This study has developed a technique to divide the aerosol optical depth of the entire aerosol (${\tau}_{total}$) into the dust optical depth (${\tau}_D$) and the pollution particle optical depth (${\tau}_P$) using the AERONET sun/sky radiometer data provided in Version 3. This method was applied to the analysis of AERONET data observed from 2006 to 2016 in Beijing, China, Seoul and Gosan, Korea and Osaka, Japan and the aerosol optical depth trends of different types of atmospheric aerosols in Northeast Asia were analyzed. The annual variation of ${\tau}_{total}$ showed a tendency to decrease except for Seoul where observation data were limited. However, ${\tau}_D$ tended to decrease when ${\tau}_{total}$ were separated as ${\tau}_D$ and ${\tau}_P$, but ${\tau}_P$ tended to increase except for Osaka. This is because the concentration of airborne aerosols, represented by Asian dust in Northeast Asia, is decreased in both mass concentration and optical concentration. However, even though the mass concentration of pollution particles generated by human activity tends to decrease, Which means that the optical concentration represented as aerosol optical depth is increasing in Northeast Asia.
Aerosol indirect radiative forcing of climate change is considered the most uncertain forcing of climate change over the industrial period, despite numerous studies demonstrating such modification of cloud properties and several studies quantifying resulting changes in shortwave radiative fluxes. Detection of this effect is made difficult by the large inherent variability in cloud liquid water path (LWP): the dominant controlling influence of LWP on optical depth and albedo masks any aerosol influences. Here we have used ground-based remote sensing of cloud optical depth (${\tau}_c$) by narrowband radiometry and LWP by microwave radiometry to determine the dependence of optical depth on LWP, thereby permitting examination of aerosol influence. The method is limited to complete overcast conditions with liquid-phase single layer clouds, as determined mainly by millimeter wave cloud radar. The results demonstrate substantial (factor of 2) day-to-day variation in cloud drop effective radius at the ARM Southern Great Plains site that is weakly associated with variation in aerosol loading as characterized by light-scattering coefficient at the surface. The substantial scatter suggests the importance of meteorological influences on cloud drop size as well, which should be analyzed in the further intensive studies. Meanwhile, it is notable that the decrease in cloud drop effective radius results in marked increase in cloud albedo.
Using the NASA's Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, version 2 (MERRA-2) reanalysis for aerosol optical depth (AOD) and satellite-observed carbon monoxide (CO) data, we examined the basic pattern of AOD variations over the three polar stations of Korea: Jangbogo and King Sejong stations in the Antarctica, and Dasan station in the Arctic area. AOD values at King Sejong and Dasan station show the maximum peaks in spring, which looks associated with the high amount of atmospheric CO emitted from the natural burning and the biomass burning. Jangbogo station shows the much less AOD compared to other two stations, and seems not strongly affected by the transport of airborne particles generated from mid-latitude regions. All three polar stations show the AOD increasing trend in general, indicating that the polar background air quality becomes polluted.
The radiative properties of atmospheric aerosol are determined by the mass and chemical characteristics, and optical properties such as aerosol optical depth (AOD), ngstr m parameter ( $\alpha$) and single scattering albedo (SSA). In particular these aerosol optical properties also determine surface temperature perturbation that may give some information in understanding the regional atmospheric radiative forcing. For understanding the radiative forcing and regional surce of aerosol, this paper summarizes and compares the aerosol optical properties results from and compares the atmospheric aerosol optical properties results from two different experiments: Anmyeon 2000 and Jeju 2001. Korea Global Atmosphere Watch Observatory (KGAWO) at Anmyeon island and ACE-Asia super-site at Gosan Jeju island have measured the radiations and aerosols since the year of 2000. The sites are located in the mid-west and south of Korea peninsula where it is strongly affected by the Asian dust coming from China region in every spring. Aerosol optical properties over both sites were measured through the ground-based sun and sky radiometers were analyzed for understanding the radiation and climate properties. Number concentration and chemical components of aerosol were additionally analyzed for the source estimation in the transportation. The frequency distributions of aerosol optical depth are rather narrow with a modal vaiue of 0.38 at both sites. However, the distributions of show one peak (1.13) at Jeju but two peaks (0.63 and 1.13) at Anmyeon. In the cases of Anmyeon, one peak around 0.63 corresponds to relatively dust-free cases, and the second peak around 1.13 characterizes the situation when Asian dust is presented. The correlation between AOD and resulted high correlation on the wide range with high values of optical depth at Anmyeon, otherwise a narrow range of with moderate to low AOD at Jeju. In dust free condition SSA decrease with waveleneth while in the presence of Asian dust SSA either stays neutral or increases slightly with wavelength. The change of surface temperature shows the stronger positive correlations with aerosol optical depth increase at Anmyeon than Jeju. In the chemical properties the aerosol are related to high concentrations in inorganic matters, SO$^4$, NO$_3$, CA2+ in fine and coarse.
