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강릉원주대학교 이 규 태
위성자료의 예보 및 응용기술 개발
I. 천리안 위성
1. 천리안 위성
• 개발기간 : 2003 ~ 2010년 (8년)
• 운영궤도 : 동경 128.2OE / 적도상공 35,800 km
• 발사일 : 2010년 6월 27일 6시41분 (KST)
천리안 센서
채널
파장범위
(중심파장, Unit : ㎛)
해상도
(km)
관측대상
가시
(VIS)
0.55~0.80
(0.675)
1
구름, 설빙 등
지표면
단파적외
(SWIR)
3.50~4.0
(3.75)
4
야간안개, 산불
수증기
(WV)
6.5~7.0
(6.75)
4
중상층 수증기
적외1
(IR1)
10.3~11.3
(10.8)
4
구름, 표면온도, 하층수증기
적외2
(IR2)
11.5~12.5
(12.0)
4
구름, 표면온도, 하층수증기
3
3. 천리안 위성 산출물(16종)
산출자료
내용
활용
구름탐지
구름 유무 정보
날씨 및 수치예보
청천복사휘도
구름이 없는 지역의 복사량 추정
날씨 및 수치예보
대기운동벡터
수증기의 이동경로 추적
수치예보
해수면온도
바다의 표면온도
수치예보 및 기후감시, 해양
지표면온도
동아시아 지역의 지면온도
수치예보 및 기후감시
해빙/적설역탐지
극지방의 해빙과 눈이 쌓인 지역 추정
수치예보 및 기후감시, 황사예측
표면도달일사량
지면에 도달하는 태양에너지
농업기상, 기후연구
상층수증기량
대류권 상층부의 수증기량
수치예보 및 기후감시
가강수량
대류권이 수증기 총량
수치예보 및 기후감시
구름분석
구름형태 및 양, 구름입자의 특성 추정
수치예보 및 기후감시
운정온도 및 고도
구름 정상부의 높이 및 온도 추정
수치예보 및 기후감시
안개
하층운과 안개를 구분하여 안개 탐지
항공기상
강우강도
구름의 종류에 따른 강우강도
날씨 및 수치예보
지구방출복사
대기상한에서의 지구장파 복사량 추정
수치예보 및 기후감시
에어로솔탐지
대기 중에 떠있는 황사 관측
황사예보 및 환경감시
에어로솔광학두께
에어로솔에 의한 대기 혼탁정도 추정
황사예보, 환경감시 및 기후연구
4
3. 천리안 위성 산출물(16종)
 1차 정규서비스 (6종, ’11.4.1~)
- 구름탐지, 안개탐지, 황사탐지, 구름분석, 운정온도/고도, 대기운동벡터
 2차 정규서비스 (4종, ’11.8.5~)
- 강우강도, 해수면온도, 상층수증기량, 지구방출복사량
 3차 정규서비스 (6종, ’12.2.~)
- 지표면온도, 가강수량, 청천복사휘도, 표면도달일사량, 에어로솔광학두께, 해빙/적설
지표면온도
가강수량
청천복사휘도
표면도달일사량
에어로솔광학두께
해빙/적설
5
4. 천리안 vs MTSAT
MTSAT(일본)
천리안(한국)
•
관측 간격 : 30분(MTSAT) => 8~15분(천리안)
6
4. 천리안 vs MTSAT
MTSAT-2
2012년 8월 27일 12~13 KST
천리안
7
5. 활용
수치예보 입력자료
•
천리안 자료 : 현업 전지구 시스템 적용(2011년 12월)
항공기상
•
난류와 착빙 예측
군기상
•
•
•
악기상 예보 판단 자료 활용
상륙작전을 위한 해양기상 파악
관측 공백지 및 해외임무지역 지상현상 파악
수자원 공사
•
•
위성 자료를 이용한 물관리
유역 기상 및 수문 예측 분야 추가 활용 예정
8
6. 천리안 위성을 이용한 자료 서비스
COMS
(128.2°E)
MDUS
NMSC
SDUS
MDUS
SDUS
MDUS
40
60
80
100
120
140
160
180
○ 자료수신 기관
- 한국수자원공사, ㈜ 솔탑, 공군, 서울종합방재센터, 국립중앙과학관
- 싱가포르, 홍콩, 위스콘신대학 등 수신 예정
9
위성자료의 예보 및 응용기술 개발
Ⅱ. GEOKOMPSAT
1. 필요성
• 천리안 위성 종료 후 한반도 기상 관측 연속성
(천리안 위성 종료 시점 : 2018년)
• 천리안 위성 이후 한반도 특성에 적합한 위성 개발
– 관측 채널 개수 증가
– 산출물 개수 및 정확성 증가
• 기상 선진국 수준의 위성 기술 개발
– 원격탐사 연구에 대한 독자 개발
– 위성 관측 자료 활용
• 개발기간 : 2013 ~ 2018년 (6년)
11
2. 채널(NOAA GOES-R ABI 기반)
ABI Band
파장범위(micron)
중심파장 (micron)
중심파수 (cm-1)
FOV (km)
1
0.450 - 0.490
0.470
21277
0.5
2
0.590 - 0.690
0.640
15625
1
3
0.846 - 0.885
0.865
11561
2
4
1.371 - 1.386
1.378
7257
1
5
1.580 - 1.640
