Application of the SO2 Hybrid algorithm to hourly GEMS observation and estimation of multiple volcanic plume properties

Abstract

본 연구에서는 2020년 2월, Geostationary Environment Monitoring Korea Multi Purpose Satellite-2B (GK-2B)에 탑재되어 발사된 정지궤도 환경위성 센서 Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS)를 이용하여 이산화황(SO2) 수직칼럼농도(Vertical Column Density; VCD)를 산출하였다. 실시간 시간별 GEMS 이산화황 관측을 위하여 차등흡수분광법(Differential Optical Absorption Spectroscopy; DOAS)과 주성분분석방법(Principal Components Analysis; PCA) 방법이 결합된 하이브리드 알고리즘을 적용하였다. 하이브리드 알고리즘으로 산출된 화산 이산화황 플룸의 이동 방향, 속도, 고도, 및 수용지역에서의 유입량 등의 이산화황 플룸의 물리적 특성을 산정하였다. 2020년 8월 4일 일본 니시노시마 섬에서 분출된 화산 이산화황 플룸은 북서 방향으로 평균 26.53 km/h의 속도로 이동하였으며, 일본 오키나와에 약 100 Mg/h 이상의 이산화황이 유입되었다. 2020년 8월 1일부터 8월 4일까지 니시노시마에서 발생된 이산화황 플룸은 저궤도 환경 위성인 TROPOMI, OMI와 유사한 공간분포를 보였으며, 각각 0.86, 0.90의 높은 상관관계를 보였다. 2021년 2월 28일 이탈리아의 에트나산에서 분출된 이산화황은 약 11-14 km 고도의 성층권에서 평균 175.30 km/h의 속도로 이동하여 2021년 3월 3일 동중국 상공에 도달하였다. 실시간으로 관측된 GEMS 이산화황의 물리적 특성은 항공기 운항의 최적 고도 및 경로의 결정에 활용되어 항공기 운항의 안전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이산화황의 인위적 발생원인 발전소 및 항구에서 발생하는 이산화황 또한 GEMS로 관측할 수 있었다. 발전소가 많이 위치한 중국과 인도에서 약 1.5 DU 이상의 이산화황 수직칼럼농도가 산출되었다. 또한, 세계적인 항구가 위치한 말레이시아와 홍콩 부근에서 약 2 DU 이상의 이산화황 농도가 관측되었으며, 항구에서는 시간이 지날수록 이산화황 수직칼럼농도가 감소하는 경향이 나타났다. GEMS로 실시간 관측된 인위적 배출원에서의 이산화황 농도는 발전소 및 항구에서 발생하는 이산화황의 배출 저감에도 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.