KR101910468B1 - System and the method for producing vertical profile of atmospheric trace gas using multiple wavelength - Google Patents

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KR101910468B1 KR1020170026719A KR20170026719A KR101910468B1 KR 101910468 B1 KR101910468 B1 KR 101910468B1 KR 1020170026719 A KR1020170026719 A KR 1020170026719A KR 20170026719 A KR20170026719 A KR 20170026719A KR 101910468 B1 KR101910468 B1 KR 101910468B1
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Abstract

본 발명은 위성에 장착된 후 다파장 초분광 관측기법을 적용하여 기 설정되어 저장된 모의 대기 중 미량기체 연직 프로파일로부터 대기상태 예보를 위한 실제의 대기 중 미량기체 연직 프로파일을 도출할 수 있도록 하는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
상기 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템은, 기 저장된 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일들과 환경정보를 대기복사모델에 적용하여 모의 복사휘도자료를 생성하고, 생성된 모의 복사휘도자료로부터 모의 SCD를 도출하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 매칭한 모의 SCD-LUT를 생성하는 모의 SCD-LUT생성부(100); 서로 다른 파장의 피팅윈도우(fitting window)를 적용한 DOAS에 의해 서로 다른 파장들에서의 관측 대상 미량기체에 대한 SCD들을 측정한 후 합산하여 측정 대상 미량기체에 대한 관측 SCD를 도출하는 다파장 SCD 측정부(200); 및 상기 관측 SCD와 일정 오차 범위 내에서 일치하는 모의 SCD 값을 상기 SCD-LUT에서 추출한 후 대응하는 모의 미량기체 연직 프로파일을 측정대상 미량기체에 대한 미량기체 연직 프로파일로 도출하는 미량기체 연직 프로파일 도출부(300);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a multi-wavelength, multi-wavelength, multi-wavelength, multi-wavelength, multi-wavelength, multi- The present invention relates to a system for calculating a vertical profile of an in-atmosphere micro-gas using the method of the present invention.
The atmospheric trace gas vertical profile calculation system using the multiple wavelengths generates simulated radiant luminance data by applying simulated trace gas vertical profiles and environment information on a pre-stored trace gas to the atmospheric radiation model, A simulated SCD-LUT generator 100 for deriving a simulated SCD from the data and generating a simulated SCD-LUT that matches a simulated SCD for each simulated trace gas vertical profiles; A multi-wavelength SCD measuring unit for deriving an observation SCD for a trace gas to be measured by measuring and adding the SCDs to the observed trace gas at different wavelengths by the DOAS using a fitting window of different wavelengths (200); And extracting a simulated SCD value coinciding with the observation SCD in a predetermined error range from the SCD-LUT and deriving a corresponding simulated trace gas vertical profile as a trajectory vertical profile of a target gas to be measured, (300). ≪ / RTI >

Description

다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND THE METHOD FOR PRODUCING VERTICAL PROFILE OF ATMOSPHERIC TRACE GAS USING MULTIPLE WAVELENGTH}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a system and a method for calculating a vertical profile of an atmospheric trace gas using multiple wavelengths, and a method thereof. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 대기 중에 존재하는 대기 중 미량기체에 대한 연직 프로파일을 산출하는 것에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 위성에 장착된 후 다파장 초분광 관측기법을 적용하여 기 설정되어 저장된 모의 대기 중 미량기체 연직 프로파일로부터 대기상태 예보를 위한 실제의 대기 중 미량기체 연직 프로파일을 도출할 수 있도록 하는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for calculating a vertical profile of an atmospheric trace gas present in the atmosphere and, more particularly, And more particularly, to a system and method for calculating an atmospheric trace gas vertical profile using multiple wavelengths, which enables to derive an actual atmospheric trace gas vertical profile for a standby state forecast from a vertical profile.

스펙트럼 피팅(Spectrum fitting) 방법은 자외선 혹은 가시영역파장에서 미량기체, 대기분자 혹은 에어로졸들이 가지고 있는 특정한 흡수선에 의해 소산되는 복사휘도의 양으로부터 특정 미량기체들의 농도를 산출 하는 기술로서, 현재 운영 중인 극궤도 위성인 OMI (Ozone Monitoring Instrument), SCHIAMACHY (Scanning Imaging Spectrometer for Atomspheric Chartography), GOME-2 (Global Ozone Monitoring Experiment-2)등과 같은 위성 원격 측정 장비, 그리고, MAX-DOAS (Multi Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy), PANDORA와 같은 지상 원격측정 장비 및 향후 발사할 정지궤도 위성인 GEMS (Geostationary Environment Monitoring Sensor), Tempo (Tropospheric Emission: Monitoring pollution), Sentinel-4등과 같은 위성에서 미량기체 산출을 위해 널리 쓰이는 방법 중 하나이다.The Spectrum Fitting method is a technique for calculating the concentration of specific trace gases from the amount of radiant luminance dissipated by a specific absorption line of trace gases, air molecules or aerosols at ultraviolet or visible wavelengths, Satellite telemetry equipment such as OBS (Ozone Monitoring Instrument), SCHIAMACHY (Scanning Imaging Spectrometer for Atomspheric Chartography) and GOME-2 (Global Ozone Monitoring Experiment-2), and MAX-DOAS (Multi Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy ), PANDORA, and Geostationary Environment Monitoring Sensor (GEMS), which will be launched in future, and Tempo (Tropospheric Emission: Monitoring pollution), Sentinel-4 It is one.

상술한 스펙트럼 피팅(Spectrum fitting) 방법을 이용하여, 미량기체 (NO2, ozone, SO2, HCHO, etc.)의 농도 산출시, SCD 에러는 약10% 미만으로 비교적 적으나, 오염지역에서의 대기질량인자(AMF: Air Mass Factor) 에러는 100%를 초과한다. 이러한 AMF 에러의 발생원인은 AMF 계산 시 사용하는 입력 자료들의 부정확성에 상당부분 기인한다. 이러한 모델 입력 자료는 대부분 화학 수송모델로부터 획득하며, AOD (aerosol optical depth), SSA (single scattering albedo)등과 같은 에어로졸 정보, SZA (solar zenith angle), VZA (viewing zenith angle)등과 같은 기하학 정보 그리고, 미량기체의 연직 프로파일 등이 포함되어있다. 그렇기 때문에 정확한 미량기체들의 연직 프로파일 정보를 산출하는 것은 DOAS 방법을 이용한 미량기체 산출 정확도를 높이는 대에 있어 매우 중요하다. 따라서 미량기체에 대한 관측의 정확성을 높이기 위해서는 미량기체들의 연직 프로파일을 정확하게 산출할 수 있도록 하는 기술의 필요성이 있다.Using the above-described spectrum fitting method, the SCD error is relatively small, less than about 10%, when calculating the concentrations of trace gases (NO2, ozone, SO2, HCHO, etc.) The air mass factor (AMF) error exceeds 100%. The cause of the AMF error is largely due to the inaccuracy of the input data used in the AMF calculation. These model inputs are mostly obtained from the chemical transport model and include aerosol information such as aerosol optical depth (AOD) and single scattering albedo (SSA), geometric information such as solar zenith angle (SZA), viewing zenith angle (VZA) And vertical profiles of trace gases. Therefore, calculating accurate vertical profile information of trace gases is very important in increasing accuracy of trace gas calculation using DOAS method. Therefore, there is a need for a technique that can accurately calculate the vertical profiles of trace gases in order to increase the accuracy of the observation of trace gases.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기 설정되어 저장된 다양한 환경 조건에 따른 대기 중 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일과 환경정보를 이용하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일로부터 모의 경사 층적분농도(SCD)를 도출한 후 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일에 대응하는 SCD 룩업테이블(SCD-LUT: SCD- Look Up Table)을 생성하고, 위성에서 다파장 초분광 관측기법을 적용하여 관측 SCD를 도출한 후, SCD 룩업테이블에서 관측 SCD와 일정 오차 범위 내에서 일치하는 모의 SCD 값을 가지는 모의 미량기체 연직 프로파일을 미량기체 연직 프로파일로 산출하도록 하는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for estimating a temperature of a micro- After deriving the simulated slope integral concentration (SCD), an SCD look-up table (SCD-LUT: SCD-LUT) corresponding to each simulated trace gas vertical profile is generated and a multi- To obtain a simulated trace vertical profile with a simulated SCD value consistent with the observed SCD in the SCD look-up table from the SCD look-up table using a multi-wavelength, And to provide a profile calculation system and a method thereof.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템(1)은,In order to achieve the above object, the present invention provides a multi-wavelength atmospheric trace vertical profile calculating system (1)

