[강릉원주대 대기환경과학과] 지구물리원격탐사 가강수량 산출 방법

1. 가강수량 산출
이상호

2.  목차
• 이론적 배경
• 알고리즘

3.  이론적 배경
• 총 가강수량 (Total Precipitable Water ; TPW)
대기 연직 기둥 내에 모든 수증기를 액체 상태로 바꾸었을 때의 양.
이 값이 크게 나타나는 지역은 홍수 또는 호우와 밀접함.
• 정확한 수증기의 관측은 대기의 물 순환과 에너지 수지 및 변화를 이해하는데
필수적인 요소임.
• 지역 또는 전지구 기후 현상을 규명하는데 효과적으로 이용되며, 자료동화를 통해
수치예보 모델에 적용됨으로써 강수량 단기 예보에 사용될 수 있음.

4. 라디오존데
레원존데
…
위성자료
마이크로파 적외선
 가강수량 산출
① 수증기의 연직분포를 산출한 후  고도에 따라 적분함.
② 연직적분한 수증기의 영향을 받는 복사휘도 
적분된 수증기 양을 구함.
라디오존데 : 임의의 지역에 대한 정확한 대기 상태를 제공하나 관측소가 육지에 한정되어 시공간적인 한계를 갖음.
위성자료 : 광범위한 관측 영역과 비교적 연속적인 관측을 제공함.
마이크로파 : 구름을 투과하는 성질을 가지고 있으나 육지에서의 방출률의 급격한 시간적 공간적 변동을 적절히 처리하는데 어려움이 따르고
또한 산출한 총가강수량 값에서 오차를 보임.
적외선 : Cloudy의 경우, 상향복사를 흡수하는 특징으로써 구름 상층의 정보은 알고 구름 하층의 정보는 불확실하다.
그에 따라 Clear의 경우, 구름 상, 하층의 정보를 알 수 있음.

5.  이론적 배경
그림 1. 복사전달방정식 (MODTRAN 3.7) 을 이용한 대기상단에서의
대기 투과율 (MLS)
H2O CO2O3
• 대기창 영역 (10~12.5 um) 에서도 수증기의 회전에너지
변위에 따른 연속적인 흡수선이 나타남.
• IR 1의 투과율는 IR 2보다 높음.
투과율 : IR 1 > IR 2
흡수율 : IR 1 < IR 2
• IR 2가 투과율이 낮은 이유는 수증기의 흡수 효과 +
아주 약한 CO2 흡수의 가장자리 효과도 포함.

6. 그림 2. 복사전달모델의 결과를 이용한 가강수량의 변화에 따른
표면온도와 휘도온도와의 차이
SST-Tb12[℃]
• X축 (가강수량) 증가함에 따라 Y축 (해수면 온도 – 관측된 각
채널의 휘도온도) 의 차이가 증가함.
• 이 과정에서 흡수계수가 큰 Tb12의 온도가 더 급격하게 감소함.
• Tb11, Tb12의 수증기 흡수계수는 상대적으로 크기 때문에
공기가 습윤할 경우, 위성에서 관측된 두 영역의 적외
복사휘도 차이가 큰 반면에 건조할 경우, 그 차이가 작음.

7. 채널차 방법 : 적외창 영역에서 대기의 기여는 수증기에 의해서 발생함.
관측되는 복사 휘도는 지표면 온도, 투과율, 대기의 평균온도에 결정.
투과율은 H2O, CO2 흡수에 의해 결정
 알고리즘
가정 : 수증기의 기여는 대부분 존재하는 대류권 하부의 평균대기온도에 의해 결정됨.
가강수량의 이차함수계수는 무시함

8. ①
②
③
④
: 위성에서 각 채널별 관측되는 복사휘도
: 지표로 방출되는 복사휘도
: 대기에 의해 방출되는 복사휘도
, : 수증기 차등흡수 [g cm-2]
: 수증기 차등흡수 (Const)
지표의 방출률 = 1로 가정하여 Plank 함수을 이용하여 변환
: 위성 천정각 (cos θ)
: 투과율
: 흡수율
: 비습
 Chesters et al. (1987)
[ Beer의 법칙 ]
[ 정역학평형을 통한 비습 고려 ]
[ 키르호프 법칙 ]

9. ⑤
변수 : 두 채널에서 관측된 복사휘도(T11, T12)， 흡수계수의 채널값 차이 ( ),
대류권 하부의 평균온도 (Tair)
정확한 가강수량을 측정하기 위해서는 지표면 방출률에 대한 기여를 보정해야 함.

10. 이로써 가강수량 산출의 정확도를 향상시키고 지면온도에 의한 가강수량 산출오차를 최소화 됨.
: 지표면 영향에 대한 기여항
: 수증기채널의 휘도온도
: 각각 알고리즘 계수
대류권 하부의 평균온도(Tair) 은 독립적으로 제공되어야하며, 가강수량의 오차에 크게 영향을 미침.
Tair은 위성 화소 주변의 레윈존데 관측값을 이용하거나 경험적으로 산출하는 방법을 적용.
12시간 간격 관측

11. 그에 따라 연속되는 시간에 관측한 휘도온도 자료를 이용 (Tair에 대한 정보가 필요없는 방법).
 Kleespies & McMillin (1990)
대기조건이 유사하지만, 표면온도 조건이 다른 두 관측자료 (a, b) 의 휘도온도를 이용하여 구함.

12. 감사합니다