[논문 리뷰] Study Of Casleo Clear Sky Aerosol Loads In 2011 From One Year Of Aeronet Quality Assured Data

Lidia Otero, P. Ristori외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 19.

Atmospheric aerosols and clouds참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 아르헨티나의 CASLEO 관측소에서 확보된 1년간의 AERONET 품질 보장 기반 에어로졸 광학 두께(AOD) 데이터를 분석하여 창커프스 전파망원경 배열(CTA)을 위한 대기의 투명도를 평가한다. 500 nm에서 평균 AOD가 0.038인 CASLEO는 맑은 하늘 조건을 보이며, 마우나 로아와 유사한 수준으로, 남반구 대기 및 천문 관측을 위한 고정밀 캘리브레이션 장소로서의 적합성을 확인한다.

ABSTRACT

In this work we analyze one year observation of an Aeronet (GSFC-NASA Aerosol Robotic Network) sun-photometer installed on January 11, 2011 in CASLEO and being operational up to date. The main goal of placing the instrument in this location is to characterize the aerosol loads of this astronomical complex which is close and has the same sky characteristics of El Leoncito (31deg 43.33' South - 69deg 15.93' West, 2552 m ASL) one of the southern candidate site for Cherenkov Telescope Array (CTA). The low aerosol optical depth (AOD) annual mean of 0.038 measured at 500 nm shows exceptional clear sky quality. Data is compared with the measurements being done at Mauna Loa (19deg 32.34' North, 55deg 34.68' West, 3397 m ASL), where Aeronet reference instruments are being re-calibrated two to four times per year. Long term MODIS observations are studied, showing that the site is far enough to biomass burning transport regions to be affected by its influence.

연구 동기 및 목표

• 남아메리카 남부에 위치한 창저프스 전파망원경 배열(CTA) 후보지인 CASLEO에서 대기 에어로졸 부하를 평가하기 위해.
• 2011년 1월 11일부터 2012년 5월 30일까지 수집된 AERONET 태양광도계 데이터를 분석하여 현장의 하늘 투명도를 평가하기 위해.
• 세계적으로 널리 인정받는 대기 에어로졸 모니터링 기준지인 마우나 로아와의 비교를 통해 CASLEO의 에어로졸 광학 두께(AOD)를 평가하기 위해.
• 위성 기반 AOD 추정치(MODIS)를 CASLEO에서의 지상 기반 AERONET 측정치와 비교하여 지형적 및 반사율 문제에 대응하기 위해.
• 고도가 높고 고립된 환경이면서도 에어로졸 농도가 낮은 CASLEO의 특성을 고려하여, 마우나 로아나 이사냐와 유사한 지역 캘리브레이션 기지로의 잠재력을 평가하기 위해.

제안 방법

• 2011년 1월 11일부터 2012년 5월 30일까지 CASLEO(남위 31°47′56″, 서경 69°18′24″, 해발 2552m)에서 지상 기반 AERONET 태양광도계 측정치를 활용하였으며, 총 434일 동안 19,007건의 품질 보장 측정치를 확보하였다.
• 측정된 전압, 태양 고도각 및 대기 투과도를 기반으로 베어-람베르트-부아제 법칙을 적용하여 340 nm에서 1020 nm의 파장 범위에서 에어로졸 광학 두께(AOD)를 유도하였다.
• 시간 순서도 및 누적 밀도 함수도를 활용하여 CASLEO와 마우나 로아 간의 매일 평균 AOD 값(500 nm 기준)을 비교하였다.
• 지역적 에어로졸 영향을 평가하고 지상 측정치를 검증하기 위해 장기적인 MODIS 레벨-3 매일 1°x1° AOD 제품을 분석하였다.
• 위성 AOD 추정 정확도에 영향을 미치는 지형 복잡성과 표면 반사율 변동성을 분석하기 위해 52m x 52m 디지털 고도 모델을 사용하였다.
• 기존 기준지와의 비교를 통해 향후 AERONET 캘리브레이션 기지로의 적합성을 평가하기 위해 AOD 성능 및 안정성 측면에서 현장의 적합성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CASLEO 현장에서 500 nm에서 연간 평균 에어로졸 광학 두께(AOD)는 얼마이며, 마우나 로아와 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ2 CASLEO 근처 안데스 산맥 기슭의 복잡한 지형은 MODIS에서 유도한 위성 기반 AOD 추정치에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 에어로졸 농도가 천체 관측 또는 기기 캘리브레이션에 영향을 줄 수 있는 임계치를 초과하는 빈도는 얼마나 되는가?
• RQ4 낮고 안정된 AOD를 보이는 점을 고려할 때, CASLEO는 남반구에서 신뢰할 수 있는 지역 캘리브레이션 기지로 기능할 수 있는가?
• RQ5 장기적인 MODIS 관측 자료를 기반으로, 생물연소 플룸이 CASLEO의 에어로졸 농도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• CASLEO에서 500 nm에서의 연간 평균 AOD는 0.038로, 매우 맑은 대기 조건을 나타낸다.
• 모든 측정치의 87.9%와 매일 평균 AOD 값의 86.9%가 0.05 이하이며, 이는 천정 방향 에어로졸 투과도 95.1%에 해당한다.
• 연구 기간 동안 매일 평균 AOD 값이 0.1을 초과한 날은 단 4일 뿐이며, 측정치의 98.7%와 매일 평균 값의 99.2%가 0.1 이하였다.
• CASLEO의 AOD 분포는 마우나 로아와 유사하며, 측정치의 92.8%가 0.05 이하로, 고정밀 광학 천문 관측에 적합함을 확인하였다.
• MODIS 관측 결과에 따르면 CASLEO는 생물연소 지역에서 충분히 떨어져 있어 이러한 플룸의 영향을 크게 받지 않는다.
• 낮은 AOD와 높은 에어로졸 농도 안정성은 CASLEO가 향후 AERONET의 남반구 캘리브레이션 기지로 기능할 잠재력을 뒷받침한다. 마우나 로아와 유사한 역할을 할 수 있다.