기 저장된 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일들과 환경정보를 대기복사모델(이하, 'RTM' 이라 함, RTM: Radiative Transfer model)에 적용하여 모의 복사휘도자료를 생성하고, 생성된 모의 복사휘도자료로부터 모의 경사 층적분농도(이하, 'SCD'라 함, SCD: Slant Column Density)를 도출하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 매칭한 모의 경사 층적분농도 룩업 테이블(이하, 'SCD-LUT'라 함, LUT: Look Up Table)을 생성하는 모의 SCD-LUT생성부(100);The simulated trace vertical profiles and the environmental information of the preliminarily stored trace gas are applied to an RTM (Radiation Transfer Model) to generate simulated radiation luminance data, and the generated simulated radiation luminance (Hereinafter, referred to as 'SCD', hereinafter referred to as 'SCD') derived from the data of the simulated slope layer integral density lookup table (hereinafter, referred to as 'SCD') obtained by matching the simulated SCDs of the respective simulated trace gas vertical profiles A SCD-LUT generation unit 100 for generating a look-up table (LUT) called an 'SCD-LUT';

서로 다른 파장의 피팅윈도우(fitting window)를 적용한 DOAS에 의해 서로 다른 파장들에서의 관측 대상 미량기체에 대한 SCD들을 측정한 후 합산하여 측정 대상 미량기체에 대한 관측 SCD를 도출하는 다파장 SCD 측정부(200); 및A multi-wavelength SCD measuring unit for deriving an observation SCD for a trace gas to be measured by measuring and adding the SCDs to the observed trace gas at different wavelengths by the DOAS using a fitting window of different wavelengths (200); And

상기 관측 SCD와 일정 오차 범위 내에서 일치하는 모의 SCD 값을 상기 SCD-LUT에서 추출한 후 대응하는 모의 미량기체 연직 프로파일을 측정대상 미량기체에 대한 미량기체 연직 프로파일로 도출하는 미량기체 연직 프로파일 도출부(300);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A tracer vertical profile deriving unit for deriving a simulated SCD value consistent with the observation SCD from the SCD-LUT and deriving a corresponding simulated trajectory vertical profile as a trajectory vertical profile for the subject trajectory 300). ≪ / RTI >

상기 모의 SCD-LUT 생성부(100)는,The simulated SCD-LUT generator (100)

모의 미량기체 연직 프로파일들을 저장하는 모의 미량기체 연직 프로파일 DB부(110);A simulated trace gas vertical profile DB portion 110 for storing simulated trace gas vertical profiles;

에어로졸, 지오메트리, 지형정보를 포함하는 환경정보를 저장하는 환경정보 DB부(120);An environment information DB unit 120 for storing environmental information including aerosols, geometry, and topographical information;

상기 모의 미량기체 연직 프로파일과 상기 환경정보를 RTM에 적용하여 모의복사휘도자료를 생성하는 모의복사휘도자료생성부(130);A simulated radiant luminance data generator 130 for generating the simulated radiant luminance data by applying the simulated gas vertical profile and the environment information to the RTM;

모의복사휘도자료들에 대하여 모델방정식에 의해 흡수된 태양복사의 차이가 최소가 되는 SCD들을 추출하여 상기 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 도출하는 모의 SCD 도출부(140); 및A simulated SCD derivation unit (140) for extracting SCDs having a minimum difference in solar radiation absorbed by the model equation for simulated radiance data to derive a simulated SCD for the simulated trace gas vertical profiles; And

상기 모의 미량기체 연직 프로파일들과 상기 모의 SCD들을 매칭시킨 SCD-LUT를 생성하는 모의 SCD-LUT부(150);를 포함하여 구성될 수 있다.And a simulated SCD-LUT unit 150 for generating an SCD-LUT that matches the simulated trace gas vertical profiles with the simulated SCDs.

상기 모의 미량기체 연직 프로파일은,The simulated trace gas vertical profile,

서로 다른 VCD(Vertical Column Density: 연직 층적분농도) 조건에서 나올 수 있는 연직 프로파일들의 모양을 반영하여 구성될 수 있다.Can be configured to reflect the shape of the vertical profiles that can come from different VCD (Vertical Column Density) conditions.

모의 SCD 도출부(140)는,The simulated SCD deriving unit (140)

Figure 112017020739351-pat00001
Figure 112017020739351-pat00001

가 최소가 되는 SCD값을 모의 SCD로 도출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.And the SCD value that minimizes the SCD value is derived as a simulated SCD.

여기서,

Figure 112017020739351-pat00002
는 파장 λ의 태양으로부터 관측된 태양 복사 조도,
Figure 112017020739351-pat00003
는 지구에서 반사되는(매질을 통과한) 파장 λ의 대기상한에서의 태양 복사 조도 (irradiance),
Figure 112017020739351-pat00004
는 λ의 보정 값, offset(λ)는 광학기기에서 발생하는 미광(stray light)와 암전류(dark current)에 의해 발생하는 시그널을 나타내는 항, Sj(λ)는 파장 λ에서 물질 j의 흡수 단면적, Cj는 물질 j의 경사 층적분농도 (SCD),
Figure 112017020739351-pat00005
는 미량 기체들에 발생하는 파장에 따른 빠른 흡수 (narrow band)에 의한 빛의 소멸,
Figure 112017020739351-pat00006
는 에어로졸 및 대기물질 (N2, O2)에 의한 느린 흡수 (broad band)에 의한 빛의 소멸.here,
Figure 112017020739351-pat00002
≪ / RTI > is the solar irradiance observed from the < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017020739351-pat00003
Is the irradiance of the solar radiation at the upper atmosphere limit of the wavelength λ reflected through the medium (through the medium)
Figure 112017020739351-pat00004
(Λ) is a correction value of λ, offset (λ) is a term indicating a signal generated by stray light and dark current generated in an optical device, Sj (λ) is an absorption cross- Cj is the slope layer integral concentration (SCD) of material j,
Figure 112017020739351-pat00005
Is the extinction of light due to the narrow band due to the wavelengths generated in the trace gases,
Figure 112017020739351-pat00006
Is the disappearance of light by a broad band due to aerosols and atmospheric substances (N2, O2).

