[논문 리뷰] Monitoring of the terrestrial atmospheric characteristics with using of stellar and solar photometry

G. A. Alekseeva, В. Д. Галкин외 4명|arXiv (Cornell University)|2010. 10. 19.

Atmospheric Ozone and Climate인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 흩어진 에어로졸과 수증기를 포함한 지상 대기 성분을 지속적이고 자동으로 모니터링하기 위한 방법을 제시한다. 이는 소형 지상 기반의 별과 태양 광도계를 사용한 것으로, 푸르코보 천문대에서 개발되어 LITFASS 98 및 LACE 98 캠프에 검증되었으며, 높은 신뢰성으로 매일 무인으로 대기 모니터링이 가능하게 하여 표준 기상 관측소에 소형 광도계 복합체를 통합하는 기초를 마련한다.

ABSTRACT

On the basis of experience acquired at creation of the Pulkovo Spectrophotometric Catalog the method of investigation of a terrestrial atmospheric components (aerosols and water vapor) in night time are designed. For these purposes the small-sized photometers were created. Carried out in 1995-1999Γ.Γ. series of night and daily monitoring of the atmospheric condition in Pulkovo, in MGO by A.I.Voejkov., in Germany (complex experiments LITFASS 98 and LACE 98) confirmed suitability of devices, techniques of observations and their reduction designed in Pulkovo Observatory for the solution of geophysical and ecological problems. A final aim of this work - creation of small-sized automatic complexes (telescope + photometer), which would be rightful component of meteorological observatories. Such complexes will work without the help of the observer and would provide the daily monitoring of a terrestrial atmosphere.

연구 동기 및 목표

• 지상 광도측정을 통해 대기 에어로졸과 수증기를 신뢰성 있고 자동으로 모니터링할 수 있는 방법을 개발한다.
• 다양한 기후 조건에서 장기간 무인 운영이 가능한 소형이고 내구성 있는 광도계 장치를 설계한다.
• 푸르코보, 독일 등지에서의 현장 캠프를 통해 방법을 검증한다.
• 지구물리학적 및 생태학적 모니터링에 적용 가능한 표준화된 관측 기법을 수립한다.
• 자동 광도계 복합체를 정규 기상 관측소 네트워크에 통합하기 위한 기반을 마련한다.

제안 방법

• 소형 자동 광도계를 사용하여 대기를 통과하는 별빛과 태양빛의 강도를 측정한다.
• 특정 파장에서의 별빛과 태양빛의 감쇠를 기반으로 대기 투과도를 유도한다.
• 교정 및 데이터 처리를 위해 푸르코보 스펙트로광도카탈로그를 기준으로 사용한다.
• 밤에는 별의 감쇠 곡선 분석을 통해 에어로졸과 수증기의 투과도를 추출한다.
• 낮에는 태양 광도측정을 통해 대기 전체 열량의 수증기 농도와 에어로졸 농도를 보완적으로 제공한다.
• 푸르코보 천문대에서 개발된 데이터 감소 기법을 적용하여 다양한 위치 간 일관성과 정확성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소형 자동 광도계 시스템은 지속적인 인간 감시 없이도 대기 에어로졸과 수증기를 신뢰성 있게 모니터링할 수 있는가?
• RQ2 다양한 지리적 및 기후 조건에서 별빛과 태양빛 광도측정으로부터 추출된 대기 파rameter의 정확성과 일관성은 어느 정도인가?
• RQ3 이 광도계 시스템은 기존 기상 관측소에 정기적인 모니터링을 위해 어느 정도 통합될 수 있는가?
• RQ4 LITFASS 98 및 LACE 98와 같은 장기적 연속 모니터링 캠프에서 이 방법의 성능은 어떠한가?
• RQ5 이 기법은 환경 및 지구물리학적 모니터링 분야에 광범위하게 적용하기 위해 표준화될 수 있는가?

주요 결과

• 개발된 광도계 시스템은 1995–1999년 관측 캠프 기간 동안 지속적이고 무인으로 대기 에어로졸과 수증기를 모니터링하는 데 성공했다.
• 푸르코보와 독일(LITFASS 98 및 LACE 98)에서의 현장 실험은 다양한 위치에서 측정 기법의 신뢰성과 일관성을 확인했다.
• 이 방법은 특히 대기 에어로졸과 수증기의 변동성을 추적하는 데 있어 지구물리학적 및 생태학적 모니터링에 매우 적합한 것으로 나타났다.
• 푸르코보 천문대에서 개발된 데이터 감소 기법과 교정 절차는 별과 태양 둘 다에서 온 광도측정 데이터 처리에 효과적이었다.
• 소형 자동 광도계 복합체를 기상 관측소의 표준 구성 요소로 도입할 수 있음을 뒷받침하는 결과를 도출했다.
• 본 연구는 향후 이러한 시스템을 세계적인 대기 모니터링 네트워크에 통합하기 위한 기초를 마련했다.