고, 산출되는 에어로솔 파라미터(볼륨피크비율, 광학두께) 와 복사흡수특성에 따라 에어로솔의 종류를 정확 히 구분할 수 있는 알고리즘 및 분류방법을 제공한다.
본 발명은 에어로솔의 종류를 정확하고 빠르게 분류할 수 할 수 있는 알고리즘 및 분류방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 광범위 관측 지역의 복사 정보를 포함하는 데이터로부터 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 방법은, 특정 지점의 복사 정보로부터 미리 설정된 레퍼런스 파장에 대한 반사도를 산출하는 단계, 산출된 반사도를 이용하여 특정 지점의 에어로솔을 특정할 수 있는 에어로솔 파라미터를 산출하는 단계, 흡수성 에어로솔 모델 및 비흡수성 에어로솔 모델을 모두 가정하여 특정 지점의 에어로솔의 흡수 특성을 판단하는 단계, 및 에어로솔 파라미터와 에어로솔의 흡수 특성을 고려하여 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 단계를 포함한다.
에어로솔에 대한 데이터는 반사도 등 다양한 정보가 이용될 수 있으며, 반사도와 같은 정보를 얻기 위해 위성 관측, 항공 관측 또는 지상 관측과 같은 다양한 관측 방법이 사용될 수 있다. 일반적으로 에어로솔은 더스트(dust), 탄소계(carbonaceous or black carbon), 해염(sea salt) 및 황산염계(sulfate)으로 분류될 수 있으며, 에어로솔의 특성이 흡수성 조대입자(absorbing coarse mode)인 경우 더스트로 분류되고, 비흡수성 조대입자(nonabsorbing coarse mode)인 경우 해염으로 분류되고, 흡수성 미세입자(absorbing fine mode)인 경우 탄소계로 분류되고, 그리고 비흡수성 미세입자(nonabsorbing fine mode)인 경우 황산염계로 분류될 수 있다.
본 발명에 따르면, 위성 관측 장비와 같은 장비는 특정 파장에 의해서 특정될 수 있는 여러 개의 채널을 통해 관측 지역의 복사 정보를 획득하며, 획득된 각 채널의 복사 정보 중 최적으로 선택된 몇 채널을 통해 파라미터 산출 레퍼런스 파장 및 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장을 특정한다. 특정된 레퍼런스 파장에서 의도된 해석치(retrieval) 또는 산출치가 나올 수 있으며, 이를 이용하여 에어로솔의 종류를 신속하고 정확하게 분류할 수가 있다.
본 발명의 분류 방법은 에어로솔 파라미터로부터 에어로솔의 입자 크기 정보를 특정할 수 있으며, 구체적으로 에어로솔 파라미터는 에어로솔의 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔의 광학 두께(τ)를 포함하도록 정의되고, 이들 값은 미리 준비된 참고 테이블을 통해서 쉽게 얻어질 수 있다.
반사도를 산출하는 단계에서 2개 이상의 미리 설정된 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대해서 각각 반사도를 산출할 수 있으며, 산출된 반사도로부터 볼륨 피크 비율이나 광학 두께를 산출할 수 있다. 이들 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 광학 두께가 정해짐에 따라, 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대한 복사장이 특정될 수 있다.