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법은,According to another aspect of the present invention, there is provided a method for calculating an atmospheric trace gas vertical profile using multiple wavelengths,

모의 SCD-LUT생성부(100), 다파장 SCD 측정부(200) 및 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)를 포함하는 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템에 의한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법에 있어서,The method for calculating the atmospheric trace gas vertical profile by the atmospheric trace gas vertical profile calculating system including the simulated SCD-LUT generating unit 100, the multi-wavelength SCD measuring unit 200 and the trace gas profile extracting unit 300 As a result,

상기 모의 SCD-LUT생성부(100)가 기 저장된 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일들과 환경정보를 대기복사모델(이하, 'RTM' 이라 함, RTM: Radiative Transfer model)에 적용하여 모의 복사휘도자료를 생성하고, 생성된 모의 복사휘도자료로부터 모의 경사 층적분농도(이하, 'SCD'라 함, SCD: Slant Column Density)를 도출하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 매칭한 모의 경사 층적분농도 룩업 테이블(이하, 'SCD-LUT'라 함, LUT: Look Up Table)을 생성하는 모의 SCD-LUT생성과정(S100);The simulated SCD-LUT generation unit 100 applies simulated trace vertical profiles and environment information of a pre-stored trace gas to an RTM (Radiative Transfer Model) And generates a luminance data and derives a simulated slant layer density (SCD) from the generated simulated radiant luminance data to match a simulated SCD for each simulated trace gas vertical profiles A simulated SCD-LUT generation process S100 for generating a simulated gradient layer integral concentration lookup table (hereinafter referred to as 'SCD-LUT', LUT: Look Up Table);

상기 다파장 SCD 측정부(200)가 서로 다른 파장의 피팅윈도우(fitting window)를 적용한 DOAS에 의해 서로 다른 파장들에서의 관측 대상 미량기체에 대한 SCD들을 측정한 후 합산하여 측정 대상 미량기체에 대한 관측 SCD를 도출하는 다파장 SCD 측정과정(S200); 및The multi-wavelength SCD measuring unit 200 measures the SCDs of the trace target gas at different wavelengths by the DOAS applying the fitting window of different wavelengths, and then sums the SCDs for the trace target gas, A multi-wavelength SCD measurement process (S200) for deriving an observation SCD; And

상기 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)가 상기 관측 SCD와 일정 오차 범위 내에서 일치하는 모의 SCD 값을 상기 SCD-LUT에서 추출한 후 대응하는 모의 미량기체 연직 프로파일을 측정대상 미량기체에 대한 미량기체 연직 프로파일로 도출하는 미량기체 연직 프로파일 도출과정(S300);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.After the trace vertical profile deriving unit 300 extracts a simulated SCD value coinciding with the observed SCD within a certain error range from the SCD-LUT, the corresponding simulated trace gas vertical profile is compared with the tracer gas vertical profile And deriving a trace vertical profile based on the profile (S300).

상기 모의 SCD-LUT 생성과정(S100)은,The simulated SCD-LUT generation process (SlOO)

모의 미량기체 연직 프로파일과 상기 환경정보를 RTM에 적용하여 모의복사휘도자료를 생성하는 모의복사휘도자료생성과정(S110);A simulated radiant luminance data generation step (S110) of generating simulated radiant luminance data by applying the simulated gas vertical profile and the environment information to the RTM;

모의복사휘도자료들에 대하여 모델방정식에 의해 흡수된 태양복사의 차이가 최소가 되는 SCD들을 추출하여 상기 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 도출하는 모의 SCD 도출과정(S120); 및A simulated SCD derivation step (S120) of extracting SCDs having a minimum difference in solar radiation absorbed by the model equation for simulated radiance data to derive a simulated SCD for the simulated trace gas vertical profiles; And

상기 모의 미량기체 연직 프로파일들과 상기 모의 SCD들을 매칭시킨 SCD-LUT를 생성하는 모의 SCD-LUT생성과정(S130);을 포함하여 이루어질 수 있다.And a simulated SCD-LUT generation process (S130) for generating an SCD-LUT that matches the simulated trace gas vertical profiles with the simulated SCDs.

상기 모의 SCD 도출과정(S120)은,The simulated SCD derivation process (S120)

Figure 112017020739351-pat00007
Figure 112017020739351-pat00007

가 최소가 되는 SCD값을 모의 SCD로 도출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.And the SCD value that minimizes the SCD value is derived as a simulated SCD.

여기서,

Figure 112017020739351-pat00008
는 파장 λ의 태양으로부터 관측된 태양 복사 조도,
Figure 112017020739351-pat00009
는 지구에서 반사되는(매질을 통과한) 파장 λ의 대기상한에서의 태양 복사 조도 (irradiance),
Figure 112017020739351-pat00010
는 λ의 보정 값, offset(λ)는 광학기기에서 발생하는 미광(stray light)와 암전류(dark current)에 의해 발생하는 시그널을 나타내는 항, Sj(λ)는 파장 λ에서 물질 j의 흡수 단면적, Cj는 물질 j의 경사 층적분농도(SCD),
Figure 112017020739351-pat00011
는 미량 기체들에 발생하는 파장에 따른 빠른 흡수 (narrow band)에 의한 빛의 소멸,
Figure 112017020739351-pat00012
는 에어로졸 및 대기물질 (N2, O2)에 의한 느린 흡수 (broad band)에 의한 빛의 소멸.here,
Figure 112017020739351-pat00008
≪ / RTI > is the solar irradiance observed from the < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017020739351-pat00009
Is the irradiance of the solar radiation at the upper atmosphere limit of the wavelength λ reflected through the medium (through the medium)
Figure 112017020739351-pat00010
(Λ) is a correction value of λ, offset (λ) is a term indicating a signal generated by stray light and dark current generated in an optical device, Sj (λ) is an absorption cross- Cj is the slope layer integral concentration (SCD) of material j,
Figure 112017020739351-pat00011
Is the extinction of light due to the narrow band due to the wavelengths generated in the trace gases,
Figure 112017020739351-pat00012
Is the disappearance of light by a broad band due to aerosols and atmospheric substances (N2, O2).

