Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.24
no.4
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pp.383-392
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2008
In order to clarify the influence of the change of urban surface albedo on mesoscale meteorological factors during the summertime, numerical experiments with various albedo of urban surface were carried out. Numerical model used in this study is PSU/NCAR MM5 V3.6. As a result of the numerical simulation intended of Busan assumed the increase of albedo of roofs, buildings, or roads, the increase of albedo can make decrease radiation effect of surface, so that it caused drops in ambient air temperature from $0.5^{\circ}C$ to $1^{\circ}C$ on the average, and the downtown of Busan formed along the trough presented a substantial drop in ambient air temperature about $1.5^{\circ}C$. Modeling studies suggest the increased surface albedo in urban area can reduce surface and air temperatures near the ground and affect related meteorological parameters such as winds and the depth of the mixed boundary layer.
Energy Balance Model (EBM) was used to experiment the distribution of surface equilibrium temperature which responds to external forcing associated with the surface characteristics. Surface equilibrium temperature is calculated as sum of incoming solar radiation and latitudinal transport is balanced with outgoing infrared radiation. To treat incoming solar radiation, the source of the earth energy, significantly for energy balance, the experiment for surface equilibrium temperature distribution was performed considering the energy balance with the latitudinal albedo change as well as land and sea distribution. In addition, linear albedo change experiment, arctic albedo 5%, 10%, 15% change experiments and the opposite albedo change experiments between arctic and mid-latitudes were performed using incoming solar radiation as an external forcing. Moreover, with and without ice-albedo feedback experiments were performed. Increasing of arctic albedo is blocked out the incoming solar radiation so that it induces decreasing of latitudinal heat transport. It is strengthened energy transport from low latitudes by keeping arctic low energy states. Therefore the temperature change in the mid-latitudes exhibits larger response than that of arctic due to the difference of transport. The land which has lower heat capacity than sea can be reach to equilibrium temperature shortly. Also land is more sensitive to temperature change with respects to albedo. Thus it induces the thermal difference between land and sea. As a result, the equilibrium temperature exhibits differently as the difference of albedo and heat capacity which are the one of surface characteristics. Surface equilibrium temperature decreases as albedo increase and the ratio of temperature change is large as heat capacity is small. The decreasing of surface equilibrium temperature with respects to increasing of linear albedo is accelerated by ice-albedo feedback. However local change of surface equilibrium temperature decreases non-linearly.
This paper is primarily intended to present quantitative evidences for land surface albedo difference among seven metropolitan cites in South Korea. An empirical study for experimental sites was conducted to confirm how a standard MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) instrument offers the viable method of measuring and comparing the regional heterogeneity of albedo among administrative districts. The metropolitan cities like Seoul located in dense building environment do result in much lower albedo than those exposed in much more sub-urban surface (e.g KwangJoo). These experimental results indicate that an urban surface such as building and road is a crucial explanatory variable for lower albedo. It is confirmed that the urban surface such as building and road could be employed as a proxy of the lower albedo burden in the metropolitan area. It is anticipated that this research output could be used as a valuable reference to confirm the potential of introducing the new concept of "administrative districts specific albedo management" to support more scientific and objective decision-making in the process of GHG (Greenhouse Gas) reduction project.
Na-youn Kim;Eun-sub Kim;Seok-hwan Yun;Zheng-gang Piao;Sang-hyuck Kim;Sang-jun Nam;Hwa-Jun Jea;Dong-kun Lee
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.26
no.1
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pp.47-59
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2023
Due to climate change and urbanization, abnormally high temperatures and heat waves are expected to increase in urban and deteriorate thermal comfort. Planting of street trees and changing the albedo of urban surfaces are the strategies for mitigating the thermal environment of urban, and both of these strategies affect the exposure and blocking of radiative fluxes to pedestrians. After measuring the shortwave and longwave radiation according to the ground surface with different albedo and the presence of street trees using the CNR4 net radiometer, this study analyzed the relationship between this two strategies in terms of thermal environment mitigation by calculating the MRT(Mean Radiant Temperature) of each environment. As a result of comparing the difference between the downward shortwave radiation measured under the right tree and at the control, the shortwave radiation blocking effect of the tree increased as the downward shortwave radiation increased. During daytime hours (from 11 am to 3 pm), the MRT difference caused by the albedo difference(The albedo of the surfaces are 0.479 and 0.131, respectively.) on surfaces with no tree is approximately 3.58℃. When tree is present, the MRT difference caused by the albedo difference is approximately 0.49℃. In addition, in the case of the light-colored ground surface with high albedo, the surface temperature was low and the range of temperature change was lower than the surrounding surface with low albedo. This result shows that the urban thermal environment can be midigate through the planting of street trees, and that the ground surface with high albedo can be considered for short pedestrians. These results can be utilized in planning street and open space in urban by choosing surfaces with high albedo along with the shading effect of vegetation, considering the use by various users.
Increasing of impervious surface resulting from urban development has negative impacts on urban environment. Therefore, it is absolutely necessary to estimate and quantify the temporal and spatial aspects of impervious area for study of urban environment. In many cases, conventional image classification methods have been used for analysis of impervious surface fraction. However, the conventional classification methods have shortcoming in estimating impervious surface. The DN value of the each pixel in imagery is mixed result of spectral character of various objects which exist in surface. But conventional image classification methods force each pixel to be allocated only one class. And also after land cover classification, it is requisite to additional work of calculating impervious percentage value in each class item. This study used the spectral mixture analysis to overcome this weakness of the conventional classification methods. Four endmembers, vegetation, soil, low albedo and high albedo were selected to compose pure land cover objects. Impervious surface fraction was estimated by adding low albedo and high albedo. The study area is the Tanchon watershed which has been rapidly changed by the intensive development of housing. Landsat imagery from 1988, 1994 to 2001 was used to estimate impervious surface fraction. The results of this study show that impervious surface fraction increased from $15.6\%$ in 1988, $20.1\%$ in 1994 to $24\%$ in 2001. Results indicate that impervious surface fraction can be estimated by spectral mixture analysis with promising accuracy.
