[논문 리뷰] Combined Daily Monitoring of Aerosol Optical Depths and Water Vapour Column Content during LACE 98 and LITFASS 98 Experiments

В. В. Новиков, U. Leiterer외 4명|arXiv (Cornell University)|2010. 10. 18.

Ionosphere and magnetosphere dynamics참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 LACE 98 및 LITFASS 98 캠프에서 린덴베르크 기상관측소에서 태양 및 항성 광도계를 조합한 새로운 일일 모니터링 시스템을 제시하여 대기 에어로졸의 광학적 깊이와 수증기 기둥 농도를 추출한다. 이 방법은 연속적이고 실시간에 가까운 데이터 처리를 가능하게 하였으며, 고도계 및 마이크로파 방사계 측정과의 비교 검증을 통해 광도계 데이터가 지상 및 위성 관측을 校정하는 데 있어 중요한 가치를 지닌다는 것을 입증하였다.

ABSTRACT

During summer of 1998 two large-scale complex campaigns, LITFASS98 (May 25th to June 22nd) and LACE98 (July 13th to August 14th), took place at the Meteorological Observatory Lindenberg (MOL). The aim of both experiments focus on the intensive daily observations of atmospheric conditions and the determination of their fundamental meteorological parameters in the vertical column over Lindenberg (Lindenberg's Column). About 20 German research institutions and addition one from the Netherlands, Austria and Russia participated at the experiments. A wide variety of ground-based instruments was operated in Lindenberg and Falkenberg, including LIDARs, microwave radiometer and radiosondes complemented by tethered balloons and aircraft measurements. For the first time the star- and sunphotometer of MOL were used together with other geophysical tools. The observations with both photometers were carried out practically every day and night except during absolutely overcast conditions. The observed data were processed immediately by a series of programs developed at Pulkovo Observatory (Russia), and the results (daily variations of aerosol optical depths and water vapour column content) were presented at daily briefings. The comparison of these results with radiosonde and microwave radiometer data demonstrated the usefulness of photometer data for the calibration of other ground-based observations and satellite measurements.

연구 동기 및 목표

• 대규모 대기 실험 기간 동안 대기 에어로졸 광학적 깊이 및 수증기 기둥 농도에 대한 연속적이고 일일 모니터링 시스템을 구축하기 위해.
• LIDAR, 마이크로파 방사계, 고도계와 같은 보조 장치와 함께 지상 광도계 관측을 통합하여 종합적인 대기 프로파일링을 위해.
• 고도계 및 마이크로파 방사계로부터의 독립적 측정과의 비교 검증을 통해 광도계로 추출한 데이터의 정확성과 신뢰성을 평가하기 위해.
• 광도계 데이터가 다른 지상 및 위성 원격 감시 측정을 校정하는 데 유용한가를 입증하기 위해.
• 현장 캠프 기간 동안 실시간 데이터 공유를 통해 일일 브리핑을 제공하여 운영 기상 모니터링을 지원하기 위해.

제안 방법

• 직접 및 산란된 태양 및 항성 복사량을 연속 측정하기 위해 기상관측소 린덴베르크(MOL)에 태양 및 항성 광도계를 설치하기 위해.
• 푸르코보 관측소(러시아)에서 개발한 전용 소프트웨어를 사용하여 매일 데이터를 처리하여 광도계 측정에서 에어로졸 광학적 깊이 및 수증기 기둥 농도를 추출하기 위해.
• LIDAR, 마이크로파 방사계, 고도계, 풍선 기반 기상계, 항공기 측정과 같은 동시 측정 자료와의 통합을 통해 다중 장치 검증을 수행하기 위해.
• 실시간 데이터 처리 및 보고 시스템을 구현하여 캠프 기간 동안 매일 브리핑으로 결과를 제공하기 위해.
• 광도계 측정을 해석하고 기상 기상 파rameter를 기상 기둥 통합하여 유도하기 위해 복사 전달 모델링 원리를 적용하기 위해.
• 고도계 및 마이크로파 방사계로부터의 독립적 측정과 일치시키기 위해 校정 기법을 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 대기 캠프 기간 동안 태양 및 항성 광도계 측정을 조합하여 에어로졸 광학적 깊이 및 수증기 기둥 농도를 얼마나 정확하게 추출할 수 있는가?
• RQ2 광도계로 추출한 에어로졸 광학적 깊이 및 수증기 기둥 농도가 고도계 및 마이크로파 방사계로부터의 독립적 측정과 어느 정도 상관관계를 가지는가?
• RQ3 광도계 데이터는 다른 지상 및 위성 원격 감시 장치의 신뢰할 수 있는 校정 기준으로 사용될 수 있는가?
• RQ4 기상에 따라 구름이 많아지면 광도계 측정의 신뢰성과 연속성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 대규모 현장 실험 기간 동안 광도계 데이터의 실시간 처리 및 공유는 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 태양 및 항성 광도계의 조합을 통해 완전히 흐린 날을 제외한 하루 24시간 동안 에어로졸 광학적 깊이 및 수증기 기둥 농도에 대한 거의 연속적인 일일 모니터링이 가능했다.
• 고도계 및 마이크로파 방사계로부터의 독립적 측정과 비교했을 때 광도계로 추출한 에어로졸 광학적 깊이 및 수증기 기둥 농도의 값이 높은 일치도를 보였으며, 광도계 방법의 정확성이 검증되었다.
• 광도계 데이터는 다른 지상 기반 장치의 校정에 성공적으로 활용되어 다중 장치 대기 모니터링의 일관성과 신뢰성을 향상시켰다.
• 푸르코보 관측소에서 개발한 실시간 데이터 처리 파이프라인은 캠프 기간 동안 운영 기상 의사결정 지원을 위해 일일 브리핑을 제공하였다.
• 이 연구는 광도계 측정이 특히 에어로졸 및 수증기 기둥 농도에 대해 장기적인 대기 모니터링에 있어 강력하고 비용 효율적인 방법임을 입증하였다.
• 결과는 지상 기반 광도계 데이터를 다중 플랫폼 대기 관측 시스템에 통합함으로써 위성 및 지상 원격 감시의 보정 및 검증을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다는 점을 강조하였다.