상술한 구성의 본 발명은, 위성에서 다중 파장에서의 초분광 관측기반의 파장 민감도 특성을 이용하여 NO2 등의 대기 중 미량기체에 대한 정확한 미량기체 연직 프로파일을 산출할 수 있도록 하여, 기존 화학 수송 모델의 NO2 등의 미량기체 연직 프로파일과의 재분석 (re-analysis) 과정을 통해 더욱 신뢰도 있는 미량기체 연직 프로파일을 산출 할 수 있도록 하고, 이에 의해, 위성을 통해 더욱 정밀도 높은 NO2 등의 미량기체 연직 층적분농도의 산출을 가능하게 하는 효과를 제공한다.The present invention having the above-described structure enables accurate trace gas vertical profiles for atmospheric trace gases such as NO2 to be calculated using wavelength sensitivity characteristics based on ultraspectral observation at multiple wavelengths in satellites, The NO2 and other trace gas vertical profiles can be re-analyzed to produce a more reliable trace gas vertical profile. By this means, it is possible to obtain more accurate micro gas vertical layer profiles such as NO2 through satellites Thereby providing an effect of enabling the calculation of the concentration.

또한, 본 발명은 정확한 미량기체 연직 프로파일을 산출함으로서, 대기환경 오염물질 예보에 관심 있는 지표면 미량기체의 혼합비를 위성으로부터 산출 가능하도록 하여, 지상 장비가 존재하지 않는 넓은 지역에서 정지궤도 위성을 이용하여 높은 시공간적 대기환경 예보를 가능하게 하는 효과를 제공한다.In addition, the present invention can calculate the accurate trajectory vertical profile, so that the mixing ratio of the surface trace gas of interest in the atmospheric pollutant prediction can be calculated from the satellites, so that the geostationary satellite can be used And provides an effect of enabling high temporal and spatial atmospheric environment prediction.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템(1)의 블록 구성도.
도 2는 미량 기체들에 발생하는 파장에 따른 빠른 흡수(narrow band)와 에어로졸 및 대기물질에 의한 느린 흡수(broad band)를 도식적으로 나타낸 도면.
도 3은 자외선(UV)과 가시광선 파장에 따른 빛의 투과도 및 각각의 파장에서 산출되는 미량기체 중 NO2의 농도 관측 값을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 5는 상기 도 4의 처리과정 중 모의 SCD-LUT 생성과정(S100)의 상세 처리과정을 나타내는 순서도.
1 is a block diagram of an airborne trace gas vertical profile calculating system 1 using multiple wavelengths according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagrammatic representation of a narrow band due to wavelengths occurring in trace gases and a broad band due to aerosols and atmospheric substances;
Fig. 3 is a view showing the transmittance of light according to the wavelengths of ultraviolet (UV) and visible light and the observed values of NO2 concentration in trace gases calculated at respective wavelengths. Fig.
4 is a flow chart illustrating a process of calculating a vertical profile of atmospheric trace gases using multiple wavelengths according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a detailed process of a simulated SCD-LUT generation process (S100) in the process of FIG.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.The embodiments according to the concept of the present invention can be variously modified and can take various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the specification or the application. It is to be understood, however, that the intention is not to limit the embodiments according to the concepts of the invention to the specific forms of disclosure, and that the invention includes all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Also, the word "exemplary" is used herein to mean "serving as an example, instance, or illustration." Any aspect described herein as "exemplary " is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other aspects.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ", or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템(1)(이하, 프로파일 산출 시스템(1)'이라 함)의 블록 구성도이다.1 is a block diagram of an airborne trace gas vertical profile calculating system 1 (hereinafter referred to as a profile calculating system 1) using multiple wavelengths according to an embodiment of the present invention.

도 1과 같이, 상기 프로파일 산출 시스템(1)은 모의 SCD-LUT생성부(100), 다파장 SCD 측정부(200) 및 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)를 포함하여 구성된다.1, the profile calculation system 1 includes a simulated SCD-LUT generation unit 100, a multi-wavelength SCD measurement unit 200, and a trace vertical profile deriving unit 300.

상기 모의 SCD-LUT 생성부(100)는 기 저장된 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일들과 환경정보를 대기복사모델(이하, 'RTM' 이라 함, RTM: Radiative Transfer model)에 적용하여 모의 복사휘도자료를 생성하고, 생성된 모의 복사휘도자료로부터 모의 경사 층적분농도(이하, 'SCD'라 함, SCD: Slant Column Density)를 도출하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 매칭한 모의 경사 층적분농도 룩업 테이블(이하, 'SCD-LUT'라 함, LUT: Look Up Table)을 생성한다.The simulated SCD-LUT generation unit 100 applies simulated trace vertical profiles and environment information of a pre-stored trace gas to an RTM (Radiative Transfer Model) And generates a luminance data and derives a simulated slant layer density (SCD) from the generated simulated radiant luminance data to match a simulated SCD for each simulated trace gas vertical profiles (Hereinafter, referred to as 'SCD-LUT', Look Up Table).

이를 위해, 상기 모의 SCD-LUT 생성부(100)는 모의 미량기체 연직 프로파일 DB부(110), 환경정보 DB부(120), 모의복사휘도자료생성부(130), 모의 SCD 도출부(140) 및 모의 SCD-LUT부(150)를 포함하여 구성된다.The simulated SCD-LUT generator 100 includes a simulated trace vertical profile DB 110, an environment information DB 120, a simulated radiance data generator 130, a simulated SCD deriving unit 140, And a simulated SCD-LUT unit 150.

상기 모의 미량기체 연직 프로파일 DB부(110)는 화학수송모델(CTM: Chemical Transport Model)을 적용하여 미리 계산된 모의 미량기체 연직 프로파일들을 저장한다. 상기 모의 미량기체 연직 프로파일은 다양한 VCD(Vertical Column Density: 연직 층적분농도) 조건에서 나올 수 있는 모든 연직 프로파일의 모양을 반영하여 구성한다. 이때 화학수송모델(CTM)의 미량기체 연직 프로파일을 참고한다. 여기서 미량기체들은 NO2, 오존, SO2, HCHO 등을 포함한다.The simulated trace gas vertical profile DB portion 110 stores pre-calculated simulated trace gas vertical profiles by applying a chemical transport model (CTM). The simulated trace gas vertical profile reflects the shape of all vertical profiles that can come from various VCD (Vertical Column Density) conditions. At this time, refer to the trace gas profile of the chemical transport model (CTM). The trace gases include NO2, ozone, SO2, HCHO, and the like.

상기 환경정보DB부(120)는 모의 미량기체 연직 프로파일과 함께 RTM에 적용되어 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 복사휘도 자료를 생성하기 위해 입력되는 에어로졸 정보, SZA(solar optical depth), VZA(viewing zenith angle), 등의 지오메트리 정보, 지형정보를 포함하는 환경정보를 저장한다.SZA (solar optical depth), VZA (SZA), and the like, which are input to the RTM together with the simulated trace vertical profile to generate simulated radiation luminance data for the simulated trace gas vertical profiles, viewing zenith angle, etc., and environmental information including topographic information.

상기 모의복사휘도자료생성부(130)는 상기 모의 미량기체 연직 프로파일과 상기 환경정보를 RTM에 적용하여 모의복사휘도자료를 생성하도록 구성된다.The simulated radiant luminance data generator 130 is configured to generate the simulated radiant luminance data by applying the simulated trace gas vertical profile and the environment information to the RTM.