파라미터 산출 레퍼런스 파장과는 별도의 파장을 이용하여 에어로솔의 흡수 특성을 판단할 수 있다. 예를 들어, 산출된 복사장의 특성과 실제 측정된 복사장의 특성을 비교하되, 흡수성 에어로솔이라고 가정하고 비교한 값과 비흡수성 에어로솔이라고 가정하고 비교한 값의 비교를 통해 에어로솔의 흡수 특성을 역으로 유추할 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따르면, 광범위 관측 지역의 복사 정보를 포함하는 데이터로부터 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 방법은, 특정 지점의 복사 정보를 로딩하는 단계; 특정 지점의 복사 정보로부터 미리 설정된 제1 파라미터 산출 레퍼런스 파장 및 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대한 제1 반사도 및 제2 반사도를 각각 산출하는 단계; 제1 및 제2 반사도를 이용하여 특정 지점의 에어로솔 입자 크기 정보 및 광학 두께 정보를 산출하는 단계; 흡수성 에어로솔 모델을 가정 하에, 미리 설정된 제1 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대해 산출된 반사도 및 실제 관측된 반사도를 비교하는 단계; 비흡수성 에어로솔 모델을 가정 하에, 미리 설정된 상기 제1 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대해 산출된 반사도 및 실제 관측된 반사도를 비교하는 단계; 및 흡수성/비흡수성 에어로솔 양 모델에 따른 반사도의 오차 및 에어로솔의 입자 크기 정보를 이용하여 상기 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 에어로솔 분류방법은 광학 장비를 이용하여 대기 중의 에어로솔에 대한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 에어로솔을 자동으로 분류할 수 있다.
본 발명의 에어로솔 분류방법은 에어로솔의 종류를 대략 4가지로 분류하고, 산출되는 에어로솔 파라미터와 복사흡수특성에 따라 에어로솔의 종류를 정확히 구분할 수 있다.
본 발명의 에어로솔 분류방법은 최적화된 참고 테이블을 이용하여 에어로솔에 대한 입자 크기 정보를 신속하게 산출할 수 있으며, 흡수 특성 역시 명확히 분류할 수 있는 기준을 제시할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 관측 장비를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 분류방법을 수행하기 위해서 다양한 관측 장비가 사용될 수 있다. 일 예로, 인공위성(10)으로부터 대기 중 에어로솔에서 방출되는 복사 정보(radiation data)를 관측할 수 있으며, 인공위성(10)의 경우 대단히 넓은 지역을 통합적으로 관측할 수 있다는 장점이 있다. 다르게는, 비행기(20)를 통해 직접 에어로솔의 특성을 관측할 수 있으며, 지상의 관측장비(30)를 통해서 에어로솔에 관한 정보를 수집할 수가 있다. 여기서 지상의 관측장비(30)라 함은 복사량을 측정하기 위한 특수한 관측장비 외에도 컬러 영상을 획득할 수 있는 디지털 카메라, CCTV, 웹 카메라 등과 같이 범용기기도 포함한다고 할 것이다.
본 실시예에서는 인공위성(10)을 이용하여 에어로솔을 분류하는 방법을 설명하지만, 본 발명은 아래 실시예에 한정되지 아니하며 다양한 관측 장비를 이용한 경우도 포함한다고 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법을 설명하기 위한 흐 름도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 관측 장비는 인공위성으로서, 인공위성은 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 및 OMI(Ozone Monitoring Instrument)와 같은 관측 장비를 포함하며, 이들은 근적외선, 가시광선 영역의 복사 정보를 획득하거나 자외선 영역의 복사 정보를 획득할 수 있다.
인공위성은 대기 밖의 일정 궤도에서 이동 또는 정지된 상태를 유지하면서 광범위 지역의 복사 정보를 수집할 수 있다. MODIS나 OMI 같은 관측 장비는 이들 복사 정보로부터 에어로솔에 관한 정보를 추출할 수 있으며, 추출된 정보는 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하거나 그 특성을 파악하는 데에 사용될 수 있다.
특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 방법은, 광범위 관측 지역의 복사 정보를 수집 또는 저장하는 단계(S110), 특정 지점의 에어로솔을 특정하기 위해 해당 지점의 복사 정보를 로딩하는 단계(S120), 제1 파라미터 산출 레퍼런스 파장 및 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장 각각에 대한 제1 반사도(first reflectance) 및 제2 반사도(second reflectance)를 산출하는 단계(S130)를 포함한다. 에어로솔 종류 분류는 구름영역과 해양의 글린트 영역에서는 불가능하므로, 이 단계에서 구름 영역과 글린트 영역을 제거한다.
