KR20100027626A - Method of classifying aerosol types by optical mesurement - Google Patents
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Abstract
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. The present invention relates to a method for classifying types of aerosols, and more particularly, to a classifying method capable of automatically classifying types of aerosols using data obtained from observation equipment.
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.Aerosol is a generic term for small particles composed of naturally occurring and artificially generated dust or chemicals in the atmosphere. It is mainly used for industrial activities including the combustion of fossil fuels or natural processes such as sandstorms or volcanic activities. It can be caused by anthropogenic factors such as In general, aerosols have a variety of causes of generation and different physical and chemical properties, and thus have various effects on the climate and the surrounding environment. These aerosols have a very complex distribution in space and time.
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.Aerosols can directly scatter or absorb solar radiation and indirectly affect cloud optical properties, cloud cover, and cloud life. These aerosols have a great influence on the optical effects of the atmosphere, such as deteriorating visibility due to haze phenomena as well as the radiant energy balance of the Earth's atmosphere. In order to quantitatively assess the impact of aerosols on the climate, the aerosol optical thickness is used as a measure.
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. In particular, Northeast Asia is known to emit large amounts of artificial and natural aerosols due to the recent rapid industrial activity and population growth. In addition, it is located on the wind side of major dust sources such as Inner Mongolia, Gobi Desert, Taklamakan Desert and Ocher Plateau, which are located in the Asian continent. Since the late 1990s, it is observed that large amounts of yellow dust occur frequently in spring.
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.Although the optical properties such as light absorption and scattering by aerosols in the atmosphere are very important for aerosol detection by satellites or the calculation of radiative forcing using atmospheric radiation models, studies on Northeast Asia and the Korean Peninsula have been conducted in atmospheric radiation observation data. In addition to the single scattering albedo estimation study using the weak situation. In addition, it is possible to classify aerosols by looking at observation data with eyes, but there is also a weak algorithm or technology for automatically classifying aerosols based on specific criteria.
본 발명은 광학 장비를 이용하여 대기 중의 복사정보를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 에어로솔을 자동으로 분류할 수 있는 알고리즘 또는 분류방법을 제공한다. The present invention provides an algorithm or a classification method that collects radiation information in the air using optical equipment and automatically classifies aerosols using the collected data.
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.The present invention classifies four types of aerosols, and provides an algorithm and a classification method capable of accurately classifying aerosol types according to calculated aerosol parameters (volume peak ratio, optical thickness) and radiation absorption characteristics.
본 발명은 에어로솔의 종류를 정확하고 빠르게 분류할 수 할 수 있는 알고리즘 및 분류방법을 제공한다. The present invention provides an algorithm and a classification method capable of classifying aerosol types accurately and quickly.
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. According to an exemplary embodiment of the present invention, a method of classifying an aerosol type at a specific point from data including radiation information of a wide range of observation areas may include calculating reflectivity for a predetermined reference wavelength from radiation information at a specific point. Calculating an aerosol parameter capable of specifying an aerosol at a specific point using the calculated reflectivity, determining an absorption characteristic of the aerosol at a specific point assuming both an absorbent aerosol model and a nonabsorbable aerosol model, and aerosol parameter And classifying the aerosol type at a specific point in consideration of the absorption characteristics of the aerosol.
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.Various information such as reflectivity may be used for the data on the aerosol, and various observation methods such as satellite observation, aerial observation, or ground observation may be used to obtain information such as reflectance. In general, aerosols can be classified into dust, carbonaceous or black carbon, sea salt, and sulfate salts.Aerosols are dust when the characteristics of the aerosol are absorbing coarse modes. Classified as sea salt in the case of nonabsorbing coarse mode, classified as carbon based in the case of absorbing fine mode, and sulfate type in the case of nonabsorbing fine mode. Can be.
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. According to the present invention, equipment such as satellite observation equipment obtains radiation information of the observation area through several channels that can be specified by a specific wavelength, and parameters through several channels optimally selected from the obtained radiation information of each channel. Computation Reference Wavelength and Radiation Absorption Specify the calculation reference wavelength. At the specified reference wavelength, the intended retrieval or output can be derived, which can be used to quickly and accurately classify the type of aerosol.
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. The classification method of the present invention can specify the particle size information of the aerosol from the aerosol parameters, specifically the aerosol parameter is defined to include the volume peak ratio (c2 / c1) of the aerosol and the optical thickness (τ) of the aerosol, these Values can be easily obtained through a preliminary reference table.
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. In the step of calculating the reflectivity, the reflectivity can be calculated for each of two or more preset parameter calculation reference wavelengths, and the volume peak ratio or the optical thickness can be calculated from the calculated reflectivity. As these volume peak ratios (c2 / c1) and optical thicknesses are determined, the radiation field for the radiative absorbance calculation reference wavelength can be specified.