상기 모의 SCD 도출부(140)는 모의복사휘도자료들에 대하여 모델방정식에 의해 흡수된 태양복사의 차이(χ)가 최소가 되는 SCD들을 추출하여 상기 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD들을 도출한다.The simulated SCD derivation unit 140 extracts SCDs having a minimum difference (?) Of the solar radiation absorbed by the model equation for simulated radiant luminance data to derive simulated SCDs for the simulated trace gas vertical profiles do.

상기 χ는

Figure 112017020739351-pat00013
에 의해 도출된다. 여기서, χ는 최소자승법에 의해 얻어질 수 있다.≪ RTI ID = 0.0 &
Figure 112017020739351-pat00013
Lt; / RTI > Here,? Can be obtained by the least squares method.

여기서,

Figure 112017020739351-pat00014
는 복사 조도,
Figure 112017020739351-pat00015
는 파장 λ의 태양으로부터 관측된 태양 복사 조도,
Figure 112017020739351-pat00016
는 지구에서 반사되는(매질을 통과한) 파장 λ의 대기상한에서의 태양 복사 조도 (irradiance),
Figure 112017020739351-pat00017
는 λ의 보정 값(실제로 분광기(spectrometer)로 빛을 측정할 시 파장이 틀어지는 현상(shift)을 보정하는 항), offset(λ)는 광학기기에서 발생하는 미광(stray light)와 암전류(dark current)에 의해 발생하는 시그널을 나타내는 항, Sj(λ)는 파장 λ에서 물질 j의 흡수 단면적, Cj는 물질 j의 경사 층적분농도 (SCD),
Figure 112017020739351-pat00018
는 미량 기체들에 발생하는 파장에 따른 빠른 흡수 (narrow band)에 의한 빛의 소멸,
Figure 112017020739351-pat00019
는 에어로졸 및 대기물질 (N2, O2 등)에 의한 느린 흡수 (broad band)에 의한 빛의 소멸을 나타내는 다항식이다.here,
Figure 112017020739351-pat00014
Is a radiance,
Figure 112017020739351-pat00015
≪ / RTI > is the solar irradiance observed from the < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017020739351-pat00016
Is the irradiance of the solar radiation at the upper atmosphere limit of the wavelength λ reflected through the medium (through the medium)
Figure 112017020739351-pat00017
(Λ) is the correction value of λ (the term correcting the shift in wavelength when measuring light with a spectrometer), offset (λ) is the stray light and dark current ), Sj (λ) is the absorption cross-sectional area of substance j at wavelength λ, Cj is the slope layer integral density (SCD) of substance j,
Figure 112017020739351-pat00018
Is the extinction of light due to the narrow band due to the wavelengths generated in the trace gases,
Figure 112017020739351-pat00019
Is a polynomial representing the extinction of light by a broad band caused by aerosols and atmospheric substances (N2, O2, etc.).

상기

Figure 112017020739351-pat00020
는 에어로졸 및 대기물질 (N2, O2 등)에 의한 느린 흡수 (broad band)에 의한 빛의 소멸(흡수)을 나타내는 것으로, 도 2와 같이, 파장 변화에 따라서 느리게 변하기 때문에 저차원 다항식(예, 2차원으로 표현되는 경우 ax2+bx+c)으로 표현된다.remind
Figure 112017020739351-pat00020
(Absorption) of light by a broad band caused by an aerosol and an atmospheric substance (N2, O2, etc.). As shown in Fig. 2, Ax 2 + bx + c).

도 2는 미량 기체들에 발생하는 파장에 따른 빠른 흡수(narrow band)와 에어로졸 및 대기물질에 의한 느린 흡수(broad band)를 도식적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing a narrow band due to a wavelength generated in a trace gas and a broad band due to an aerosol and an atmospheric substance.

다시 도 1을 참조하면, 상기 모의 SCD-LUT부(150) 모의 미량기체 연직 프로파일들과 모의 SCD도출부(140)에서 도출된 모의 SCD들을 매칭시킨 SCD-LUT을 저장하도록 구성된다.Referring again to FIG. 1, the SCD-LUT unit 150 is configured to store the SCD-LUT that matches the simulated gas vertical profiles of the simulated SCD-LUT unit 150 with the simulated SCD derived from the simulated SCD deriving unit 140.

상기 다파장 SCD측정부(200)는 미량기체 연직 프로파일을 도출하기 위하여 인공위성에서 관측대상 미량기체에 대하여 다 파장들에 대한 다수의 피팅윈도우들을 적용하여 관측 SCD를 측정하도록 구성된다.The multi-wavelength SCD measuring unit 200 is configured to measure the observation SCD by applying a plurality of fitting windows for the multi-wavelengths to the observed trace gas in the satellite in order to derive the trace gas vertical profile.

도 3은 자외선(UV)과 가시광선 파장에 따른 빛의 투과도 및 각각의 파장에서 산출되는 미량기체 중 NO2의 농도 관측 값을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a graph showing the transmittance of light according to the ultraviolet (UV) and visible light wavelengths and the observed values of NO2 concentration in the trace gas calculated at each wavelength.

도 3과 같이, 가시 (visible) 영역 대 의 경우 태양 입자 (photon)가 지표면에까지 도달 가능함으로 대기 전체의 NO2 SCD 산출이 가능하다. 그러나 자외선 (ultraviolet) 영역 대 의 경우 성층권에 다량으로 존재하는 오존 등의 영향으로 태양 입자가 지표면까지 도달 하는 양이 매우 적으므로, 지표면 NO2의 산출 민감도가 떨어지게 된다. 더욱이 파장이 짧아지면 짧아질수록 지표면에 도달하는 양이 줄어들어, 파장이 짧을수록 고층부에 존재하는 NO2의 영향만을 받게 된다. 즉, 서로 다른 파장을 이용하여 대기중의 미량기체를 측정함으로써 성층권 혹은 대류권 상층까지 존재하는 NO2 등의 미량기체의 SCD의 산출이 가능하다.As shown in FIG. 3, in the case of the visible region, the photons of the sun can reach the surface of the earth, so that the NO 2 SCD of the entire atmosphere can be calculated. However, in the ultraviolet region, the amount of sunlight reaching the surface of the earth is very small due to the influence of ozone, which exists in the stratosphere in large quantities. Furthermore, as the wavelength becomes shorter, the amount of reaching the ground surface decreases as the wavelength becomes shorter, and as the wavelength becomes shorter, only the influence of NO2 present in the upper layer is received. That is, it is possible to calculate the SCD of trace gases such as NO2 present in the stratosphere or in the upper troposphere by measuring the trace gases in the atmosphere using different wavelengths.

즉, 도 1의 다파장SCD측정부(200)는 관측 대상 미량기체에 대한 농도 측정을 위해 서로 다른 파장들을 가지는 피팅윈도우들을 이용한 DOAS를 적용하는 것에 의해 각각의 파장들에 대응하는 SCD 값들을 산출한 후 이를 합산하여 관측 SCD 값을 산출하도록 구성된다.That is, the multi-wavelength SCD measuring unit 200 of FIG. 1 calculates the SCD values corresponding to the respective wavelengths by applying the DOAS using the fitting windows having different wavelengths to measure the concentration of the trace gas to be observed And then calculates the observed SCD value by summing them.