상기 에어로솔 분류방법에 따르면, 특정 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대응하는 제1 반사도 및 제2 반사도와 이로부터 산출된 에어로솔 파라미터로부터 복사장을 특정할 수 있다. 단, 복사장은 흡수성 에어로솔(absorbing aerosol)로 이루어지는냐 혹은 비흡수성 에어로솔(nonabsorbing aerosol)로 이루어지냐에 따라 다른 특성을 보일 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 에어로솔 분류방법은 특정 지점의 에어로솔을 흡수성 에어로솔 모델인 경우 및 비흡수성 에어로솔 모델인 경우 모두를 가정한다.
구체적으로 흡수성 에어로솔 모델에 따른 흡수성 LUT(Look Up Table)을 선택하고, 선택된 흡수성 LUT에서 MODIS 의 제1 채널로부터의 제1 반사도 및 제2 채널로부터의 제2 반사도를 이용하여 에어로솔 파라미터(aerosol parameter), 즉 볼륨 피크 비율(volume peak ratio; c2/c1) 및 에어로솔의 광학 두께(τa) 등을 특정할 수 있다. 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔 광학 두께로부터 복사장이 특정될 수 있으며, 특정된 흡수 에어로솔 특성의 복사장으로부터 제8 채널 및 제9 채널의 반사도(reflectance)를 산출할 수 있다(S140). 이와 마찬가지로, 비흡수성 에어로솔 모델에 따른 비흡수성 LUT(Look Up Table)을 선택하고, 선택된 비흡수성 LUT에서 같은 제1 채널로부터의 제1 반사도 및 제2 채널로부터의 제2 반사도를 이용하여 볼륨 피크 비율(volume peak ratio; c2/c1) 및 에어로솔의 광학 두께(τa)를 특정할 수 있다. 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔 광학 두께로부터 비흡수 특성의 복사장이 특정될 수 있으며, 특정된 비흡수 에어로솔 특성의 복사장으로부터 제8 채널 및 제9 채널의 반사도(reflectance)를 산출할 수 있다(S150). 본 실시예에서는 에어로솔의 입자 크기 정보를 알기 위해 볼륨 피크 비율(c2/c1)을 사용하였지만, 경우에 따라서는 다양한 다른 변수가 사용될 수가 있다.
흡수성 및 비흡수성 에어로솔 모델 모든 경우에 대해 복사흡수도 산출 레퍼 런스 파장의 반사도를 산출한 다음, 실제 측정된 반사도와 산출된 반사도를 비교할 수 있다(S160). 만약, 흡수성 에어로솔로 가정하고 산출한 반사도와 실제 측정된 반사도의 차이가 더 작으면, 특정 지점의 에어로솔이 흡수 특성을 갖는 것으로 판단할 수 있다(S170). 하지만, 비흡수성 에어로솔로 가정하고 산출한 반사도와 실제 측정된 반사도의 차이가 더 작으면, 그 땐 특정 지점의 에어로솔이 비흡수 특성을 갖는 것으로 판단할 수 있다(S180).
이렇게 볼륨 피크 비율(c2/c1)로부터 에어로솔의 입자 크기를 예측할 수 있으며, 흡수 특성으로부터 에어로솔의 복사 흡수율(radiation absorptance)를 예측할 수 있다. 본 실시예서는 상기 결과로부터 대략 4가지, 즉 더스트(dust), 탄소계(carbonaceous or black carbon), 해염(sea salt) 및 황산염계(sulfate)로 나눌 수 있다.
본 실시예에 따른 분류방법을 이해하기 위해서 2002년 Higurashi and Nakajima의 논문(Higurashi, A., and T. Nakajima (2002), Detection of aerosol types over the East China Sea near Japan from four-channel satellite data, Geophys. Res.Lett., 29(17), 1836, doi:10.1029/2002GL015357)을 참조할 수 있으며, 반복된 내용은 생략될 수 있다. 상기 2002년 Higurashi and Nakajima[2002]의 논문은 SeaWiFS 데이터에도 적용되고 있다.