1.610
6211
2
6
2.225 - 2.275
2.250
4444
2
7
3.800 - 4.000
3.900
2564
2
8
5.770 - 6.600
6.190
1616
2
9
6.750 - 7.150
6.950
1439
2
10
7.240 - 7.440
7.340
1362
2
11
8.300 - 8.700
8.500
1176
2
12
9.420 - 9.800
9.610
1041
2
13
10.100 - 10.60
10.350
966
2
14
10.800- 11.600
11.200
893
2
15
11.800 - 12.800
12.300
813
2
16
13.000 - 13.600
13.300
752
2
12
3. GOES-R ABI
산출물(25종)
Aerosol Detection
(Including Smoke and Dust)
Legacy Vertical Moisture Profile
Cloud and Moisture Imagery
Aerosol Optical Depth (AOD)
Legacy Vertical Temperature
Profile
Cloud Optical Depth
Volcanic Ash: Detection and
Height
Derived Stability Indices
Cloud Particle Size Distribution
Radiances
Total Precipitable Water
Cloud Top Phase
Downward Shortwave Radiation:
Surface
Derived Motion Winds
Cloud Top Height
Reflected Shortwave Radiation:
TOA
Fire/Hot Spot Characterization
Cloud Top Pressure
Rainfall Rate / QPE
Land Surface Temperature (Skin)
Cloud Top Temperature
Hurricane Intensity
Sea Surface Temperature (Skin)
Clear Sky Masks
Snow Cover
13
3. GOES-R ABI
활용
• Baseline
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Detecting Fire Using Satellite
Air Quality
Coastal and Marine Monitoring
Fire Monitoring
Hurricane Forecasts
Precipitation and Floods
Land Cover Observations
Volcanic Ash Detection
Lightning Detection
Severe Thunderstorms
• Future Capability Products
– Aircraft Icing
– Low Clouds and Fog
14
4. 핵심기술 및 산출물 구성도
산출물 별 알고리즘 개발 계획 수립
- 현업/연구용 산출물 정의
- 개념설계 방안 수립
복사모델 개발 계획 수립
- 선진복사모델 연구
- 표준복사모델 선정
- 복사모델개발상세계획수립
•모의자료 생성
•개발 계획 수립
- 요구사항 수립
- 수치모델/위성자료 조사
검·보정 기술 분야
개발 계획 수립
- 검정알고리즘 개발계획수립
- 요구사항 수립
보조자료 개발 계획 수립
- 센서특성반영보조자료생산
- 보조자료 생산전략 수립
모의자료 , 일부 알고리즘 생성 및 시험 운용
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위성자료의 예보 및 응용기술 개발
Ⅲ. 산출물과 활용
GEOKOMPSAT 산출물
복사, 에어로솔
1) Aerosol Detection (Including Smoke and Dust)
1) Aerosol Particle Size
2) Aerosol Optical Depth (AOD)
2) SO2 Detection
3) 황사 탐지 (추가)
3) Absorbed Shortwave Radiation: Surface
4) 황사 광학두께 (추가)
4) Downward Longwave Radiation: Surface
5) Volcanic Ash: Detection and Height
5) Upward Longwave Radiation: Surface
6) Radiances
6) Upward Longwave Radiation: TOA
7) Reflected Shortwave Radiation : TOA
8) Downward Shortwave Radiation : Surface
17
활용 : 복사, 에어로솔
1
기후 및 기상 분야
