The vertical profiles and optical properties of Asian dust are investigated using ground-based measurements from 1998 to 2002. Vertical profiles of aerosol extinction coefficient are evaluated using MPL (Micro Pulse Lidar) data. Optical parameters such as aerosol optical thickness ($\tau$), ${\AA}ngstr\ddot{o}m$ exponent ($\alpha$), single scattering albedo ($\omega$), refractive index, and volume size distribution are analyzed with sun/sky radiometer data for the same period. We can separate aerosol vertical profiles into three categories. First category named as 'Asian dust case', which aerosol extinction coefficient is larger than $0.15km^{-1}$ and dust layer exists from surface up to 3-4km. Second category named as 'Elevated aerosol case', which aerosol layer exists between 2 and 6km with 1-2.5km thickness, and extinction coefficient is smaller than $0.15km^{-1}$. Third category named as 'Clear sky case', which aerosol extinction coefficient appears smaller than $0.15km^{-1}$. and shows that diurnal variation of background aerosol in urban area. While optical parameters for first category indicate that $\tau$ and $\alpha$ are $0.63{\pm}0.14$, $0.48{\pm}0.19$, respectively. Also, aerosol volume concentration is increased for range of 1 and $4{\mu}m$, in coarse mode. Optical parameters for second category can be separated into two different types. Optical properties of first type are very close to Asian dust cases. Also, dust reports of source region and backward trajectory analyses assure that these type is much related with Asian dust event. However, optical properties of the other type are similar to those of urban aerosol. For clear sky case, $\tau$ is relatively smaller and $\alpha$ is larger compare with other cases. Each case shows distinct characteristics in aerosol optical parameters.
Cloud amount calculation algorithm was developed using MTSAT-1R satellite data. The cloud amount is retrieved at 5 km ${\times}$ 5 km over the Korean Peninsula and adjacent sea area. The algorithm consists of three steps that are cloud detection, cloud type classification, and cloud amount calculation. At the first step, dynamic thresholds method was applied for detecting cloud pixels. For using objective thresholds in the algorithm, sensitivity test was performed for TBB and Albedo variation with temporal and spatial change. Detected cloud cover was classified into 3 cloud types (low-level cloud, cirrus or uncertain cloud, and cumulonimbus type high-level cloud) in second step. Finally, cloud amount was calculated by the integration method of the steradian angle of each cloud pixel over $3^{\circ}$ elevation. Calculated cloud amount was compared with measured cloud amount with eye at surface observatory for the validation. Bias, RMSE, and correlation coefficient were 0.4, 1.8, and 0.8, respectively. Validation results indicated that calculated cloud amount was a little higher than measured cloud amount but correlation was considerably high. Since calculated cloud amount has 5km ${\times}$ 5km resolution over Korean Peninsula and adjacent sea area, the satellite-driven cloud amount could show the possibility which overcomes the temporal and spatial limitation of measured cloud amount with eye at surface observatory.
The Earth's surface temperature still continues to rise, and extreme weather phenomena such as heat waves, drought, and precipitation have been repeated every year. It is reported that international communities attribute the main cause of the Earth's surface temperature rise to the excessive use of the fossil energy. Recently, the damage caused by climate change is getting worse, and the place where we live is suffering the most. Cities have been continuously growing not only meeting the basic functions of human habitation, work and leisure but also being places for various economic and social activities. But Cities, the victims of climate change, have grown only considering human needs and convenience rather than predicting their physical and ecological systems(Albedo effects, urban microclimate, resources and energy of the circulatory system, etc). In other words, the cities offer the cause of the problems of climate change, and even worsen the extreme weather phenomena without coping with them. Therefore, it is urgent priorities to protect the climate, to prevent the causes of the extreme weather phenomena and to enhance the adaptive capacity for the worse weather events. This study is to derive the concept for adapting to these climate changes which can make cities escape from exposure to these climate change impacts and make themselves safer places to live. And it analyzes some European cities and present developing models to implement planning methods. In this study, the concept of the climate adaptive cities will be suggested to prepare the adaptation measures for urban planners, and climate change adaptation models will be presented by analyzing some preliminary cases.
Lee, Jin-Yong;Lim, Hyoun Soo;Yoon, Ho Il;Kim, Poongsung
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.20
no.5
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pp.16-25
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2015
The City of Boulder is located at an average elevation of 1,655 m (5,430 feet), the foothills of the Rocky Mountains in Colorado. Its daily air temperature is much varying and snow is very frequent and heavy even in spring. This paper examines characteristics of shallow (surface and depth = 10 cm) soil temperatures measured from January to May 2015 in the high elevation city Boulder, Colorado. The surface soil temperature quickly responded to the air temperature with the strongest periodicity of 1 day while the subsurface soil temperatures showed a less correlation and delayed response with that. The short-time Fourier of the soil temperatures uncovered their very low frequencies characteristics in heavy snow days while it revealed high frequencies of their variations in warm spring season. The daily minimum air temperature exhibited high cross-correlations with the soil temperatures without lags unlike the maximum air temperature, which is derived from its higher and longer auto-correlation and stronger spectrums of low frequencies than the maximum air temperature. The snow depth showed an inverse relationship with the soil temperature variations due to snow's low thermal conductivity and high albedo. Multiple regression for the soil temperatures using the air temperature and snow depth presented its predicting possibility of them even though the multiple r2 of the regression is not that much satisfactory (r2 = 0.35-0.64).
