복사전달모의를 통한 중적외 파장역의 민감도 분석 및 지표면온도 산출 가능성 평가 (Evaluation of Sensitivity and Retrieval Possibility of Land Surface Temperature in the Mid-infrared Wavelength through Radiative Transfer Simulation)

서지정보

· 발행기관 : 대한원격탐사학회
· 수록지 정보 : 대한원격탐사학회지 / 38권 / 6호 / 1423 ~ 1444페이지
· 저자명 : 최윤영, 서명석, 차동환, 서두천

초록

본 연구에서는 대기 및 지표면 인자들에 대한 중적외 파장역의 복사휘도의 민감도를 복사전달모델인MODerate resolution atmospheric TRANsmission (MODTRAN)6을 이용하여 분석하고 이를 이용하여 야간에 중적외 파장역 만을 이용한 지표면온도 산출 가능성을 평가하였다. 이를 기반으로 야간에 대해 다양한 조건을 반영한 지표면온도 산출식을 개발하고 처방 온도 자료와 현장 관측 자료를 이용하여 개발된 지표면온도 산출식의 수준을 평가하였다. 중적외 파장역을 활용한 위성 원격탐사에 주로 영향을 미치는 대기연직구조, 이산화탄소와 오존, 지표면온도의 일 변동, 지표면 방출률 그리고 위성의 관측각에 대해 민감도 실험을 실시하였다. 이때 분리대기창 기법 활용 가능성을 평가하기 위해 중적외 파장역을 투과율을 근거로 2개의 밴드로 분리한 후민감도를 분석한 결과 밴드와 관계없이 대기연직구조에 가장 큰 영향을 받으며 지표면 방출률, 지표면온도의일 변동, 위성의 관측각 순으로 영향을 받았다. 주요 변인 실험 모두에서 대기의 창에 해당되는 밴드 1은 민감도가 낮은 반면 오존과 수증기 흡수가 포함된 밴드 2에서는 민감도가 높아서 분리대기창 기법을 활용하여 지표면온도 산출이 가능할 것으로 판단하였다. 중적외 2개 밴드와 다양한 변인들을 이용하여 개발된 지표면온도산출식은 복사모의 시 입력된 기준 지표면온도와 상관계수, 편의 그리고 root mean squared error (RMSE)가 각각 0.999, 0.023K과 0.437K의 수준을 보였다. 또한 26개의 현장관측 지표면온도 자료로 검증한 결과 상관계수는0.993, 편의는 1.875K, RMSE는 2.079K을 보였다. 본 연구의 결과는 대기 및 지표면 조건이 야간의 중적외 두 밴드에 미치는 영향이 다른 특성을 이용하여 지표면온도를 산출할 수 있음을 제시한다. 따라서 향후에는 중적외파장역 센서를 탑재한 위성자료를 이용하여 지표면온도를 산출하고 그 수준을 평가해 볼 필요가 있다.

영어초록

In this study, the sensitivity of the mid-infrared radiance to atmospheric and surface factorswas analyzed using the radiative transfer model, MODerate resolution atmospheric TRANsmission(MODTRAN6)’s simulation data. The possibility of retrieving the land surface temperature (LST) usingonly the mid-infrared bands at night was evaluated. Based on the sensitivity results, the LST retrievalalgorithm that reflects various factors for night was developed, and the level of the LST retrievalalgorithm was evaluated using reference LST and observed LST. Sensitivity experiments wereconducted on the atmospheric profiles, carbon dioxide, ozone, diurnal variation of LST, land surfaceemissivity (LSE), and satellite viewing zenith angle (VZA), which mainly affect satellite remote sensing.
To evaluate the possibility of using split-window method, the mid-infrared wavelength was dividedinto two bands based on the transmissivity. Regardless of the band, the top of atmosphere (TOA)temperature is most affected by atmospheric profile, and is affected in order of LSE, diurnal variationof LST, and satellite VZA. In all experiments, band 1, which corresponds to the atmospheric window,has lower sensitivity, whereas band 2, which includes ozone and water vapor absorption, has highersensitivity. The evaluation results for the LST retrieval algorithm using prescribed LST showed thatthe correlation coefficient (CC), the bias and the root mean squared error (RMSE) is 0.999, 0.023Kand 0.437K, respectively. Also, the validation with 26 in-situ observation data in 2021 showed that theCC, bias and RMSE is 0.993, 1.875K and 2.079K, respectively. The results of this study suggest that the LST can be retrieved using different characteristics of the two bands of mid-infrared to theatmospheric and surface conditions at night. Therefore, it is necessary to retrieve the LST using satellitedata equipped with sensors in the mid-infrared bands.

참고자료

· 없음