This study carried out to understand the thermal characteristics of various surface material which compose the city through the observation in the summer. To examine passive cooling effect of planting of building, it is arranged four different materials that is natural grass, grass block, concrete slab and artificial grass. The results of this study are as follows; (1) Natural grass and grass block show the lower surface temperature because of the structures of leaf can do more thermal dissipation effectively. (2) There is little surface temperature between artificial grass and concrete. But there is little high surface temperature difference between natural grass and concrete because of latent heat effect. (3) The concrete can play a role of the tropical nights phenomenon as high heat capacity of concrete compare with other materials. (4) It is nearly same color in artificial grass and natural grass but there is large difference between natural grass and artificial grass at albedo. There is different albedo in near infrared ray range. (5) A short wave radiation gives more effect at the globe temperature than long wave radiation. (6) The artificial turf protected the slab surface temperature increase in spite of thin and low albedo materials.
AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer) on NOAA satellite provides data in five spectral, one in visible range, one in near infrared and three in thermal range. In this paper, application of NOAA/AVHRR data is studied for environment monitoring such as cloud top temperature, surface temperature, albedo, sea surface temperature, vegetation index, forest fire, flood, snow cover and so on. The analyses for cloud top temperature, surface temperature, albedo, sea surface temperature, vegetation index and forest fire showed reasonable agreement. But monitoring for flood and snow cover was uneasy due to the limitations such as cloud contamination, low spatial resolution. So this research had only simple purpose to identify well-defined waterbody for dynamic monitoring of flood. Based on development of these basic algorithms, we have a plan to further reseach for environment monitoring using AVHRR data.
In recent years, the urban thermal environment has become worse, such as days on which the temperature goes above $30^{\circ}C$, sultry nights and heat stroke increase, due to the changes in terrestrial cover such as concrete and asphalt and increased anthropogenic heat emission accompanied by artificial structure. The land use type is an important determinant to near-surface air temperature. Due to these reasons we need to understand and improve the urban thermal environment. In this study, the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model(MMS) was applied to the metropolitan of Daegu area in order to investigate the influence of land cover changes and urban modifications increase of Albedo to the surface energy budget on the simulated near-surface air temperature and wind speed. The single urban category in existing 24-category U.S. Geological survey land cover classification used in MM5 was divided into 6 classes to account for heterogeneity of urban land cover. As a result of the numerical simulation intended for the metropolitan of Daegu assumed the increase of Albedo of roofs, buildings, or roads, the increase of Albedo (Cool scenario)can make decrease radiation effect of surface, so that it caused drops in ambient air temperature from 0.2 to 0.3 on the average during the daylight hours and smaller (or near-zero) decrease during the night. The Sensible heat flux and Wind velocity is decreased. Modeling studies suggest that increased surface albedo in urban area can reduce surface and air temperatures near the ground and affect related meteorological parameters such as winds, surface air temperature and sensible heat flux.
Albedo is one of the climate variables that modulate absorption of solar energy, and its retrieval is important process for climate change study. High spatial resolution and long-term consistent periods are important considerations in order to efficiently use the retrieved albedo data. This study retrieved surface broadband albedo based on Landsat 8 as high resolution which is consistent with Landsat 7. First of all, we analyzed consistency of Landsat 7 channel and Landsat 8 channel. As a result, correlation coefficient(R) on all channels is average 0.96. Based on this analysis, we used multiple linear regression model using Landsat 7 albedo, which is being used in many studies, and Landsat 8 reflectance channel data. The regression coefficients of each channel calculated by regression analysis were used to derive a formula for converting the Landsat 8 reflectance channel data to broadband albedo. After Landsat 8 albedo calculated using the derived formula is compared with Landsat 7 albedo data, we confirmed consistency of two satellite using Root Mean Square Error (RMSE), R-square ($R^2$) and bias. As a result, $R^2$ is 0.89 and RMSE is 0.003 between Landsat 7 albedo and Landsat 8 albedo.
This study was to analyze the change in albedo by level-2 land cover map for 20 years(2002-2021) using MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. Also, the difference from the MODIS data was analyzed using the 10-year (2012-2021) data of Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS). For the albedo data of MODIS and VIIRS, daily albedo data, MCD43A3 and VNP43IA, of 500 m spatial resolution of sinusoidal tile grid produced by Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) model were prepared for the South Korea range. Reprojection was performed using the code written based on Python 3.9, and the nearest neighbor was applied as the resampling method. White sky albedo and black sky albedo of shortwave were used for analysis. As a result of 20-year albedo analysis using MODIS data, the albedo tends to rise in all land use. Compared to the 2000s (2002-2011), the average albedo of the 2010s (2012-2021) showed the most significant increase of 0.0027 in the forest area, followed by the grass increase of 0.0024. As a result of comparing the albedo of VIIRS and MODIS, it was found that the albedo of VIIRS was larger from 0.001 to 0.1, which was considered to be due to differences in the surface reflectivity according to the time of image capture and sensor characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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