A 3D sonic anemometer has been installed at Yongpyong alpine slope since Oct. 23th 2014 to observe the slope winds and to analyze turbulent characteristics with the change in surface cover (grass and snow) and the synoptic wind strength. Eddy covariance method has been applied to calculate the turbulent quantity after coordinate transformation of a planar-fit rotation. We have carefully selected 3 good episodes in the winter season (23 October 2014 to 28 February 2015) for each category (9 days in total), such as grass and snow covers in case of weak synoptic wind condition, and grass cover of strong synoptic wind. The diurnal variations of the slope winds were well developed like the upslope wind in the daytime and downslope wind in the nighttime for both surface covers (grass and snow) in the weak synoptic forcing, when accordingly both heat and momentum fluxes significantly increased in the daytime and decreased in the nighttime. Meanwhile, diurnal variation of heat flux was not present on the snow cover probably in associated with significant fraction of sunlight reflection due to high albedo especially during the daytime in comparison to those on the grass cover. In the strong synoptic regime, the most dominant feature at Yongpyong, only the southeasterly downslope winds were steadily generated irrespective of day and night with significant increases in momentum flux and turbulent kinetic energy as well, which could suggest that local circulations are suppressed by the synoptic scale forcing. In spite of only one season analysis applied to the limited domain, this kind of an observation-based study will provide the basis for understanding of the local wind circulation in the complex mountain domain such as Gangwon in Korea.
Due to the temporal and spatial variability of the warming at and near the Antarctic Peninsular, it is required to better understand local climate at the issued region. The purpose of the study are to characterize surface radiation, air temperature and wind direction and investigate their relations at the King Sejong Station near the Antarctic Peninsular during last three and half years. While the study site was a weak radiative energy sink (positive net radiation) with annual mean of 15-20 Wm-2, it played a role as a strong sink in summer (December to January) with mean of 85 Wm-2, a magnitude that was significantly larger than those at other surface covered with snow or ice in Antarctica. Monthly averaged air temperature ranged from -7.7-2.8oC and the variations of monthly averaged air temperature showed the distinct differences with year. Northwesterly, westerly and easterly were dominant and the variability of air temperature could be explained by the variability of the frequency of wind direction with cold easterly and warm northwesterly/northerly to some degree, which in turn influenced radiation budget through albedo in summer.
Proceedings of the Korean Environmental Sciences Society Conference
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2003.11a
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pp.51-54
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2003
We analyzed radiative properties of aerosols, $CO^{2}$ and clouds using Optical Properties of Aerosols and Clouds(OPAC) and the Column Radiation Model (CRM). From OPAC, if the soot component is disregarded, dust-like components depict the highest extinction values in the solar spectral range and the lowest. single scattering albedoes, which are attributable to the presence of large particles. In the dust aerosol, the high absorptivity in the infrared may induce a warming of the lower atmospheric layer in the nighttime. The radiative properties of aerosols, clouds and double $CO^{2}$ using the CRM model at Seoul (37N, 127.4 E) on 3 April 2003 were calculated. The solar zenith angle is 65˚ and the surface albedo is 0.1836 during the clear day. The aerosol optical depth change 0.14 to 1.7, which is derived during Asian dust days in Korea. At this time, abedo by aerosols is considered as 0.3. In cloudy condition, the short wave cloud forcing on both the TOA and the surface is -193.89 $Wm^{-2}$ and -195.03 $Wm^{-2}$, respectively, and the long wave cloud forcing is 19.58 $Wm^{-2}$ and 62.08 $Wm^{-2}$, respectively. As a result, the net radiative cloud forcing is -174.31 $Wm^{-2}$ and -132.95 $Wm^{-2}$, respectively. We calculate also radiative heating rates by double $CO^{2}$ during the clear day. The $CO^{2}$ volumn mixing ratio is 3.55E-4.