본 실시예에 따른 분류방법은 미리 정리된 룩 업 테이블(LUT; Look Up Table)을 사용하여 산출적인 효율을 추구할 수 있다. 또한, 반사도(reflectance)를 산출하기 위해서, 다음과 같은 에어로솔의 이봉 로그정규분포에 따른 입자크기 분포를 가정한다.
여기서 V는 에어로솔의 밀도, rm은 미크론 단위(㎛)의 모드 반지름(mode radius), s는 r(입자 반지름)의 표준편차를 의미한다.
MODIS에서 제1 채널(640nm) 및 제2 채널(860nm)은 에어로솔의 크기정보 및 광학두께를 추출하기 위해 사용될 수 있으며, 제8 채널(410nm) 및 제9 채널(440nm)은 에어로솔이 복사선을 흡수할 수 있는지 없는지 등을 판단하기 위해 사용될 수 있다. 참고로, 본 실시예에서, 제1 및 제2 채널에 사용되는 제1 파라미터 산출 레퍼런스 파장 및 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장은 640nm 및 860nm로 특정되고, 제8 및 제9 채널에 사용되는 제1 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장 및 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장은 410nm 및 440nm로 특정된다. 하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 채널들의 파장들은 자외선에서 근적외선영역까지의 파장이라면 모두 가능하다. 다만, 각 채널 간의 간섭을 최소로 줄이고, 대기효과를 최소화 하며, 산출 정확도를 높이기 위해서 각 채널의 파장들은 적절히 이격된 것이 좋고 대기 구성 가스에 의한 흡수파장은 피하는 것이 좋다.
좀 더 구체적으로, 파라미터 산출 레퍼런스 파장은 약 600~1000nm의 범위에서 2개의 파장에서 결정될 수 있으며, 더 바람직하게는 제1 레퍼런스 파장은 상기 600~1000nm의 파장대에서 750nm 를 기준으로 전반 영역에서, 제2 레퍼런스 파장은 750nm 를 기준으로 후반 영역에서 선택되는 것이 좋다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장의 반사도로부터 최적의 분해 성능을 확보하기 위해 MODIS의 제1 채널과 제2 채널에 해당하는 640nm 및 860nm로 결정되어 있다.
또한, 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장은 대략 400~600nm의 범위에서 2개의 파장에서 결정될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장 역시 최적의 비교를 위해 MODIS의 제8 채널과 제9 채널에 해당하는 410nm 및 440nm로 결정되어 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법에서 볼륨 피크 비율 및 광학 두께를 산출하는 과정을 설명하기 위한 그래프들이다.
참고로, 본 실시예에서 LUT은 1986년의 Nakajima and Tanaka의 논문(Nakajima, T., and M. Tanaka (1986), Matrix formulations for the transfer of solar radiation in a plane-parallel scattering atmosphere, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 35, 13-21.) 중 Rstar5b 복사 전달 모델(RTM)을 사용하여 계산될 수 있다. 이에 대해서는 상기 논문에 상세히 기재되어 있으며, 본 발명의 이해를 위해 참고될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 흡수성 에어로솔 및 비흡수성 에어로솔을 가정하며, 상기 LUT은 태양의 천장각도(solar zenith) 및 위성의 천장각도(satellite zenith)을 0°에서 70°까지 2.5° 간격으로 계산한 것이며, 상대 방위각(relative azimuth angle)이 0°에서 180°까지 5° 간격으로 계산한 것이다. 대략 11가지 경우의 에어로솔 볼륨 피크 비율(c2/c1)이 0.1에서 100까지 계산되었다. 참고로, 도 3은 흡수성 에어로솔 모델을 가정하여 계산된 값을 표현한 것이며, 도 4는 비흡수성 에어로솔 모델을 가정하여 계산된 값을 표현한 것이다.