• 태양 복사 자료 :
-
지구
태양
대기
기상
온난화와 지표면 알베도
흑점 활동
성분 변화 분석
및 기후 모형의 초기 자료
관측 공백 지역의 복사 자료 제공
18
활용 : 복사, 에어로솔
2
신재생 에너지 분야
• 태양광 및 태양열 에너지 분야
• 사업단지 조성에 필요한 입지선정에 활용
태양광 발전
태양열 발전
19
활용 : 복사, 에어로솔
3
건축 및 1차 산업 분야
• 건축 분야
• 건축의 일조권과 에너지 효율 평가(세계적 추세)
• 농업∙수산 ∙축산 ∙ 산림 분야
• 농산물 생산량과 품질 및 수산물은 일조 및 일사량 영향이 큼
• 식량 재배 또는 장소 선정 및 품종 결정을 위한 일사 자료는 중요 정보 제공
20
활용 : 복사, 에어로솔
4
에어로솔/화산재 관련기술의 국내외 활용
선진국과 공조,
주요 발생원 및
장거리 수송에
대한 전지구적
감시체제 구축
자료동화를
통한 예보
개선 활용
황사/스모크/
화산재 조기
경보 시스템
구축
에어로솔의
중장기 경향
및 변동성 연
구를 위한 자
료 축적
기후모델/황사
수송모델의 입
력 또는 검증
자료로 활용
황사, 스모크, 화산
재 발생/이동 위치
의 준실시간 감시
지상관측 및
수치 모형자료
와 융합하여
(재)분석자료
생산
황사발생/수
송과정 동영
상  과학
박물관/학교
에서 교육 자
료로 활용
동남아 지역
개도국에 감
시/경보 시
스템 지원
21
통계 또는 수송모
형과 융합 지표 부
근 농도 추정
황사, 스모크, 화산
재 경보/주의보 발
령
활용 : 복사, 에어로솔
5
환경/해양센서 및 저궤도 위성센서 자료와의 공동 활용
환경 센서 (GEMS)
• 환경 센서의 자외선 파장대 측정을 활용한 황사/스모크
탐지 능력 향상(특히 저고도에서 수송되는 황사)
• 기상 센서의 시간/공간적 고해상도 이용한 환경 센서의
구름화소 탐지 및 제거 개선 및 QA 지원
해양 센서 (GOCI-2)
• 해양 센서의 높은 검정 정밀도를 활용한 센서간 교차검
정(cross-calibration)에 활용
• 혼탁도 높은 해수위에서의 AOD 산출 정확도 개선
• 구름 화소 탐지 및 제거 능력 개선 연구에 활용
저궤도 위성 센서
(MODIS, VIIRS, etc.)
• 검정(calibration) 시스템이 잘 구축된 저궤도 위성센서
를 이용한 센서간 교차검정에 활용
• 검증된 고품질 저궤도 위성 센서 자료를 활용한 산출
자료 검증 및 품질 개선
22
GEOKOMPSAT 산출물
수문, 항공
9) Rainfall Rate / QPE
7) Convective Initiation
10) Land Surface Temperature (Skin)
8) Tropopause Folding Turbulence Prediction
9) Aircraft Icing Threat
10) Overshooting Top/Enhanced-V Thermal
Couplet(OTTC) Detection
11) Rainfall Potential
12) Probability of Rainfall
13) Flood
14) Standing Water
23
•
다음 슬라이드 지표면 등 첨가
24
활용 : 수문, 항공
1
지표면 온도 활용
• 기상청 (예보자, 수치예보과, , …)
- 기상예보, 기후감시, 수치예보 등
- 열파 예보 등 극한기상현상 예보 활용
• 환경부
- 도시열섬 등 도시환경 감시
• 수자원공사 등
- 증발산 등 수자원 모니터링
• 기타
- 안개, 에어러솔, 가강수량 등의 기상요소 탐지를 위한 배경자료
25
활용 : 수문, 항공
2
교통 안전 활용
• 항공 : 난류 및 착빙 예측
- 안개 및 시정 결과 활용
26
GEOKOMPSAT 산출물
지표, 해양
11) Fire/Hot Spot Characterization
15) Vegetation Fraction: Green
12) Snow Cover
16) Vegetation Index
13) Sea Surface Temperature (Skin)
17) Surface Albedo
14) Total Precipitable Water
18) Surface Emissivity
19) Snow Depth (Over Plains)
20) Ice Cover
21) Currents: Offshore
27
활용 : 지표면, 해양
1
해수면 온도 활용
• 기상청 (예보자, 수치예보과, 해양기상과, …)
- 기상예보, 기후감시, 수치예보 등
• 해양 관련 대학, 연구소 (한국해양연구원, 수산과학연구원, …)
- 어업, 해양수치모델 입력자료, 해양 기초 및 응용연구
• 해군
- 전투 작전 활용, 대잠 훈련, 해군 해양모델 배경장 활용
28
