Uncertainties of SO2 Vertical Column Density Retrieval using synthetic Ground-based Direct Sun Hyper-spectral UV data.

Abstract

본 연구에서는 지상관측 기반 태양 직달광 모의복사휘도 생성하고 차등흡수분광법(Differential Optical Absorption Spectroscopy; DOAS)을 이용하여 분광분해능 (Full Width Half Maximum, FWHM), 신호대잡음비 (Signal to Noise Ratio, SNR), 오존 연직칼럼농도 (O3 Vertical Column Density, O3 VCD), 에어로졸 광학두께 (Aerosol Optical Depth, AOD), 태양천정각 (Solar Zenith Angle, SZA) 에 대한 지상관측 기반 태양 직달광 장비의 이산화황 연직칼럼농도 (SO2 Vertical Column Density, SO2 VCD) 산출 불확실성을 조사하였다. Beer-Lambert Law를 이용하여 직달광 모의복사휘도를 생성하였고 복사전달모델 (Radiative Transfer Model, RTM)인 Vector Linearized Discrete Ordinate Radiative Transfer(VLIDORT)을 이용하여 산란광 모의복사휘도를 생성하였다. 생성된 직달광 모의복사휘도와 산란광 모의복사휘도를 더해줌으로써 최종적인 모의복사휘도를 생성하였다. FWHM = 0.6 nm, AOD = 0.2, O3 VCD = 300 DU, SZA = 30˚의 동일 조건이며 SNR이 650 (3250) 일 때, 모의복사휘도 계산 시 입력값으로 활용된 이산화황 연직칼럼농도와 DOAS 방법을 통해 산출된 이산화황 연직칼럼농도와 비교하여 절대백분위오차 (Absolute Percentage Difference, APD)를 계산한 결과 0.3 DU 농도에서 최대 107% (18%), 1.0 DU 농도에서 최소 30% (11%)로 나타났다. 각 인자 별 이산화황 산출 불확실성 조사 결과 FWHM, SZA, AOD, O3 VCD의 값이 증가할수록 APD가 증가하였고 그와 반대로 SNR은 값이 증가할수록 APD가 감소하였다. 이에 따라, 본 연구에서는 FWHM, SNR, SZA, O3 VCD, AOD의 다양한 환경에서 지상 기반 태양 직달광 관측장비가 가지는 이산화황 연직칼럼농도의 산출 불확실성을 정량화하였다.