Development of Hybrid algorithm based on DOAS and PCA for SO2 column retrieval from UV Hyperspectral satellite sensor.

Abstract

본 연구에서는 차등흡수분광법(Differential Optical Absorption Spectroscopy; DOAS)과 주성분분석방법(Principal Components Analysis; PCA)의 행성경계층(Planetary Boundary Layer; PBL) 내 이산화황(SO2) 경사칼럼농도(Slant Column Density; SCD) 산출 성능을 비교하였다. 복사전달모델로부터 계산된 다양한 관측 환경에 대한 모의 복사휘도를 두 알고리즘에 입력하여 SO2 SCD를 산출하였으며, 각 알고리즘을 통해 산출된 SO2 SCD와 복사전달모델의 입력자료로 사용된 SO2 SCD 참값을 비교함으로써 각 알고리즘의 성능을 조사하였다. SO2 양이 적을 때(SO2 연직칼럼농도 < 8 × 1015 molecules cm-2) DOAS와 PCA로부터 산출된 SO2 SCD와 SO2 SCD 참값 사이의 평균 절대백분율오차는 신호 대 잡음비 1440에서 각각 107%, 99%로 PCA가 DOAS 보다 다소 나은 성능을 보였다. 또한, 에어로졸광학두께(Aerosol Optical Depth)가 0.9일 경우, DOAS에 의한 SO2 SCD 산출 불확실성(100%)은 PCA (86%)를 사용하는 것보다 상당히 크게 나타났다. 본 연구에서는 PCA 성능에 대한 청정 영역 선택의 영향을 최초로 정량화하였다. PCA 수행을 위한 SO2 청정영역에 높은 AOD과 오존 칼럼농도가 포함된 경우, SO2 SCD 산출 정확도를 크게 저하시키는 것으로 나타났다. 이에 따라, 본 연구에서는 각 알고리즘의 장점을 고려하여 SO2 SCD 산출 성능을 향상시키기 위한 새로운 하이브리드 알고리즘을 개발하였으며, OMI (Ozone Monitoring Instrument)와 모의 복사휘도에 적용함으로써 하이브리드 알고리즘의 성능을 정량적으로 분석하고 논의하였다.