Vertical distributions of aerosol mass concentrations over Seoul and Gangneung from January to February 2015 were investigated using aerosol Mie-scattering lidars. Vertical mass concentration of aerosol was calculated from the lidar data using KALION's algorithm and quantitatively compared with ground PM10 concentration to obtain objectivity of data. The backward trajectories calculated using HYSPLIT (version 4) were clustered into 5 traces for Seoul and 6 traces for Gangneung, and the observed aerosol vertical mass distribution was analyzed for individual trajectories. Result from the analysis shows that, aerosol concentrations with in the planetary boundary layer were highest when airflows into the measurement points originated in the Shandong Peninsula or the Inner Mongolia. In addition, the difference of aerosol mass concentrations in the two regions below 1 km was about twice as large as that in the long range transport from the Shandong Peninsula compared to the local emission. This result shows that the air quality over Korea related to particulate matters are affected more by aerosol emissions in the upstream source regions and the associated transboundary transports than local emissions. This study also suggests that the use of local aerosol observations is critical for accurate simulations of aerosol-cloud interactions.
Vertical particle size distribution, total particle concentration, wind velocity, temperature and humidity measurement was performed with a drone. The drone was equipped with a wind sensor, house-made optical particle count(Hy-OPC), condensation particle counter(Hy-CPC), GPS, Temperature, Relative Humidity, Pressure and communication system. Base on the wind velocity and the particle size vertical distribution measurement with drone, the particle mass flux was calculated. The vertical particle distribution showed that the particle number concentration was very strongly correlated with the relative humidity.
Vertical distribution of particle mass concentrations was estimated from 8-year elastic-backscatter lidar and sky radiometer data, and from ground-level PM10 concentrations measured in Seoul. Lidar ratio and mass extinction efficiency were determined from aerosol optical depth (AOD) and ground-level PM10 concentrations, which were used as constraints to estimate particle mass concentration. The mean lidar ratio (with standard deviation) and mass extinction efficiency for the entire 8-year study period were $60.44{\pm}23.17$ sr and $3.69{\pm}3.00m^2g^{-1}$, respectively. The lidar ratio did not vary significantly with the ${\AA}ngstr{\ddot{o}}m$ exponent (less than ${\pm}10%$); however, the mass extinction efficiency decreases to $1.82{\pm}1.67m^2g^{-1}$ (51% less than the mean value) when the ${\AA}ngstr{\ddot{o}}m$ exponent is less than 0.5. This result implies that the particle mass concentration from lidar measurements can be underestimated for dust events. Seasonal variation of the particle mass concentration estimated from lidar measurements for the boundary layer, was quite different from ground-level PM10 measurements. This can be attributable to an inhomogeneous vertical distribution of aerosol in the boundary layer.
The aerosol characteristics in terms of 4 different cases (Asian dust, fog, clear sky and cloud) which had happened at Anmyeon Island in April 2006 were studied using various measurements such as the Micro Pulse Lidar (MPL), sunphotometer, $\beta$-ray $PM_{10}$ Analyzer, anemoscope and anemometer. In addition, synoptic charts, back trajectory analyses and satellite images were also used to help characterize the aerosol events. The aerosol optical properties were featured by the Aerosol Optical Depth (AOD) and ${\AA}ngstr\ddot{o}m$ exponent which were estimated by the sunphotometer. When Anmyeon Island was dominated by the Asian dust, the AOD was sharply increased as seven times as a yearly average of it (0.35). As compared with a yearly average of the ${\AA}ngstr\ddot{o}m$ exponent of 0.97, the ${\AA}ngstr\ddot{o}m$ exponent of a dust day was significantly low (0.099). In addition, $PM_{10}$ mass concentration showed an extremely high record. The maximum concentration reached $1790.5{\mu}gm^{-3}$ on 8 April 2006. The maximum mass concentration was shown with delay when the wind speed of $0ms^{-1}$ was observed. It was also found that a satellite image of the MODIS-RGB had a good agreement with the results of those measurements. It was shown that the MPL was able to describe effectively the vertical distribution of aerosol for all the cases. In particular, the MPL evidently captured the aerosol layer before the cloud observation. The aerosol layer was similarly described by the AOD. On a clear sky day, the AOD had not only a very low value (0.054) but also a feature of homogeneity.
