Satellite-based retrieval of air temperature using weighted consideration of surface and atmospheric moisture conditions

Abstract

기온은 지구의 에너지 및 물 순환을 이해하고 다양한 분야의 모델링에 사용되는 중요한 인자이다. 위성 기반의 기온 산출 방법은 지상관측소의 공간적 한계나 재분석 자료의 거친 공간해상도를 해결하기 위한 대표적인 방법이다. 본 연구에서는 지표와 대기의 습윤 인자를 고려하고, 가중 함수를 사용하여 범용적인 위성 기반의 기온을 산출하는 것이 목적이다. 지표의 습윤 상태는 정규화수분지수 (NDWI: normalized difference water index)를 이용하여 구분하였으며, 대기의 습윤 상태는 천리안 위성의 채널 차이(11㎛–12㎛)를 정규화지수로 변환하여, 지표와 대기의 상태에 따라 9가지 케이스로 구분하였다. 지상관측 데이터, 위성 산출물(지표면 온도, 식생지수, 천리안 위성의 채널 값), 고도 데이터를 이용하여 각각의 케이스에 대한 다항식을 유도하였다. 기온 산출시 발생할 수 있는 불연속성을 감소시키기 위하여 케이스의 경계 지역에서 가중치를 적용하였으며, 가장 가까운 4개 지역에 대한 거리의 비율에 따라 가중치를 적용하였다. 측정된 기온의 공간대표성은 13x13 그리드로 결정되었다. 지표와 대기 습윤 인자를 고려하고 가중 함수를 적용한 위성 기반의 기온 산출 결과, 결정계수는 0.9289로 나타났으며, RMSE는 3.2279 K, Bias는 0.1575 K로 나타났다. 위성 기반의 기온은 지상관측 데이터와 유사한 시계열 경향을 보였다. 고도에 따라 위성 기반의 기온과 재분석 자료의 기온을 평가한 결과, 위성 기반의 기온이 재분석 자료의 기온보다 고도를 잘 반영하였다.