상기 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)는 관측 SCD 값과 오차 범위 내에서 일치하는 SCD 값을 모의 SCD-LUT부(150)에서 추출한 후 대응되는 모의 미량기체 연직 프로파일을 관측 SCD 값에 대응하는 미량기체 연직 프로파일로 추출하도록 구성된다.The trace vertical profile deriving unit 300 extracts the SCD value that coincides with the observed SCD value in the error range from the simulated SCD-LUT unit 150, and subtracts the corresponding simulated trace vertical profile from the observed SCD value in a minute amount corresponding to the observed SCD value And extracts it as a gas vertical profile.

즉, 상기 관측 SCD는 인공위성에서 경사방향으로 측정한 미량기체에 대한 SCD 값을 가지며, 상기 추출된 미량기체 연직 프로파일은 지표면에서 수직으로 분포되는 미량기체의 농도 분포를 가지게 된다.That is, the observation SCD has an SCD value for a trace gas measured in an oblique direction on a satellite, and the extracted trace gas vertical profile has a concentration distribution of a trace gas distributed vertically on the surface of the earth.

도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a process of calculating a vertical profile of atmospheric trace gas using multiple wavelengths according to an embodiment of the present invention.

도 4와 같이, 상기 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법은, 모의 SCD-LUT생성부(100), 다파장 SCD 측정부(200) 및 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)를 포함하는 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템에 의한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법에 있어서, 모의 SCD-LUT생성과정(S100), 다파장 SCD 측정과정(S200) 및 미량기체 연직 프로파일 도출과정(S300)을 포함하여 이루어진다.4, the atmospheric trace gas vertical profile calculation method using the multiple wavelengths includes a simulated SCD-LUT generation unit 100, a multi-wavelength SCD measurement unit 200, and a trace vertical profile deriving unit 300 (S100), a multi-wavelength SCD measurement process (S200), and a trace gas vertical profile deriving process (S300) are performed by the atmospheric trace gas vertical profile calculating system. .

상기 모의 SCD-LUT생성부(100)가 기 저장된 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일들과 환경정보를 대기복사모델(이하, 'RTM' 이라 함, RTM: Radiative Transfer model)에 적용하여 모의 복사휘도자료를 생성하고, 생성된 모의 복사휘도자료로부터 모의 경사 층적분농도(이하, 'SCD'라 함, SCD: Slant Column Density)를 도출하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 매칭한 모의 경사 층적분농도 룩업 테이블(이하, 'SCD-LUT'라 함, LUT: Look Up Table)을 생성하는 모의 SCD-LUT생성과정(S100)을 수행한다.The simulated SCD-LUT generation unit 100 applies simulated trace vertical profiles and environment information of a pre-stored trace gas to an RTM (Radiative Transfer Model) And generates a luminance data and derives a simulated slant layer density (SCD) from the generated simulated radiant luminance data to match a simulated SCD for each simulated trace gas vertical profiles And performs a simulated SCD-LUT generation process (S100) for generating a simulated gradient layer integral concentration lookup table (hereinafter, referred to as 'SCD-LUT').

도 5는 상기 도 4의 처리과정 중 모의 SCD-LUT 생성과정(S100)의 상세 처리과정을 나타내는 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a detailed process of a simulated SCD-LUT generation process (S100) in the process of FIG.

도 5를 참조하여 상기 모의 SCD-LUT생성과정(S100)을 상세히 설명하면, 먼저 모의복사휘도자료생성부(130)가 모의 미량기체 연직 프로파일과 상기 환경정보를 RTM에 적용하여 모의복사휘도자료를 생성하는 모의복사휘도자료생성과정(S110)을 수행한다.Referring to FIG. 5, the simulated SCD-LUT generation process (S100) will be described in detail. First, the simulation radiance data generation unit 130 applies the simulated trace vertical profile and the environment information to the RTM to generate simulation radiance data And performs a simulated radiant brightness data generation process (S110).

다음으로, 모의 SCD도출부(140)가 모의복사휘도자료들에 대하여 모델방정식에 의해 흡수된 태양복사의 차이가 최소가 되는 SCD들을 추출하여 상기 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 도출하는 모의 SCD 도출과정(S120)을 수행한다. 이 경우, 모의 미량기체 연직 프로파일들에 의해 도출된 복사휘도값과 모델방정식으로부터 산출된 흡수복사휘도 값이 최소가 되는 모의 SCD 값을 모의 SCD 값으로 도출함은 상술한 바와 같다.Next, the simulated SCD deriving unit 140 extracts the SCDs having the minimum difference of the solar radiation absorbed by the model equation with respect to the simulated radiance data, and derives a simulated SCD for the simulated trace gas vertical profiles A simulated SCD derivation process (S120) is performed. In this case, as described above, the simulated SCD value that minimizes the radiant luminance value derived from the simulated trace gas vertical profiles and the absorption radiance calculated from the model equation is as described above.

이 후, 모의 SCD-LUT부(150)가 모의 미량기체 연직 프로파일들과 상기 모의 SCD들을 매칭시킨 SCD-LUT를 생성하는 모의 SCD-LUT생성과정(S130)을 수행한다.Thereafter, the simulated SCD-LUT unit 150 performs a simulated SCD-LUT generation process (S130) for generating an SCD-LUT that matches the simulated gas vertical profiles with the simulated SCDs.

다시, 도 1을 참조하여 설명하면, 상술한 바와 같이, 모의 SCD-LUT가 생성된 후에는, 상기 다파장 SCD 측정부(200)가 서로 다른 파장의 피팅윈도우(fitting window)를 적용한 DOAS에 의해 서로 다른 파장들에서의 관측 대상 미량기체에 대한 SCD들을 측정한 후 합산하여 측정 대상 미량기체에 대한 관측 SCD를 도출하는 다파장 SCD 측정과정(S200)을 수행한다. 이 처리과정은 실제로 인공위성에서 지구 대기를 분광기법에 의해 관측하는 처리과정이 된다.1, after the simulated SCD-LUT is generated, the multi-wavelength SCD measuring unit 200 performs a DOA by applying fitting windows of different wavelengths to each other A multi-wavelength SCD measurement process (S200) is performed in which the SCDs for the observed trace gases at different wavelengths are measured and summed to derive the observed SCD for the target trace gas. This process is actually a process of observing the Earth's atmosphere in a satellite by spectroscopic techniques.