한반도 에어로졸 라이다 관측 네트워크(Korea Aerosol Lidar Observation Network; KALION)의 라이다 관측자료 처리 및 실시간 표출을 위한 표준 알고리즘을 개발하였다. KALION 표준 알고리즘은 라이다 관측으로부터 얻어진 후방산란강도와 편광소멸도 자료를 이용하여 (1) 에어로졸과 구름 구분, (2) 에어로졸 유형 구분, (3) 에어로졸 소산계수 그리고 (4) 에어로졸 질량농도를 산출하는 단계로 구성이 되어 있다. 에어로졸의 유형은 후방산란강도와 편광소멸도 자료에 근거하여, (대륙 기원) 청정기단 에어로졸(clean continental aerosol), 황사(dust aerosol) 그리고 오염 입자(polluted continental/urban pollution aerosol)로 구별된다. 에어로졸 소산계수에 필요한 라이다 상수는 약 9년간의 라이다와 스카이 라디오미터 자료로부터 도출된 63.31 sr을, 에어로졸 질량소산효율은 약 9년간의 라이다와 기상청 Particulate Matter($PM_{10}$) 질량농도 자료를 이용하여 도출된 $3.36m^2\;g^{-1}$ (황사는 $1.39m^2\;g^{-1}$)을 적용한다. 2015년 3월 28일부터 30일까지 라이다 관측 사례(서울 관악)에서 KALION 표준 알고리즘을 통해 산출된 에어로졸 유형 구분, 특히 황사 판별 결과는 기상청의 황사 보고와 잘 일치하였으며, 2006년 6월부터 약 9년 동안의 라이다 관측자료로부터 산출된 에어로졸 질량농도 역시 지상 $PM_{10}$ 농도와 약 $3{\mu}g\;m^{-3}$ 내에서 잘 일치하였다. 향후 에어로졸의 유형에 따른 서로 다른 라이다 상수 및 에어로졸 질량소산효율 적용 알고리즘, 빙정 구름(ice cloud)과 물방울 구름(water droplet cloud) 구분 알고리즘, 그리고 운저 고도와 혼합고 판별 알고리즘을 개발할 계획에 있다.
Aerosol size and number concentration were observed in the atmospheric boundary layer over Beijing (from near the ground to 1,200 m) on March 15 (a clear day) and 16 (a dusty day), 2005. The results were further compared with lidar measurements in order to understand the dependency of extinction on the particle size distribution and their vertical changes. The boundary layer atmosphere was composed of several sub-layers, and a dry air layer appeared between 400 and 1,000 m under the influence of dust event. In this dry air layer, the concentration of the fine-mode particles (diameter smaller than $1.0\;{\mu}m$) was slightly lower than the value on the clear day, while the concentration of coarse-mode particles (diameter larger than $1.0\;{\mu}m$) was remarkably higher than that on the clear day. This situation was attributed to the inflow of an air mass containing large amounts of Asian dust particles and a smaller amount of fine-mode particles. The results strongly suggest that the fine-mode particles affect light extinction even in the dusty atmosphere. However, quantitatively the relation between extinction and particle concentration is not satisfied under the dusty atmospheric conditions since laser beam attenuates in the atmosphere with high concentration of particles. Laser beam attenuation effect becomes larger in the relation between extinction and coarse particle content comparing the relation between extinction and fine particle content. To clarify this problem technically, future in situ measurements such as balloon-borne lidar are suggested. Here extinction was measured at 532 nm wavelength. Measurements of extinction at other wavelengths are desired in the future.
2008년 동아시아 대륙에서 발생기원이 다른 먼지(황사)와 인위적 오염입자의 광역적 이동 사례를 NOAA위성 RGB 합성영상과 지상 입경별 분진(TSP, $PM_{10}$, $PM_{2.5}$)의 질량농도 관측으로 분석하였다. 또한 Terra/Aqua 위성 MODIS(Moderate resolution Imaging Spectroradiometer) 센서의 AOD(Aerosol Optical Depth)와 FW(Fine aerosol Weighting)를 통해 동아시아 지역에서 발생기원이 다른 대기 에어로졸의 분포와 입자 크기 특성을 분석하였다. 중국 북부와 몽골, 그리고 중국 황토고원에서 모래폭풍이 발생하여 광역적으로 이동하여 청원에 먼지입자(황사)로 영향을 주는 6 개의 사례분석을 실시하였다. 질량농도 TSP중 $PM_{10}$은 70%, $PM_{2.5}$는 16%로 조대입자(> $2.5\;{\mu}m$)의 비율이 큰 것은 사막과 반사막의 자연적 발생원에서 생성되었기 때문이다. 그러나, 모래 폭풍이 이동 과정에서 중국 동부의 산업 지역을 거쳐 유입하는 사례에서는 TSP 중 $PM_{2.5}$가 23%까지 증가하기도 했다. 중국 동부로부터 황해를 거쳐 한반도로 유입한 5개 다른 사례의 경우, TSP 중 $PM_{10}$, $PM_{2.5}$가 각각 82, 65%로 나타났다. 이와 같이 $PM_{2.5}$의 상대적 비율이 증가한 것은 인위적 오염입자의 영향 때문이다. 동아시아 지역에서 인위적 오염입자의 광역적 이동 사례에 대한 평균 AOD는 $0.42{\pm}0.17$로 황사에 의한 AOD($0.36{\pm}0.13$)와 비교하여 대기 에어로졸에 대한 비율이 높게 나타났다. 특히, 중국 동부에서 황해, 한반도, 동해에 이르는 광역적 지역에 AOD값이 높게 분포했다. 인위적 오염입자의 사례는 FW가 평균 $0.63{\pm}0.16$로 모래폭풍의 이동 사례의 $0.52{\pm}0.13$ 보다 높은 값을 보였다. 이는 대기 에어로졸에 대한 인위적 미세 오염 입자의 기여도가 클 수 있음을 제시하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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