A technique on atmospheric correction algorithm to the multi-band reflectance of Landsat TM imagery has been developed using an atmospheric radiation transfer model for eliminating the atmospheric and surface diffusion effects. Despite the fact that the technique of satellite image processing has been continually developed, there is still a difference between the radiance value registered by satellite borne detector and the true value registered at the ground surface. Such difference is caused by atmospheric attenuations of radiance energy transfer process which is mostly associated with the presence of aerosol particles in atmospheric suspension and surface irradiance characteristics. The atmospheric reflectance depend on atmospheric optical depth and aerosol concentration, and closely related to geographical and environmental surface characteristics. Therefore, when the effects of surface diffuse and aerosol reflectance are eliminated from the satellite image, it is actually corrected from atmospheric optical conditions. The objective of this study is to develop an algorithm for making atmospheric correction in satellite image. The study is processed with the correction function which is developed for eliminating the effects of atmospheric path scattering and surface adjacent pixel spectral reflectance within an atmospheric radiation model. The diffused radiance of adjacent pixel in the image obtained from accounting the average reflectance in the $7{\times}7$ neighbourhood pixels and using the land cover classification. The atmospheric correction functions are provided by a radiation transfer model of LOWTRAN 7 based on the actual atmospheric soundings over the Korean atmospheric complexity. The model produce the upward radiances of satellite spectral image for a given surface reflectance and aerosol optical thickness.
Ice-crystal clouds observation was conducted using a GIST/ADEMRC Multi-wavelength Raman lidar system in order to measure vertical profile and optical depth at Gwangju ($35^{\circ}$10'N, $126^{\circ}$53'E), Korea in December 2002, and March and April 2003. Ice-crystal clouds at high altitude can be distinguished from atmospheric aerosols by high depolarization ratio and high altitude. Ice-crystal clouds were observed at 5~12 km altitudes with a high depolarization ratio from 0.2 to 0.5. Optical depth of ice-crystal clouds had varied from 0.14 to 1.81. The radiative effect of observed ice-crystal cloud on climate system was estimated to be negative net flux in short wavelength (0.25~$4.0{\mu}m$) and positive net flux in short+long wavelength (0.25~$100{\mu}m$) at top of the atmosphere. Net flux by ice-crys tal cloud per unit optical depth was comparable to that of Asian dust.
This study introduces a method for estimating Aerosol Optical Depth (AOD) using Broadband Aerosol Optical Depth (BAOD) derived from direct normal irradiance and meteorological factors observed between 2016 and 2017. Through correlation analyses between BAOD and atmospheric components such as Rayleigh scattering, water vapor, and tropospheric nitrogen dioxide, significant relationships were identified, enabling accurate AOD estimation. The methodology demonstrated high correlation coefficients and low Root Mean Square Errors (RMSE) compared to actual AOD500 measurements, indicating that the attenuation effects of water vapor and the direct impact of tropospheric nitrogen dioxide concentration are crucial for precise aerosol optical depth estimation. The application of BAOD for estimating AOD500 across various time scales-hourly, daily, and monthly-showed the approach's robustness in understanding aerosol distributions and their optical properties, with a high coefficient of determination (0.96) for monthly average AOD500 estimates. This study simplifies the aerosol monitoring process and enhances the accuracy and reliability of AOD estimations, offering valuable insights into aerosol research and its implications for climate modeling and air quality assessment. The findings underscore the viability of using BAOD as a surrogate for direct AOD500 measurements, presenting a promising avenue for more accessible and accurate aerosol monitoring practices, crucial for improving our understanding of aerosol dynamics and their environmental impacts.