Surface albedo is an important parameter of the surface energy budget, and its accurate quantification is of major interest to the global climate modeling community. Therefore, in this paper, we consider the direct solution of kernel based bidirectional reflectance distribution function (BRDF) models for retrieval of normalized reflectance of high resolution satellite. The BRD effects can be seen in satellite data having a wide swath such as SPOT/VGT (VEGETATION) have sufficient angular sampling, but high resolution satellites are impossible to obtain sufficient angular sampling over a pixel during short period because of their narrow swath scanning when applying semi-empirical model. This gives a difficulty to run BRDF model inferring the reflectance normalization of high resolution satellites. The principal purpose of the study is to estimate normalized reflectance of high resolution satellite (RapidEye) through BRDF components from SPOT/VGT. We use semi-empirical BRDF model to estimated BRDF components from SPOT/VGT and reflectance normalization of RapidEye. This study used SPOT/VGT satellite data acquired in the S1 (daily) data, and within this study is the multispectral sensor RapidEye. Isotropic value such as the normalized reflectance was closely related to the BRDF parameters and the kernels. Also, we show scatter plot of the SPOT/VGT and RapidEye isotropic value relationship. The linear relationship between the two linear regression analysis is performed by using the parameters of SPOTNGT like as isotropic value, geometric value and volumetric scattering value, and the kernel values of RapidEye like as geometric and volumetric scattering kernel Because BRDF parameters are difficult to directly calculate from high resolution satellites, we use to BRDF parameter of SPOT/VGT. Also, we make a decision of weighting for geometric value, volumetric scattering value and error through regression models. As a result, the weighting through linear regression analysis produced good agreement. For all sites, the SPOT/VGT isotropic and RapidEye isotropic values had the high correlation (RMSE, bias), and generally are very consistent.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.470-470
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2015
본 연구의 목적은 위성영상 기반의 SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land) 모형과 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 수문모형을 용담댐 유역($922.3km^2$)에 적용하여 증발산량을 산정하고 모형 간 공간 증발산량의 비교를 통해 각 모형의 적용성을 평가하는데 있다. 이를 위해 SEBAL모형의 입력자료로 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrometer) Product 중 Normalized Distribution Vegetation Index(NDVI), Albedo 영상을 2012년부터 2013년까지 월단위로 구축하고, 일단위의 Land Surface Temperature(LST) 영상을 구축하였다. 지형자료로는 Digital Elevation Model(DEM)과 Land use를 구축하였으며 SEBAL 모형의 구동을 위한 위성영상 및 지형자료는 500 m의 공간해상도로 재구축하였다. SWAT 모형의 모의를 위해 기상 및 유량 자료를 2000년부터 2013년까지 일단위로 구축하였고, DEM, Land use, 토양도의 지형자료를 30 m의 공간해상도로 구축하였다. SWAT 모형의 유출 검보정 후 수위관측소 지점에서 평균 $R^2$를 산정한 결과 도치(0.80), 동향(0.72), 석정(0.64), 주천(0.80), 천천(0.80), 용담댐(0.72)로 높은 상관성을 나타냈으며, 유출 검보정 후 SWAT 모형의 증발산량 모의 결과를 바탕으로 SEBAL 모형과의 공간 증발산량을 비교하였다. 두 모형의 증발산량은 SEBAL 모형의 경우 지형에 따라 SWAT 모형은 토양 특성에 따라 분포하는 경향이 다르게 나타났다. SEBAL 모형은 주로 저지대에서 증발산량이 높게 산정되며 고지대로 갈수록 감소하여 증발산량이 지형의 고저차에 따라 분포하는 모습을 보였다. SWAT 모형은 토양 특성에 따라 증발산량이 분포하며 유역 내에서 뚜렷한 차이를 나타내지는 않았다. 월별 총 증발산량은 SWAT 모형의 경우 7~8월에 약 90 mm/mon로 가장 높게 나타나고 1~2월은 0 mm/mon로 계절별 변화폭이 컸으나, SEBAL 모형의 경우 5~6월에 증발산량이 약 60 mm/mon로 가장 높게 나타났고 계절별 변화 폭이 SWAT 모형에 비해 적은 모습을 보였다. 이는 위성영상을 기반으로 하는 SEBAL 모형의 특성상 장마 기간에 해당하는 7~8월은 구름으로 인해 일사량이 적게 계산되고, 그 결과 5~6월에 비해 증발산량이 작게 산정되는 것으로 판단된다.
The field measurement and laboratory experiment were conducted to investigate the effect of reducing the surface temperature of the functional aspect of the heat island phenomenon of the permeable block which is made the recycled synthetic resin rather than the existing concrete permeable block. Field measurement was taken for 3 days in consideration of dry condition and wet condition and laboratory experiment was divided into dry condition, rainfall simulating condition, and wetting condition. The variations of temperature and the evaporation rate of water moisture content after experiment were confirmed. As a result of field measurement, it is confirmed that the surface temperature decreases due to the difference in albedo of the pore block surface rather than the cooling effect due to the latent heat of vaporization. The evaporation of moisture in a dry state where drought persisted or a certain level of moisture was not maintained in the surface layer. As a result of laboratory experiment, resin permeable block gives higher surface temperature when it is dry condition than concrete permeable block, but the evaporation of water in the pore is kept constant by capillary force in rainfall simulation condition, and higher temperature reduction rate. As a result of measuring the evaporation rate after laboratory experiment, it is confirmed that the effect of reducing temperature is increased as the evaporation rate of water is higher. Based on these results, correlation formula for evaporation rate and temperature reduction rate is derived.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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