이 후, 상기 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)가 상기 관측 SCD와 일정 오차 범위 내에서 일치하는 모의 SCD 값을 상기 SCD-LUT에서 추출한 후 대응하는 모의 미량기체 연직 프로파일을 측정대상 미량기체에 대한 미량기체 연직 프로파일로 도출하는 미량기체 연직 프로파일 도출과정(S300)을 수행한다. 이 과정에서, 관측된 관측 SCD 값에 대응하는 미량기체 연직 프로파일이 도출된다.Thereafter, the micro-scale vertical profile deriving unit 300 extracts a simulated SCD value that coincides with the observed SCD within a certain error range from the SCD-LUT, and then extracts a corresponding simulated micro-gas vertical profile from the measured micro- The microgass vertical profile deriving step (S300) is performed to derive the microgass vertical profile. In this process, the trace gas vertical profile corresponding to the observed SCD value is derived.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

1: 프로파일 산출 시스템1: Profile calculation system

Claims (8)

기 저장된 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일들과 환경정보를 대기복사모델(이하, 'RTM' 이라 함, RTM: Radiative Transfer model)에 적용하여 모의 복사휘도자료를 생성하고, 생성된 모의 복사휘도자료로부터 모의 경사 층적분농도(이하, 'SCD'라 함, SCD: Slant Column Density)를 도출하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 매칭한 모의 경사 층적분농도 룩업 테이블(이하, 'SCD-LUT'라 함, LUT: Look Up Table)을 생성하는 모의 SCD-LUT생성부(100);
서로 다른 파장의 피팅윈도우(fitting window)를 적용한 DOAS에 의해 서로 다른 파장들에서의 관측 대상 미량기체에 대한 SCD들을 측정한 후 합산하여 측정 대상 미량기체에 대한 관측 SCD를 도출하는 다파장 SCD 측정부(200); 및
상기 관측 SCD와 일정 오차 범위 내에서 일치하는 모의 SCD 값을 상기 SCD-LUT에서 추출한 후 대응하는 모의 미량기체 연직 프로파일을 측정대상 미량기체에 대한 미량기체 연직 프로파일로 도출하는 미량기체 연직 프로파일 도출부(300);를 포함하여 구성되는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템.
The simulated trace vertical profiles and the environmental information of the preliminarily stored trace gas are applied to an RTM (Radiation Transfer Model) to generate simulated radiation luminance data, and the generated simulated radiation luminance (Hereinafter, referred to as 'SCD', hereinafter referred to as 'SCD') derived from the data of the simulated slope layer integral density lookup table (hereinafter, referred to as 'SCD') obtained by matching the simulated SCDs of the respective simulated trace gas vertical profiles A SCD-LUT generation unit 100 for generating a look-up table (LUT) called an 'SCD-LUT';
A multi-wavelength SCD measuring unit for deriving an observation SCD for a trace gas to be measured by measuring and adding the SCDs to the observed trace gas at different wavelengths by the DOAS using a fitting window of different wavelengths (200); And
A tracer vertical profile deriving unit for deriving a simulated SCD value consistent with the observation SCD from the SCD-LUT and deriving a corresponding simulated trajectory vertical profile as a trajectory vertical profile for the subject trajectory 300) comprising a plurality of wavelengths.
청구항 1에 있어서, 상기 모의 미량기체 연직 프로파일은,
서로 다른 VCD(Vertical Column Density: 연직 층적분농도) 조건에서 나올 수 있는 연직 프로파일들의 모양을 반영하여 구성되는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템.
The method of claim 1, wherein the simulated trace gas vertical profile
A system for calculating an atmospheric trace gas vertical profile using multiple wavelengths that is configured to reflect shapes of vertical profiles that can come from different VCD (Vertical Column Density) conditions.
청구항 1에 있어서, 상기 모의 SCD-LUT 생성부(100)는,
모의 미량기체 연직 프로파일들을 저장하는 모의 미량기체 연직 프로파일 DB부(110);
에어로졸, 지오메트리, 지형정보를 포함하는 환경정보를 저장하는 환경정보 DB부(120);
상기 모의 미량기체 연직 프로파일과 상기 환경정보를 RTM에 적용하여 모의복사휘도자료를 생성하는 모의복사휘도자료생성부(130);
모의복사휘도자료들에 대하여 모델방정식에 의해 흡수된 태양복사의 차이가 최소가 되는 SCD들을 추출하여 상기 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 도출하는 모의 SCD 도출부(140); 및
상기 모의 미량기체 연직 프로파일들과 상기 모의 SCD들을 매칭시킨 SCD-LUT를 생성하는 모의 SCD-LUT부(150);를 포함하여 구성되는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템.
2. The apparatus of claim 1, wherein the simulated SCD-LUT generator (100)
A simulated trace gas vertical profile DB portion 110 for storing simulated trace gas vertical profiles;
An environment information DB unit 120 for storing environmental information including aerosols, geometry, and terrain information;
A simulated radiant luminance data generator 130 for generating the simulated radiant luminance data by applying the simulated gas vertical profile and the environment information to the RTM;
A simulated SCD derivation unit (140) for extracting SCDs having a minimum difference in solar radiation absorbed by the model equation for simulated radiance data to derive a simulated SCD for the simulated trace gas vertical profiles; And
And a simulated SCD-LUT unit (150) for generating an SCD-LUT that matches the simulated trace gas vertical profiles with the simulated SCDs.
청구항 3에 있어서, 모의 SCD 도출부(140)는,
Figure 112017020739351-pat00021

가 최소가 되는 SCD값을 모의 SCD로 도출하도록 구성되며,
여기서,
Figure 112017020739351-pat00022
는 파장 λ의 태양으로부터 관측된 태양 복사 조도,
Figure 112017020739351-pat00023
는 지구에서 반사되는(매질을 통과한) 파장 λ의 대기상한에서의 태양 복사 조도 (irradiance),
Figure 112017020739351-pat00024
는 λ의 보정 값, offset(λ)는 광학기기에서 발생하는 미광(stray light)와 암전류(dark current)에 의해 발생하는 시그널을 나타내는 항, Sj(λ)는 파장 λ에서 물질 j의 흡수 단면적, Cj는 물질 j의 경사 층적분농도 (SCD),
Figure 112017020739351-pat00025
는 미량 기체들에 발생하는 파장에 따른 빠른 흡수 (narrow band)에 의한 빛의 소멸,
Figure 112017020739351-pat00026
는 에어로졸 및 대기물질 (N2, O2)에 의한 느린 흡수 (broad band)에 의한 빛의 소멸인 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템.
4. The method of claim 3, wherein the simulated SCD derivation unit (140)
Figure 112017020739351-pat00021