도 3에서 볼륨 피크 비율(c2/c1)이 0.1에서 100으로 증가하면서, MODIS 제1 채널 및 제2 채널의 반사도가 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 흡수성 에어로솔 모델에서는 미세 입자(fine mode)의 에어로솔이 조대 입자(coarse mode) 에어로솔보다 더 효율적으로 복사를 산란시키는 것을 알 수 있다.
도 4를 보면, 비흡수성 에어로솔 모델에서는 제2 채널의 제2 반사도가 증가할수록 볼륨 피크 비율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 제2 채널(860nm)에서, 더 많은 복사가 미세 입자보다는 조대 입자의 경우 위성으로 반사되는 것을 알 수 있으며, 오히려 제1 채널(640nm)에서 복사의 반사도가 입자 크기와는 상대적으로 무관한 것을 알 수 있다.
또한, 태양에 의한 글린트 영역(glint region)에 대한 글린트 각도는 다음 수학식을 통해 계산될 수 있다.
여기서, θ s , θ v 및 φ는 각각 태양의 천장각도, 위성의 천장각도 및 태양과 위성 간의 상대 방위각을 의미한다.
또한, 구름이 없는 경우에 비해 구름은 복사장에 많은 영향을 미칠 수 있기 때문에, 구름 마스크(Cloud Masking)는 에어로솔 특성을 추출함에 있어 매우 중요하다. 구름 마스크에 대한 내용은 2005년 Remer et al.(Remer, L. A., et al. (2005), The MODIS aerosol algorithm, products and validation, J. Atmos. Sci., 62, 947-973.)의 논문을 참조할 수 있다.
본 실시예에 따른 주로 4가지 에어로솔 종류를 분류하기 위해서 입자 크기 및 복사 흡수율에 대한 산출 또는 판단이 결정되어야 한다. MODIS 제8 및 제9 채널(410nm 및 440nm)의 반사도 간의 차이를 흡수성 에어로솔을 가정하여 산출한 경우, 비흡수성 에어로솔을 가정하여 산출한 경우 및 실제 관측된 경우를 서로 비교할 수 있다. 이러한 과정을 통해서 에어로솔의 복사 흡수율이 결정될 수 있다. 즉, 흡수성 에어로솔을 가정하여 산출한 반사도의 차이 및 실제 관측된 반사도의 차이 간의 절대값 차이가 비흡수성 에어로솔을 가정하여 산출한 반사도의 차이 및 실제 관측된 반사도의 차이 간의 절대값 차이보다 작으면, 상기 에어로솔은 흡수성 에어로솔임으로 판단할 수 있으며, 반대로 크면 상기 에어로솔은 비흡수성 에어로솔로 판단할 수 있다. 상기 과정에 대해서는 도 2의 흐름도를 통해 더욱 명확하게 할 수 있다. 참고로, 본 명세서에서는 반사도를 주로 사용하였지만, 본 명세서에서 '반사도'는 흡수도와 밀접하게 관련이 있는 용어로서, 상기 '반사도'는 흡수도를 포함하는 개념으로 이해될 수 있으며, 이들의 혼용은 당업자에게 매우 자명하다고 할 수 있다.
또한, 상기 내용을 기초로 흡수성 또는 비흡수성 에어로솔이 결정된 후, 결정된 볼륨 피크 비율(c2/c1)이 4이상인 경우 미세입자 모드(fine mode)로 판단하 고, 상기 볼륨 피크 비율이 4미만인 경우 조대입자 모드(coarse mode)로 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이, 에어로솔은 더스트(dust), 탄소계(carbonaceous or black carbon), 해염(sea salt) 및 황산염계(sulfate)으로 분류될 수 있으며, 에어로솔의 특성이 흡수성 조대입자(absorbing coarse mode)인 경우 더스트로 분류되고, 비흡수성 조대입자(nonabsorbing coarse mode)인 경우 해염으로 분류되고, 흡수성 미세입자(absorbing fine mode)인 경우 탄소계로 분류되고, 그리고 비흡수성 미세입자(nonabsorbing fine mode)인 경우 황산염계로 분류될 수 있다.
