알고리즘에 따른 지표면 흡수 단파복사 비교 :Comparison of Absorbed Shortwave Radiation at the Surface Calculated by Different Algorithms

박혜인

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박혜인 (강릉원주대학교, 강릉원주대학교 대학원)

지도교수: 이규태

발행연도: 2016

저작권: 강릉원주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

위성 자료를 이용한 지표면 흡수단파복사 산출 알고리즘들의 비교 분석

박혜인 , 이규태 , 조일성 외 1명 대한원격탐사학회지 2018.01 학술저널

2016

지표면의 흡수 단파복사 산출

박혜인 , 이규태 , 조일성 외 1명 한국기상학회 학술대회 논문집 2016.04 학술대회자료

알고리즘에 따른 지표면 흡수 단파복사 비교

박혜인 대기환경 2016.01 학위논문

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지표면 흡수 단파복사는 지표면과 구름 및 대기 사이에서 발생하는 복사 상호작용의 결과로써 대기와 육지, 해양 사이의 에너지 교환을 추정하는데 있어 필수적인 요소이다. 특히 기후 변화에 큰 영향을 미치며 기후 모델에서 중요한 인자로 사용되어 정확한 추정이 요구된다. 국외에서는 이에 관련하여 다양한 방법을 이용하여 산출을 시도하였으나 국내에서는 연구가 부족한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 복사모델 및 위성자료를 이용하여 다섯 가지 방법으로 지표면 흡수 단파복사를 산출하였으며 이들의 차이를 CERES 센서 자료 및 지상 관측 자료를 이용하여 분석하였다. 다섯 가지 방법으로는 GWNU 단층 복사모델로 계산된 표면 도달 일사량과 지표면 알베도를 이용한 GWNU 방법, 지표면과 대기 상한의 복사 흡수율 관계를 투과율과 반사율로 나타내어 조견표를 사용하는 미국 정지궤도 위성인 GOSE-R의 ABI 센서의 ABI 물리적 방법 및 지표면에서의 흡수 단파복사와 대기상한 광대역 알베도 사이의 회귀관계를 이용한 ABI 통계적 방법, Li et al.(1993) 그리고 Masuda et al.(1995) 방법을 이용하였다.
위성 자료와의 비교에서 Masuda et al.(1995) 방법이 CERES 센서 자료와 비교적 잘 일치하였으며 다음은 GWNU 방법으로 나타났다. 같은 입력 자료를 사용하는 ABI 통계적 방법과 Li et al.(1993)방법은 산출식의 차이로 인해 서로 다른 경향을 보였으며 입력 자료가 다른 방법들에 비해 다소 적어 오차가 크게 나타났다. 반면 지상 관측 비교 결과 GWNU 방법이 각 방법들 중 가장 작은 차이를 보였다. 이는 표면도달 일사량 계산에 사용되는 GWNU 단층 복사모델로 계산된 표면도달일사량이 지상 관측 자료와 비교적 잘 일치하고 지표면 흡수 단파복사를 산출하기 위한 지표면 알베도 자료가 같기 때문으로 분석된다.
따라서 GWNU 방법을 이용하기 위해서는 정확한 지표면 알베도 값이 필요하며 조견표를 이용하는 ABI 물리적 방법은 구름 영역에서 오차가 크기 때문에 구름 모델을 이용한 조견표의 개선이 필요하다. 그리고 ABI 통계적 방법과 Li et al.(1993) 방법은 흡수에 영향을 주는 에어로졸이나 구름의 영향이 포함되어야 한다. Masuda et al.(1995) 방법은 MODIS 센서의 채널 4번의 대기 상한 알베도만을 이용하여 계산하였기 때문에 이에 대한 오차가 발생할 확률이 크므로 단파영역 광대역 알베도를 적용하여 산출한다면 더 나은 결과를 보여줄 것으로 판단된다.

Absorbed shortwave radiation (ASR) at the surface is a result of radiant interaction among the earth surface, clouds, and the atmosphere, and it is an essential factor for estimating the energy exchange among the atmosphere, land, and sea. It should be estimated accurately because it has particularly significant effects on weather change and is used as a crucial factor in climate models. Many attempts have been made at various places in the world to calculate ASR by various methods, but few relevant studies have been conducted in Korea. In this regard, this study calculates ASR by applying five methods based on a radiation model and satellite data and analyzes the differences in these values by using data from CERES sensors and ground measurement. The five methods applied include the GWNU method using downward shortwave radiation (DSR) at the surface calculated by using the surface albedo and the GWNU radiation model; the method of using the ABI physical algorithm of the ABI sensors in GOSE-R, an American satellite in geostationary orbit that uses a lookup table and represents the relationship of radiation absorption rate between the surface and the top of atmosphere (TOA) based on transmittance and reflectance; the method of using the ABI statistical algorithm based on a regression relationship between the ASR and the TOA broadband albedo; and methods by Li et al. (1993) and Masuda et al. (1995).
The comparison of satellite data using the five methods indicates that the method of Masuda et al. (1995) derives result most consistent with the data of CERES sensors, followed by the GWNU method. The method of applying the ABI statistical algorithm and the method of Li et al. (1993), both of which use the same input data, have different tendencies due to their different equations and use less input data than the other methods, leading to greater errors. On the other hand, the result of comparing the ASR obtained with ground measurement data confirms that the GWNU method exhibits the smallest difference among all the methods. This result occurs because the DSR, which is calculated by the GWNU radiation model, used particularly for such calculation, is consistent with the data of ground measurement and because the same data of surface albedo are used to calculate ASR.
Thus, an accurate albedo value of the earth surface should be derived to use the GWNU method. The method based on the ABI physical algorithm using the lookup table requires enhancement of this table by applying a cloud model because of significant errors in the cloud area. Furthermore, the effects of aerosol or clouds, which affect absorption, should be considered in the methods of the ABI statistical algorithm and Li et al.(1993). In addition, the method of Masuda et al. (1995) calculates the ASR using only the TOA broadband albedo at channel 4 of the MODIS sensor, leading to a higher probability of error. For this reason, this method would likely derive a better result by applying a shortwave broadband albedo.

#지표면 흡수 단파복사 #알고리즘 #GWNU 복사모델 #선형 회귀 #비교

차 례
감사의 글 ⅰ
차례 ⅲ
그림 차례 ⅴ
표 차례 ⅶ
국문 요약 ⅷ
제 1 장 서론 1
제 2 장 연구 방법 및 자료 3
2.1 연구 방법 3
2.1.1 GWNU 3
2.1.2 ABI Physical algorithm 6
2.1.3 ABI Statistical algorithm 9
2.1.4 Li et al. (1993) 10
2.1.5 Masuda et al. (1995) 11
2.2 연구 자료 13
2.3 비교 자료 15
제 3 장 연구 결과 16
3.1 알고리즘 16
3.2 위성 자료를 이용한 비교 18
3.3 지상 관측 자료를 이용한 비교 39
제 4 장 요약 및 결론 42
참고 문헌 44
영문 요약 47

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