Is derived to the simulated SCD,
here,
Figure 112017020739351-pat00022
≪ / RTI > is the solar irradiance observed from the < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017020739351-pat00023
Is the irradiance of the solar radiation at the upper atmosphere limit of the wavelength λ reflected through the medium (through the medium)
Figure 112017020739351-pat00024
(Λ) is a correction value of λ, offset (λ) is a term indicating a signal generated by stray light and dark current generated in an optical device, Sj (λ) is an absorption cross- Cj is the slope layer integral concentration (SCD) of material j,
Figure 112017020739351-pat00025
Is the extinction of light due to the narrow band due to the wavelengths generated in the trace gases,
Figure 112017020739351-pat00026
Is an airborne trace gas vertical profile computation system using multiple wavelengths, the disappearance of light by a broad band caused by aerosols and atmospheric substances (N2, O2).
모의 SCD-LUT생성부(100), 다파장 SCD 측정부(200) 및 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)를 포함하는 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 시스템에 의한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법에 있어서,
상기 모의 SCD-LUT생성부(100)가 기 저장된 미량기체에 대한 모의 미량기체 연직 프로파일들과 환경정보를 대기복사모델(이하, 'RTM' 이라 함, RTM: Radiative Transfer model)에 적용하여 모의 복사휘도자료를 생성하고, 생성된 모의 복사휘도자료로부터 모의 경사 층적분농도(이하, 'SCD'라 함, SCD: Slant Column Density)를 도출하여 각각의 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 매칭한 모의 경사 층적분농도 룩업 테이블(이하, 'SCD-LUT'라 함, LUT: Look Up Table)을 생성하는 모의 SCD-LUT생성과정(S100);
상기 다파장 SCD 측정부(200)가 서로 다른 파장의 피팅윈도우(fitting window)를 적용한 DOAS에 의해 서로 다른 파장들에서의 관측 대상 미량기체에 대한 SCD들을 측정한 후 합산하여 측정 대상 미량기체에 대한 관측 SCD를 도출하는 다파장 SCD 측정과정(S200); 및
상기 미량기체 연직 프로파일 도출부(300)가 상기 관측 SCD와 일정 오차 범위 내에서 일치하는 모의 SCD 값을 상기 SCD-LUT에서 추출한 후 대응하는 모의 미량기체 연직 프로파일을 측정대상 미량기체에 대한 미량기체 연직 프로파일로 도출하는 미량기체 연직 프로파일 도출과정(S300);을 포함하여 이루어지는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법.
The method for calculating the atmospheric trace gas vertical profile by the atmospheric trace gas vertical profile calculating system including the simulated SCD-LUT generating unit 100, the multi-wavelength SCD measuring unit 200 and the trace gas profile extracting unit 300 As a result,
The simulated SCD-LUT generation unit 100 applies simulated trace vertical profiles and environment information of a pre-stored trace gas to an RTM (Radiative Transfer Model) And generates a luminance data and derives a simulated slant layer density (SCD) from the generated simulated radiant luminance data to match a simulated SCD for each simulated trace gas vertical profiles A simulated SCD-LUT generation process S100 for generating a simulated gradient layer integral concentration lookup table (hereinafter referred to as 'SCD-LUT', LUT: Look Up Table);
The multi-wavelength SCD measuring unit 200 measures the SCDs of the trace target gas at different wavelengths by the DOAS applying the fitting window of different wavelengths, and then sums the SCDs for the trace target gas, A multi-wavelength SCD measurement process (S200) for deriving an observation SCD; And
After the trace vertical profile deriving unit 300 extracts a simulated SCD value coinciding with the observed SCD within a certain error range from the SCD-LUT, the corresponding simulated trace gas vertical profile is compared with the tracer gas vertical profile Calculating a vertical profile of the micro-gas using the multi-wavelength including the step of deriving the profile of the micro-gas vertical profile (S300).
청구항 5에 있어서, 상기 모의 미량기체 연직 프로파일은,
서로 다른 VCD(Vertical Column Density: 연직 층적분농도) 조건에서 나올 수 있는 연직 프로파일들의 모양을 반영하여 구성되는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법.
The method of claim 5, wherein the simulated trace gas vertical profile
A method for calculating an atmospheric trace gas vertical profile using multiple wavelengths that is configured to reflect shapes of vertical profiles that can come from different VCD (Vertical Column Density) conditions.
청구항 5에 있어서, 상기 모의 SCD-LUT 생성과정(S100)은,
모의 미량기체 연직 프로파일과 상기 환경정보를 RTM에 적용하여 모의복사휘도자료를 생성하는 모의복사휘도자료생성과정(S110);
모의복사휘도자료들에 대하여 모델방정식에 의해 흡수된 태양복사의 차이가 최소가 되는 SCD들을 추출하여 상기 모의 미량기체 연직 프로파일들에 대한 모의 SCD를 도출하는 모의 SCD 도출과정(S120); 및
상기 모의 미량기체 연직 프로파일들과 상기 모의 SCD들을 매칭시킨 SCD-LUT를 생성하는 모의 SCD-LUT생성과정(S130);을 포함하여 이루어지는 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법.
6. The method of claim 5, wherein the simulated SCD-LUT generation process (SlOO)
A simulated radiant luminance data generation step (S110) of generating simulated radiant luminance data by applying the simulated gas vertical profile and the environment information to the RTM;
A simulated SCD derivation step (S120) of extracting SCDs having a minimum difference in solar radiation absorbed by the model equation for simulated radiance data to derive a simulated SCD for the simulated trace gas vertical profiles; And
And generating a SCD-LUT that matches the simulated trace gas vertical profiles with the simulated SCDs (S130); and generating a simulated SCD-LUT using the multiple wavelengths.
청구항 7에 있어서, 모의 SCD 도출과정(S120)은,
Figure 112017020739351-pat00027

가 최소가 되는 SCD값을 모의 SCD로 도출하며, 여기서,
Figure 112017020739351-pat00028
는 파장 λ의 태양으로부터 관측된 태양 복사 조도,
Figure 112017020739351-pat00029
는 지구에서 반사되는(매질을 통과한) 파장 λ의 대기상한에서의 태양 복사 조도 (irradiance),
Figure 112017020739351-pat00030
는 λ의 보정 값, offset(λ)는 광학기기에서 발생하는 미광(stray light)와 암전류(dark current)에 의해 발생하는 시그널을 나타내는 항, Sj(λ)는 파장 λ에서 물질 j의 흡수 단면적, Cj는 물질 j의 경사 층적분농도 (SCD),
Figure 112017020739351-pat00031
는 미량 기체들에 발생하는 파장에 따른 빠른 흡수 (narrow band)에 의한 빛의 소멸,
Figure 112017020739351-pat00032
는 에어로졸 및 대기물질 (N2, O2)에 의한 느린 흡수 (broad band)에 의한 빛의 소멸인 다중 파장을 이용한 대기 중 미량기체 연직 프로파일 산출 방법.
8. The method of claim 7, wherein the simulated SCD derivation step (S120)
Figure 112017020739351-pat00027

0.0 > SCD < / RTI > value that minimizes < RTI ID =
Figure 112017020739351-pat00028
≪ / RTI > is the solar irradiance observed from the < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017020739351-pat00029
Is the irradiance of the solar radiation at the upper atmosphere limit of the wavelength λ reflected through the medium (through the medium)
Figure 112017020739351-pat00030
(Λ) is a correction value of λ, offset (λ) is a term indicating a signal generated by stray light and dark current generated in an optical device, Sj (λ) is an absorption cross- Cj is the slope layer integral concentration (SCD) of material j,
Figure 112017020739351-pat00031
Is the extinction of light due to the narrow band due to the wavelengths generated in the trace gases,
Figure 112017020739351-pat00032
Is a method for calculating the atmospheric trace gas vertical profile using multiple wavelengths, which is extinction of light by a broad band by aerosols and atmospheric substances (N2, O2).
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