Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.6
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pp.629-640
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2008
This study investigates long-term trends and characteristics of aerosol optical depth ($\tau_a$) and Angstrom exponent (${\AA}$) around Korea in order to understand aerosol effects on the regional climate change. The analysis period is mainly from 1999 to 2006, and the analysis sites are Anmyun and Gosan, the background monitoring sites in Korea, and two other sites of Xianghe in China and Shirahama in Japan. The annual variations of $\tau_a$ at Anmyun and Gosan have slightly systematic increasing and decreasing trends, respectively. $\tau_a$ at Anmyun shows more substantial variation, probably because of it's being closer and vulnerable to anthropogenic influence from China and/or domestic sources than Gosan. Both values at Gosan and Anmyun are approximately 1.5 times greater than those at Shirahama. The monthly variation of $\tau_a$ exhibits the highest values at late Spring and the lowest at late-Summer, which are thought to be associated with the accumulation of fine aerosol formed through the photochemical reaction before the Jangma period and the scavenging effect after the Jangma period, respectively. Meanwhile, the episode-average $\tau_a$ for the Yellow dust period increases 2 times greater than that for the non-Yellow dust period. A significant decrease in ${\AA}$ for the Yellow dust period is attributable to an increase in the loading of especially the coarse particles. Also we found no weekly periodicity of $\tau_a$'s, but distinct weekly cycle of $PM_{10}$ concentrations, such as an increase on weekdays and a decrease on weekends at Anmyun and Gosan. We expect these findings would help to initiate a study on aerosol-cloud interactions through the combination of surface aerosol and satellite remote sensing (MODIS, Calipso and CloudSat) in East Asia.
Aerosol optical properties from the radiation measurements by SKYNET PREDE skyradiometers, POM-01 and POM-02 were compared during the inter-calibration campaign at Seoul in February 2009. The monochromatic solar flux at the top of the atmosphere ($F_0$) gave a relative standard deviation (RSD) of 9-10% for both instruments. This comparatively high value of RSD was probably because $F_0$ was determined at short time intervals, in the morning and afternoon, using the measurements made in the polluted environment of Seoul. Although POM-02 was more effective in tracking the solar radiation, aerosol optical depths (AODs) from the two instruments were very similar after the cloud screening procedure. The squared correlation coefficients ($R^2$) of single scattering albedo (SSA) and real and imaginary refractive indices between the two instruments was around 0.5 but increased to 0.7-0.8 when only using AOD greater than 0.4. Nevertheless, mean values of the Angstrom exponent, SSA, and the imaginary refractive index of POM-02 were higher than those of POM-01.
The Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) on board the Communication Ocean Meteorological Satellite (COMS), the first geostationary ocean color sensor, requires accurate atmospheric correction since its eight bands are also affected by atmospheric constituents such as gases, molecules and atmospheric aerosols. Unlike gases and molecules in the atmosphere, aerosols can interact with sunlight by complex scattering and absorption properties. For the purpose of qualified ocean remote sensing, understanding of aerosol-radiation interactions is needed. In this study, we show micro-physical and optical properties of aerosols using the Optical Property of Aerosol and Cloud (OPAC) aerosol models. Aerosol optical properties, then, were used to analysis the relationship between theoretical satellite measured radiation from radiative transfer calculations and aerosol optical thickness (AOT) under various environments (aerosol type and loadings). It is found that the choice of aerosol type makes little different in AOT retrieval for AOT<0.2. Otherwise AOT differences between true and retrieved increase as AOT increases. Furthermore, the differences between the AOT and angstrom exponent from standard algorithms and this study, and the comparison with ground based sunphotometer observations are investigated. Over the northeast Asian region, these comparisons suggest that spatially averaged mean AOT retrieved from this study is much better than from standard ocean color algorithm. Finally, these results will be useful for aerosol retrieval or atmospheric correction of COMS/GOCI data processing.
Air-borne pollen, biogenically created aerosol particle, influences Earth's radiative balance, visibility impairment, and human health. The importance of pollens has resulted in numerous experimental studies aimed at characterizing their dispersion and transport, as well as health effects. There is, however, limited scientific information concerning the optical properties of airborne pollen particles contributing to total ambient aerosols. In this study, for the first time, optical characteristics of pollen such as aerosol backscattering coefficient, aerosol extinction coefficient, and depolarization ratio at 532 nm and their effect to the atmospheric aerosol were studied by lidar remotes sensing technique. Dual-Lidar observations were carried out at the Gwangju Institute of Science & Technology (GIST) located in Gwagnju, Korea ($35.15^{\circ}E$, $126.53^{\circ}N$) for a spring pollen event from 5 to 7 May 2009. The pollen concentration was measured at the rooftop of Gwangju Bohoon hospital where the building is located 1.0 km apart from lidar site by using Burkard trap sampler. During intensive observation period, high pollen concentration was detected as 1360, 2696, and $1952m^{-3}$ in 5, 6, and 7 May, and increased lidar return signal below 1.5km altitude. Pollen optical depth retrieved from depolarization ratio was 0.036, 0.021, and 0.019 in 5, 6, and 7 May, respectively. Pollen particles mainly detected in daytime resulting increased aerosol optical depth and decrease of Angstrom exponent.