특정된 파라미터 산출 레퍼런스 파장 및 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에서 의도된 해석치(retrieval) 또는 산출치가 나올 수 있으며, 이를 이용하여 에어로솔의 종류를 신속하고 정확하게 분류할 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 관측 장비를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법에서 볼륨 피크 비율 및 광학 두께를 산출하는 과정을 설명하기 위한 그래프들이다.
Claims (24)
- 광범위 관측 지역의 복사 정보를 포함하는 데이터로부터 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 방법에 있어서,특정 지점의 복사 정보로부터 미리 설정된 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대한 반사도를 산출하는 단계;상기 산출된 반사도를 이용하여 상기 특정 지점의 에어로솔을 특정할 수 있는 에어로솔 파라미터를 산출하는 단계;흡수성 에어로솔 모델 및 비흡수성 에어로솔 모델을 모두 가정하여, 상기 특정 지점의 에어로솔의 흡수 특성을 판단하는 단계; 및상기 에어로솔 파라미터 및 상기 에어로솔의 흡수 특성을 고려하여 상기 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 단계;를 구비하며,상기 에어로솔 파라미터는 에어로솔의 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔의 광학 두께(τ)를 포함하고,상기 에어로솔 파라미터를 산출하는 단계에서,상기 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대해 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔 광학 두께를 특정할 수 있는 참고 테이블을 유지하고, 상기 참고 테이블을 이용하여 상기 반사도에 대응하는 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔 광학 두께(τ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
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- 제1항에 있어서,상기 반사도를 산출하는 단계에서 2개 이상의 상기 미리 설정된 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대해 각각 반사도를 산출하고,산출된 각각의 상기 반사도를 이용하여 상기 에어로솔 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제1항에 있어서,상기 흡수성 에어로솔 모델에 따라 산출된 반사도와 실제 측정된 반사도의 오차를 산출하고,상기 비흡수성 에어로솔 모델에 따라 산출된 반사도와 상기 실제 측정된 반사도의 오차를 산출한 후,상기 양 오차를 비교하여 오차가 적은 모델에 따라 상기 특정 지점에서의 에어로솔을 판단하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제1항에 있어서,상기 복사 정보를 포함하는 상기 데이터로부터 구름에 대한 영향을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제1항에 있어서,상기 복사 정보를 포함하는 상기 데이터로부터 글린트 영역(glint region)에 대한 영향을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 광범위 관측 지역의 복사 정보를 포함하는 데이터로부터 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 방법에 있어서,상기 특정 지점의 복사 정보를 로딩하는 단계;상기 특정 지점의 복사 정보로부터 미리 설정된 제1 파라미터 산출 레퍼런스 파장 및 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대한 제1 반사도 및 제2 반사도를 각각 산출하는 단계;상기 제1 및 제2 반사도를 이용하여 상기 특정 지점의 에어로솔 입자 크기 정보 및 광학 두께 정보를 산출하는 단계;흡수성 에어로솔 모델을 가정 하에, 미리 설정된 제1 및 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대한 상기 입자 크기 정보 및 상기 광학 두께 정보를 이용하여 산출된 반사도 및 실제 관측된 반사도를 비교하는 단계;비흡수성 에어로솔 모델을 가정 하에, 미리 설정된 상기 제1 및 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대한 상기 입자 크기 정보 및 상기 광학 두께 정보를 이용하여 산출된 반사도 및 실제 관측된 반사도를 비교하는 단계; 및상기 흡수성 및 비흡수성 에어로솔 모델에 따른 반사도의 오차 및 상기 에어로솔의 입자 크기 정보를 이용하여 상기 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 단계; 를 구비하며,상기 입자 크기 정보 및 상기 광학 두께 정보를 산출하는 단계에서,상기 제1 및 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장에 대해 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔 광학 두께를 특정할 수 있는 참고 테이블을 유지하고, 상기 참고 테이블을 이용하여 상기 제1 및 제2 반사도에 대응하는 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔 광학 두께(τ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 삭제