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.Absorption characteristics of the aerosol can be determined using a wavelength separate from the parameter calculation reference wavelength. For example, compare the characteristics of the calculated radiation field with the actual measured radiation field, but infer the absorption characteristics of the aerosol through the comparison of the values that are assumed to be absorbent aerosols and those that are non-absorbent aerosols. can do.
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. According to another exemplary embodiment of the present invention, a method of classifying an aerosol type at a specific point from data including radiation information of a wide range of observation areas includes: loading radiation information at a specific point; Calculating first and second reflectances with respect to the first parameter calculating reference wavelength and the second parameter calculating reference wavelength, respectively, from the radiation information of the specific point; Calculating aerosol particle size information and optical thickness information of a specific point using the first and second reflectances; Assuming an absorptive aerosol model, comparing the calculated reflectance and the actual observed reflectance for a preset first radiation absorbance calculation reference wavelength; Assuming a non-absorbing aerosol model, comparing the calculated reflectance and the actual observed reflectance for the preset first radiation absorbance calculation reference wavelength; And classifying the aerosol type at the specific point by using reflectance errors and particle size information of the aerosol according to the absorptive / nonabsorbable aerosol quantity model.
본 발명의 에어로솔 분류방법은 광학 장비를 이용하여 대기 중의 에어로솔에 대한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 에어로솔을 자동으로 분류할 수 있다.The aerosol classification method of the present invention may collect data on the aerosol in the air using the optical equipment, and can automatically classify the aerosol using the collected data.
본 발명의 에어로솔 분류방법은 에어로솔의 종류를 대략 4가지로 분류하고, 산출되는 에어로솔 파라미터와 복사흡수특성에 따라 에어로솔의 종류를 정확히 구분할 수 있다.In the aerosol classification method of the present invention, the types of aerosols are classified into four types, and the types of aerosols can be accurately classified according to the calculated aerosol parameters and radiation absorption characteristics.
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. The aerosol classification method of the present invention can quickly calculate the particle size information for the aerosol using the optimized reference table, and can also provide a criterion for clearly classifying the absorption characteristics.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 관측 장비를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the aerosol observation equipment according to an embodiment of the present invention.
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.Referring to FIG. 1, various observation equipments may be used to perform the classification method of the present invention. For example, radiation information emitted from the aerosol in the air from the
본 실시예에서는 인공위성(10)을 이용하여 에어로솔을 분류하는 방법을 설명하지만, 본 발명은 아래 실시예에 한정되지 아니하며 다양한 관측 장비를 이용한 경우도 포함한다고 할 것이다. In the present embodiment, a method for classifying aerosols using the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법을 설명하기 위한 흐 름도이다. 2 is a flow chart for explaining the aerosol classification method according to an embodiment of the present invention.
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. Referring to FIG. 2, the observation equipment according to the present embodiment is a satellite, and the satellite includes observation equipment such as a Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and an Ozone Monitoring Instrument (OMI), which are radiation information of a near infrared ray and a visible ray region. May be obtained or radiation information of the ultraviolet region may be obtained.
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. Satellites can collect radiant information from a wide range of regions, while moving or stationary on certain orbits outside the atmosphere. Observation equipment such as MODIS and OMI can extract information about aerosols from these radiated information, which can be used to classify or characterize aerosol types at specific points.
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. The method of classifying aerosol types of a specific point may include collecting or storing copy information of a wide range of observation area (S110), loading copy information of a corresponding point to specify an aerosol of a specific point (S120), and first. Calculating a first reflectance and a second reflectance for each of the parameter calculation reference wavelength and the second parameter calculation reference wavelength (S130). Aerosol type classification is not possible in the cloud and marine glint areas, so remove cloud and glint areas at this stage.
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. According to the aerosol classification method, the radiation field can be specified from the first reflectance and the second reflectivity corresponding to the specific parameter calculation reference wavelength and the aerosol parameters calculated therefrom. However, the radiation field may exhibit different characteristics depending on whether it is made of an absorbing aerosol or a nonabsorbing aerosol. Accordingly, the aerosol classification method according to the present embodiment assumes that the aerosol at a specific point is both an absorbent aerosol model and a nonabsorbable aerosol model.