Noh Young Min;Kim Young Min;Kim Young Joon;Choi Byoung Chul
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.22
no.1
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pp.1-14
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2006
Tropospheric aerosols are highly variant in time and space due to non-uniform source distribution and strong influence of meteorological conditions. Backscatter lidar measurement is useful to understand vertical distribution of aerosol. However, the backscatter lidar equation is undetermined due to its dependence on the two unknowns, extinction and backscattering coefficient. This dependence necessitates the exact value of the ratio between two parameters, that is, the lidar ratio. Also, Iidar ratio itself is useful optical parameter to understand properties of aerosols. Tropospheric aerosols were observed to understand variance of lidar ratio at Anmyeon island ($36.32^{/circ}N$, $126.19^{/circ}E$), Korea using a multi-wavelength raman lidar system developed by the Advanced Environmental Monitoring Research Center (ADEMRC), Gwangju Institute Science and Technology (GIST), Korea during measurement periods; March 15$\sim$April $16^{th}$, 2004 and May 24$\sim$$8^{th}$ 2005. Extinction coefficient, backscattering coefficient, and lidar ratio were measured at 355 and 532 nm by the Raman method. Different types of aerosol layers were distinguished by the differences in the optical properties such as Angstrom exponent, and lidar ratio. The average value of lidar ratio during two observation periods was found to be $50.85\pm4.88$ sr at 355 nm and $52.43\pm15.15$ sr at 532 nm at 2004 and $57.94\pm10.29$ sr at 355 nm and $82.24\pm15.90$ sr at 532 nm at 2005. We conduct hysplit back-trajectory to know the pathway of airmass during the observation periods. We also calculate lidar ratio of different type of aerosol, urban, maritime, dust, continental aerosols using OPAC (Optical Properties of Aerosols and Clouds), Remote sensing of atmospheric aerosol using a multi-wavelengh lidar system with Raman channels is quite and powerful tool to characterize the optical propertises of troposheric aerosols.
Aerosol observation with Raman LIDAR in NIES (National Institute for Environmental Studies, Japan) LIDAR network was conducted from 17 April to 12 June 2008 over Beijing, China. The aerosol optical properties derived from Raman LIDAR were compared with the retrieved data from sun photometer and sky radiometer observations in the Aerosol Robotic Network (AERONET). The comparison provided the complete knowledge of aerosol optical and physical properties in Beijing, especially in pollution and Asian dust events. The averaged aerosol optical depth (AOD) at 675 nm was 0.81 and the Angstrom exponent between 440 nm and 675 nm was 0.99 during experiment. The LIDAR derived AOD at 532 nm in the planetary boundary layer (PBL) was 0.48, which implied that half of the total AOD was contributed by the aerosol in PBL. The corresponding averaged LIDAR ratio and total depolarization ratio (TDR) were 48.5sr and 8.1%. The negative correlation between LIDAR ratio and TDR indicated the LIDAR ratio decreased with aerosol size because of the high TDR associated with nonspherical and large aerosols. The typical volume size distribution of the aerosol clearly demonstrated that the coarse mode radius located near 3 ${\mu}m$ in dust case, a bi-mode with fine particle centered at 0.2 ${\mu}m$ and coarse particle at 2 ${\mu}m$ was the characteristic size distribution in the pollution and clean cases. The different size distributions of aerosol resulted in its different optical properties. The retrieved LIDAR ratio and TDR were 41.1sr and 19.5% for a dust event, 53.8sr and 6.6% for a pollution event as well as 57.3sr and 7.2% for a clean event. In conjunction with the observed surface wind field near the LIDAR site, most of the pollution aerosols were produced locally or transported from the southeast of Beijing, whereas the dust aerosols associated with the clean air mass were transported by the northwesterly or southwesterly winds.
The spatial and temporal variations of aerosol optical depth (AOD) over Northeast Asia regions have special importance in the aerosol research for estimation of aerosol radiative forcing parameters and climate change. Aerosol optical and physical properties (AOD and ${\AA}$ngstrom parameter) have been investigated by using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) Aerosol Index (AI) to estimate aerosol characteristics over the study region during 2001. Additionally, aerosol characteristics over the Korean peninsular during Aerosol Characteristic Experiment in Asia (ACE-Asia) Intensive Observation Period (IOP) have been investigated by using satellite observations. The results showed that the daily-observed aerosol data indicate seasonal variations with relatively higher aerosol loading in the spring and very low during the winter. The typical Asian dust case showed higher AOD (>0.7) with lower Angstrom exponent (<0.5) and higher AI (>0.5) that is mainly due to the composition of coarse particles in the springtime. Mean AOD for 2001 at 4 different places showed 0.65$\pm$0.37 at Beijing, 0.31$\pm$0.19 at Gosan, 0.54$\pm$0.26 at Seoul, and 0.38$\pm$0.19 at Kwangju, respectively. An interesting result was found in the present study that polluted aerosol events with small size dominated-aerosol loading around the Korean peninsular are sometimes observed. The origin of these polluted aerosols was thought to East China. Aerosol distribution from satellite images and trajectory results shows the proof of aerosol transport. Therefore, aerosol monitoring using satellite data is very useful.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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