The traditional approach to inverting aerosol extinction makes use of the assumption of a constant LIDAR ratio in the entire Mie-LIDAR signal profile using the Fernald method. For the large uncertainty in the cloud optical depth caused by the assumed constant LIDAR ratio, an not negligible error of the retrieved aerosol extinction below the cloud will be caused in the backward integration of the Fernald method. A new algorithm to determine aerosol extinction below a cirrus cloud from Mie-LIDAR signals, based on a new cloud boundary detection method and a Mie-LIDAR signal modification method, combined with the backward integration of the Fernald method is developed. The result shows that the cloud boundary detection method is reliable, and the aerosol extinction below the cirrus cloud found by inverting from the modified signal is more efficacious than the one from the measured signal including the cloud-layer. The error due to modification is less than 10% taken in our present example.
Atmospheric correction of satellite measurements is a major step to estimate accurate surface reflectance of solar spectrum channels. In this study, Simplified Method for the Atmospheric Correction (SMAC) radiative transfer model used to retrieve surface reflectance from MODIS (MODerate resolution Imaging Spectrometer) top of atmosphere (TOA) reflectance. It is fast and simple atmospheric correction method, so it uses for work site operation in various satellite. This study attempts a test of accuracy of SMAC through a sensitivity test to detected error sources and to improve accuracy of surface reflectance using SMAC. The results of SMAC as compared with MODIS surface reflectance (MOD09) was represented that low accuracy ($R^2\;=\;0.6196$, Root Means Square Error (RMSE) = 0.00031, bias = - 0.0859). Thus sensitivity analysis of input parameters and coefficients was conducted to searching error sources. Among the input parameters, Aerosol Optical Depth (AOD) is the most influence input parameter. In order to modify AOD term in SMAC code, Stepwise multiple regression was performed with testing and remove variable in three stages with independent variables of AOD at 550nm, solar zenith angle, viewing zenith angle. Surface reflectance estimation by using Newly proposed AOD term in the study showed that improve accuracy ($R^2\;=\;0.827$, RMSE = 0.00672, bias = - 0.000762).
한국환경과학회 2003년도 International Symposium on Clean Environment
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pp.232-235
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2003
In general, the parameters of climate change include aerosol chemical compounds, aerosol optical depth, greenhouse gases(carbon dioxide, CFCs, methane, nitrous oxide, tropospheric ozone), ozone distribution, precipitation acidity and chemical compounds, persistent organic pollutants and heavy metals, radioactivity, solar radiation including ultra-violet and standard meteorological parameters. Over the last ten years, the monitoring activities of Korea regarding to the climate change have been progressed within the WMO GAW and ACE-Asia IOP programs centered at the observation sites of Anmyeon and Jeju Gosan islands respectively. The Greenhouse gases were pointed out that standard air quality monitoring techniques are required to enhance data comparability and that data presentation formats need to be harmonized and easily understood. Especially, the impact of atmospheric aerosols on climate depends on their optical properties, which, in turn, are a function of aerosol size distribution and the spectral reflective indices. Aerosol optical depth and single scattering albedo in the visible are used as the two basic parameters in the atmospheric temperature variation studies. The former parameter is an indicator of the attenuation power of aerosols, while the latter represents the relative strength of scattering and absorption by aerosols. For aerosols with weak absorption, surface temperature decreases as the optical depth increases because of the domination of backscattering. For aerosols with strong absorption, however, warming could occur as the optical depth increases. The objective of the study is to characterize the means, variability, and trends of Greenhouse gases and aerosol properties on a regional basis using data from its baseline observatories in Korea peninsula. A further goal is to understand the factors that control radiative forcing of the greenhouse and aerosol.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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