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. Specifically, an absorbent look up table (LUT) according to the absorbent aerosol model is selected and an aerosol parameter is obtained by using the first reflectance from the first channel and the second reflectance from the second channel of the MODIS in the selected absorbent LUT. That is, the volume peak ratio (c2 / c1) and the optical thickness (tau a ) of the aerosol can be specified. The radiation field may be specified from the volume peak ratio (c2 / c1) and the aerosol optical thickness, and reflectances of the eighth and ninth channels may be calculated from the radiation field of the specified absorbing aerosol characteristic (S140). Similarly, selecting a non-absorbing look up table (LUT) according to the non-absorbing aerosol model and using the first reflectance from the same first channel and the second reflectance from the second channel in the selected non-absorbing LUT, the volume peak ratio (volume peak ratio; c2 / c1) and the optical thickness τ a of the aerosol can be specified. From the volume peak ratio (c2 / c1) and the aerosol optical thickness, the radiation field of the non-absorbing characteristics can be specified, and the reflectances of the eighth and ninth channels can be calculated from the radiation fields of the specified non-absorbing aerosol characteristics. There is (S150). In the present embodiment, the volume peak ratio (c2 / c1) is used to know the particle size information of the aerosol, but various other variables may be used in some cases.
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).In all cases of the absorptive and nonabsorbable aerosol model, the radiance absorbance calculation reflectance of the reference wavelength may be calculated, and then the actual measured reflectance and the calculated reflectance may be compared (S160). If the difference between the calculated reflectivity and the measured reflectivity is smaller than the assumption that the absorbent aerosol is smaller, it may be determined that the aerosol at a specific point has absorption characteristics (S170). However, if the difference between the calculated reflectivity and the actual measured reflectivity is assumed to be less absorbent aerosol is smaller, then it can be determined that the aerosol at a specific point has a non-absorbing characteristic (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. The particle size of the aerosol can be estimated from the volume peak ratio (c2 / c1), and the radiation absorptance of the aerosol can be predicted from the absorption characteristics. This example can be roughly divided into four types from the above results, that is, dust, carbonaceous or black carbon, sea salt and sulfate.
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. Higurashi 2002 to understand the classification method according to the present embodiment and Nakajima (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), and repeated content may be omitted. Higurashi 2002 and Nakajima [2002] 's paper also applies to SeaWiFS data.
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. The classification method according to the present embodiment may pursue computational efficiency by using a look up table (LUT) arranged in advance. In addition, in order to calculate the reflectivity, it is assumed that the particle size distribution according to the bimodal lognormal distribution of the aerosol as follows.
여기서 V는 에어로솔의 밀도, rm은 미크론 단위(㎛)의 모드 반지름(mode radius), s는 r(입자 반지름)의 표준편차를 의미한다. Where V is the density of the aerosol, r m is the mode radius in microns (μm), and s is the standard deviation of r (particle radius).
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. In MODIS, the first channel (640 nm) and the second channel (860 nm) can be used to extract the size information and optical thickness of the aerosol, and the eighth channel (410 nm) and the ninth channel (440 nm), the aerosol absorbs radiation It can be used to determine whether it can or not. For reference, in this embodiment, the first parameter calculation reference wavelength and the second parameter calculation reference wavelength used for the first and second channels are specified as 640 nm and 860 nm, and the first radiation used for the eighth and ninth channels. The absorbance calculation reference wavelength and the second radiation absorbance calculation reference wavelength are specified as 410 nm and 440 nm. However, according to another embodiment of the present invention, the wavelengths of the channels may be all wavelengths from the ultraviolet to the near infrared region. However, in order to minimize interference between channels, minimize atmospheric effects, and increase calculation accuracy, wavelengths of each channel should be properly spaced and absorption wavelengths caused by atmospheric constituent gases should be avoided.
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. More specifically, the parameter calculation reference wavelength may be determined at two wavelengths in the range of about 600 to 1000 nm, and more preferably, the first reference wavelength may be determined in the first half region based on 750 nm in the wavelength range of 600 to 1000 nm. 2 It is recommended that the reference wavelength be selected in the second half region based on 750nm. In this embodiment, in order to ensure the optimal resolution from the reflectivity of the first and second parameter calculation reference wavelengths, it is determined as 640nm and 860nm corresponding to the first channel and the second channel of the MODIS.
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. In addition, the radiative absorbance calculation reference wavelength can be determined at two wavelengths in the range of approximately 400-600 nm. In this embodiment, the first and second radiation absorbance calculation reference wavelengths are also determined to be 410 nm and 440 nm corresponding to the eighth and ninth channels of the MODIS for optimal comparison.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법에서 볼륨 피크 비율 및 광학 두께를 산출하는 과정을 설명하기 위한 그래프들이다. 3 and 4 are graphs for explaining a process of calculating the volume peak ratio and the optical thickness in the aerosol classification method according to an embodiment of the present invention.
