Development of NO2 Retrieval Algorithm for the Hyper-spectral UV-Vis Space-born Sensor

Abstract

본 연구에서는 DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) 방법을 이용하여 위성관측 기반의 NO2 산출 알고리즘을 개발하고, 그 성능평가를 수행하였다. OMI (Ozone Monitoring Instrument), 모의자료, 그리고 2016년에 수행한 KORUS-AQ (KORea United States Air Quality)기간 관측한 GeoTASO (Geostationary Trace and Aerosol Sensor Optimization) LV1B 자료를 이용하여 성능 평가를 수행한 결과 OMI 알고리즘으로 산출한 NO2와 본연구로부터 개발한 GEMS (Geostationary Environment Monitoring Spectrometer) 알고리즘으로 산출한 NO2 SCD (slant column density) 사이의 R값은 0.93으로 높은 상관성을 보였다. 모의 자료의 경우 NO2 농도가 높은 한반도 및 일본지역에서는 참 NO2 VCD (vertical column density)와 GEMS 알고리즘으로 산출한 NO2 VCD 사이의 R2는 1.00으로 NO2농도가 낮은 필리핀 지역에서는 0.92의 R2 값을 보였다. 또한 GeoTASO LV1B로 산출한 NO2 VCD와 Air Korea 네트워크에서 관측한 NO2 volume mixing ratio를 비교한 결과 R값은 0.72로 나타났다. 다음으로 DOAS 방법으로 NO2 산출 시 발생할 수 있는 AMF (Air mass factor) 산출 에러 및 spectral fitting 에러에 관한 연구를 수행하였다. NO2 AMF 계산시에 AOD (Aerosol optical depth), single scattering albedo, APH (Aerosol peak height)와 같은 에어로졸 정보, solar zenith angle, viewing zenith angle, 그리고, relative azimuth angle과 같은 기하학 정보 및 지표면 반사도가 정확도에 영향을 주었으나, 그 중 APH가 매우 중요한 요소로 나타났다. NO2 AMF계산시 입력 값으로 사용되는 APH의 오차가 2 km발생하면, AOD가 0.5 인경우 NO2 AMF의 오차는 최대 약 80%까지 나타났다. 또한 NO2 VCD가 낮을수록 spectral fitting 에러가 증가하나, 높은 AOD와 APH 역시 spectral fitting 에러를 증가시키는 중요한 요소임을 발견하였다. 이러한 spectral fitting에러를 감소시키기 위해 pixel co-adding 방법을 수행하였으며, 이 결과 참 NO2 VCD와 산출한 NO2 VCD 사이의 R 뿐만 아니라 absolute percent difference 에러, 또한 root mean square도 향상하였다. 마지막으로, 자외파장에서 산출한 NO2 SCD와 가시파장에서 산출한 NO2 SCD와의 비를 이용하여, NO2 연직 프로파일을 산출하는 새로운 방법을 시도하였다.