활용 : 지표면, 해양
2
해류
• 기상청 (예보자, 수치예보과, 해양기상과, …)
- 기상예보, 기후감시, 수치예보 등
• 해양 관련 대학, 연구소 (한국해양연구원, 수산과학연구원, …)
- 어업, 해양수치모델 입력자료, 해양 기초 및 응용연구
• 해군
- 해류 정보 : 전투 작전 활용, 대잠 훈련, 해군작전
• 해양경찰청
- 해상사고 등 유사시 보조 자료로 활용
29
활용 : 지표면, 해양
3
토양수분측정
• 기상자료와 레이더 위성정보를 이용한 토양수분 관측
(강수에 따른 수계와 수계를 이루는 경계 구별가능)
• 경작지의 계절별 수면 높이 측정
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출처 : 국립기상연구소 이창욱
GEOKOMPSAT 산출물
구름, 안개
(산출물활용, 자료동화)
15) Clear Sky Masks
22) Cloud Ice Water Path
16) Cloud and Moisture Imagery
23) Cloud Layers
17) Cloud Optical Depth
24) Cloud Heights
18) Cloud Particle Size Distribution
25) Cloud Liquid Water
19) Cloud Top Height
26) Cloud Type
20) Cloud Top Phase
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활용 : 수문, 항공
1
구름 활용 분야
분야
내용
일기예보
운량, 스톰, 종관규모 대기상태, 태풍 등
원격탐사
대기운동벡터, 안개, 강우강도, 청천복사휘도 등
기후 모니터링
장기 기후변화, 기후변동효과 및 기후 반응,에어로졸-구름-강수량의 상
호관계, 기후모델 모수화, 등
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활용 : 수문, 항공
2
안개 활용 분야
• 안개 및 품질 정보에 따른 교통(지상, 항공, 해상) 정보 제공
• 안개와 관련된 스모그 및 대기질 정보제공
• 안개 정보는 물자원 개발 정보로 사용
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GEOKOMPSAT 산출물
대기운동벡터, Sounding, 오존
21) Derived Motion Winds
27) Ozone Total
(Atmospheric Motion Vector : AMV)
22) Hurricane Intensity
23) Legacy Vertical Temperature Profile
24) Legacy Vertical Moisture Profile
25) Derived Stability Indices
34
활용 : 대기운동벡터, Sounding, 오존
1
관측소가 없는 지역의 바람 정보 제공
2
수치예보모델의 자료동화 입력자료 사용
3
태풍의 발달 정도와 이동 감시
4
오염물질 이동과 확산 감시 및 예측
35
활용 : 대기운동벡터, Sounding, 오존
5
6
대기운동벡더는 Nowcasting에 유용
36
산출된 3차원 바람장은 타 산출물 보정 활용
활용 : 대기운동벡터, Sounding, 오존
7
오존은 권계면 부근의 기상 장과 와도 및 대기운동벡터와 높은 상관성이 있으며
날씨를 예측의 중요 정보 제공함
GOES total column ozone over the northcentral US and southcentral Canada on 11 October
2006, along with the potential vorticity contours within the 310-320 K isentropic layers.
37
활용 : 대기운동벡터, Sounding, 오존
8
9
자외선 지수 및 오존 오염 경보 등의 예측 시스템
기후 변화에 대한 오존 영향 분석
10
38
성층권 오존 감시
활용 : 대기운동벡터, Sounding, 오존
11
재해 기상 활용(대기운동벡터 및 Sounding)
• 악기상(강풍, 태풍, 폭설 등)
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위성자료의 예보 및 응용기술 개발
Ⅲ. 산출물과 활용
GEOKOMPSAT 자료 활용 요약
국내활용
국제활용
현업목적
위성센터 및 기상연구소 등
(연구원 보충 필수)
위성자료 산출 기술력과
산출물의 홍보 및 수출
기상학목적
기상관련 대학 및 기업
(산출물 활용과 정확성 평가
및 후속 센서 개발 관련 내
용 등)
특수목적
일반 대학과 기업 및
연구소
41
위성자료의 예보 및 응용기술 개발
감사합니다 !