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. For reference, in this embodiment, the LUT is Nakajima of 1986. and Tanaka 's paper (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.) Can be calculated using the Rstar5b radiation transfer model (RTM). This is described in detail in the above paper, and can be referred to for understanding the present invention.
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. Referring to FIGS. 3 and 4, an absorbent aerosol and a nonabsorbable aerosol are assumed, and the LUT sets the solar zenith of the sun and the satellite zenith of the satellite at 2.5 ° intervals from 0 ° to 70 °. The relative azimuth angle is calculated in 5 ° intervals from 0 ° to 180 °. Approximately 11 aerosol volume peak ratios (c 2 / c 1) were calculated from 0.1 to 100. For reference, FIG. 3 shows values calculated on the assumption of an absorbent aerosol model, and FIG. 4 shows values calculated on the assumption of a nonabsorbent aerosol model.
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. In FIG. 3, it can be seen that as the volume peak ratio c2 / c1 increases from 0.1 to 100, the reflectivity of the MODIS first channel and the second channel decreases. That is, in the absorbent aerosol model, it can be seen that the fine mode aerosol scatters radiation more efficiently than the coarse mode aerosol.
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. 4, in the non-absorbent aerosol model, it can be seen that the volume peak ratio increases as the second reflectivity of the second channel increases. It can be seen that in the second channel (860 nm) more radiation is reflected to the satellite in the case of coarse particles than fine particles, but rather the reflectivity of the radiation in the first channel (640 nm) is relatively independent of the particle size. Able to know.
또한, 태양에 의한 글린트 영역(glint region)에 대한 글린트 각도는 다음 수학식을 통해 계산될 수 있다. In addition, the glint angle with respect to the glint region by the sun may be calculated through the following equation.
여기서, θ s , θ v 및 φ는 각각 태양의 천장각도, 위성의 천장각도 및 태양과 위성 간의 상대 방위각을 의미한다.Here, θ s , θ v and φ refer to the ceiling angle of the sun, the ceiling angle of the satellite and the relative azimuth angle between the sun and the satellite, respectively.
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. In addition, cloud masking is very important in extracting aerosol characteristics because clouds can affect radiation fields much more than clouds. For information on cloud masks, see Remer 2005. et al . (Remer, LA, et al. (2005), The MODIS aerosol algorithm, products and validation, J. Atmos. Sci., 62, 947-973.).
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.In order to classify mainly four aerosol types according to the present embodiment, calculation or determination of particle size and radiation absorption rate should be determined. When the difference between the reflectivity of the MODIS eighth and ninth channels (410 nm and 440 nm) is calculated assuming an absorbent aerosol, the case where the nonabsorbable aerosol is calculated and the observed case can be compared with each other. Through this process, the radiation absorption rate of the aerosol can be determined. That is, if the absolute difference between the difference in reflectance calculated assuming the absorbent aerosol and the difference in the actual observed reflectivity is smaller than the absolute difference between the difference in reflectance calculated assuming the nonabsorbable aerosol and the difference in the actual observed reflectivity, The aerosol may be determined to be an absorbent aerosol, and if large, the aerosol may be determined to be a nonabsorbable aerosol. The above process can be made clearer through the flowchart of FIG. 2. For reference, although the reflection is mainly used in the present specification, 'reflectivity' is a term closely related to the absorbance in the present specification, and the 'reflectivity' may be understood as a concept including an absorbance, and a combination thereof may be used. It will be very obvious to those skilled in the art.
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. In addition, after the absorbent or non-absorbent aerosol is determined based on the above content, if the determined volume peak ratio (c2 / c1) is 4 or more, it is determined as a fine particle mode (fine mode), and if the volume peak ratio is less than 4 coarse It can be determined by the particle mode (coarse mode).
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.As described above, aerosols can be classified into dust, carbonaceous or black carbon, sea salt and sulfate salts, and the characteristics of the aerosol are absorbing coarse modes. Are classified as dust, nonabsorbing coarse mode is classified as sea salt, absorbing fine mode is classified as carbon based, and nonabsorbing fine mode is used. May be classified as sulfate based.
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. The intended retrieval or calculated value can be derived from the specified parameterized reference wavelength and radiated absorbance calculated reference wavelength, which can be used to quickly and accurately classify the type of aerosol.
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. As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 관측 장비를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the aerosol observation equipment according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating an aerosol classification method according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로솔 분류방법에서 볼륨 피크 비율 및 광학 두께를 산출하는 과정을 설명하기 위한 그래프들이다.3 and 4 are graphs for explaining a process of calculating the volume peak ratio and the optical thickness in the aerosol classification method according to an embodiment of the present invention.
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