- 제8항에 있어서,상기 입자 크기 정보 및 상기 광학 두께 정보를 산출하는 단계에서,흡수성 에어로솔 모델 및 비흡수성 에어로솔 모델인 경우에 대해 각각 대응하는 2개의 상기 참고 테이블을 유지하며, 각각의 참고 테이블에서 상기 제1 및 제2 반사도에 대응하는 볼륨 피크 비율(c2/c1) 및 에어로솔 광학 두께(τ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제8항에 있어서,상기 볼륨 피크 비율(c2/c1)이 4이상인 경우 미세입자 모드(fine mode)로 판단하고, 상기 볼륨 피크 비율이 4미만인 경우 조대입자 모드(coarse mode)로 판단하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제8항에 있어서,상기 제1 및 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장은 600nm 이상 1000nm 이하의 범위에서 각각 선택되는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제12항에 있어서,상기 제1 파라미터 산출 레퍼런스 파장은 600~750nm의 범위에서 선택되며, 상기 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장은 750~1000nm 의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제13항에 있어서,상기 제1 파라미터 산출 레퍼런스 파장은 640nm이며, 상기 제2 파라미터 산출 레퍼런스 파장은 860nm인 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제8항에 있어서,산출된 상기 에어로솔 입자 크기 정보 및 상기 광학 두께 정보로부터 상기 특정 지점의 복사장을 특정하고,상기 특정 지점의 복사장으로부터 상기 제1 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장 에 대한 반사도를 상기 흡수성 에어로솔 모델 및 상기 비흡수성 에어로솔 모델 모든 경우에서 산출하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제15항에 있어서,산출된 상기 반사도 및 상기 실제 관측된 반사도를 비교하는 단계에서, 미리 설정된 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대해서도 산출된 반사도 및 실제 관측된 반사도를 함께 비교하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제16항에 있어서,상기 제1 및 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장은 400nm 이상 600nm 이하의 범위에서 각각 선택되는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제17항에 있어서,상기 제1 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장은 410nm이며, 상기 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장은 440nm인 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제16항에 있어서,상기 흡수성 에어로솔 모델의 가정 하에서 상기 제1 및 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대해 산출된 반사도 차이 및 실제 관측된 반사도의 차이 간의 절대값을 구하고,상기 비흡수성 에어로솔 모델의 가정 하에서 상기 제1 및 제2 복사흡수도 산출 레퍼런스 파장에 대해 산출된 반사도 차이 및 실제 관측된 반사도의 차이 간의 절대값을 구하고,상기 2개의 절대값 중 적은 쪽을 우선으로 하여 상기 특정 지점의 에어로솔에 대한 흡수 특성을 판단하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제8항에 있어서,상기 복사 정보를 포함하는 상기 데이터로부터 구름에 대한 영향을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제8항에 있어서,상기 복사 정보를 포함하는 상기 데이터로부터 글린트 영역(glint region)에 대한 영향을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제21항에 있어서,상기 글린트 영역에 대한 영향을 제거하는 단계는 산출된 글린트 각도가 40°보다 작은 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제8항에 있어서,상기 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 단계에서 상기 에어로솔을 더스 트(dust), 탄소계(carbonaceous or black carbon), 해염(sea salt) 및 황산염계(sulfate) 중 하나로 선택하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
- 제23항에 있어서,상기 특정 지점의 에어로솔 종류를 분류하는 단계에서 상기 특정 지점의 에어로솔이 흡수성 조대입자인 경우 더스트로, 비흡수성 조대입자인 경우 해염으로, 흡수성 미세입자인 경우 탄소계로, 그리고 비흡수성 미세입자인 경우 황산염계로 상기 특정 지점의 에어로솔을 분류하는 것을 특징으로 하는 에어로솔 분류방법.
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