다파장 라만 라이다 관측을 통한 황사의 이동 고도 분포에 따른 광학적 특성 변화 규명

Abstract

광주과학기술원의 다파장 라만 라이다를 이용한 에어로졸 연속관측이 2009년부터 2011년까지 3년간 수행되었다. 장기 연속 관측을 통해 얻어진 라이다 신호들의 분석을 통해 편광소멸도를 산출해 내었고, 편광소멸도를 통하여 황사 층을 구분해 내었다. 구분된 황사의 층의 광학적 특징들이 관측 고도에 따라 다르다는 것을 신호의 분석으로부터 밝혀졌다. 이러한 광학적 특징의 차이를 규명하기 위하여, HYSPLIT 모델을 이용하여 각각 관측된 황사 층들의 유입 경로와 이동 중 고도를 분석하였다. 이러한 황사의 관측 고도에 따른 광학적 특성의 변화는 황사가 장거리 이동 중 통과한 오염물질 발생 지역에서 발생한 오염물질과의 혼합으로부터 기인한 것으로 사료된다. 특히 오염물질 발생 지역을 지날 때의 황사 층의 고도는 황사의 광학적 특성 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 3년간 라이다 관측 시스템으로 관측한 황사 중, 중국산업지역 및 인구밀집도가 높은 지역 등과 같은 인위적 기원의 오염물질 발생 지역을 통과할 때의 고도가 1 km 이하 일 때, <TEX>$0.12{\pm}0.01$</TEX>의 낮은 편광소멸도, 355 nm와 532 nm 파장에서 각각 <TEX>$67{\pm}9sr$</TEX>, <TEX>$68{\pm}9sr$</TEX>의 낮은 라이다비, <TEX>$1.05{\pm}0.57$</TEX>의 낮은 옹스트롬 지수(<TEX>${\AA}ngstr\ddot{o}m$</TEX> expon) 보였으며, 이는 오염물질이 갖는 광학적 특성 값과 유사하다. 이와 반면 황사가 3 km 이상의 높은 고도로 오염물질 발생 지역을 통과한 경우는 <TEX>$0.21{\pm}0.09$</TEX>의 편광소멸도, 355 nm와 532 nm 파장에서 각각 <TEX>$48{\pm}5sr$</TEX>, <TEX>$46{\pm}4sr$</TEX>의 라이다 비, <TEX>$0.57{\pm}0.24$</TEX>의 옹스토롬 지수를 보이며 이는 순수황사의 광학적 특성과 유사하다. 이는 황사가 중국 오염물질 발생지역을 통과할 때의 고도가 혼합상태의 황사 전체의 광학적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되며, 낮은 고도에서는 오염물질과의 혼합의 정도가 증가하여, 오염물질의 광학적 특성이 우세하게 나타나는 반면, 높은 고도에서는 오염물질과 황사의 혼합이 상대적으로 적게 일어난다고 사료된다. The continuous observations for atmospheric aerosols were conducted during 3 years (2009 to 2011) by using Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) multi-wavelength Raman lidar at Gwangju, Korea (<TEX>$35.10^{\circ}N$</TEX>, <TEX>$126.53^{\circ}E$</TEX>). The aerosol depolarization ratios calculated from lidar data were used to identify the Asian dust layer. The optical properties of Asian dust layer were different according to its vertical distribution. In order to investigate the difference between the optical properties of each individual dust layers, the transport pathway and the transport altitude of Asian dust were analyzed by Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. We consider that the variation of optical properties were influenced not only their transport pathway but also their transport height when it passed over anthropogenic pollution source regions in China. The lower particle depolarization ratio values of <TEX>$0.12{\pm}0.01$</TEX>, higher lidar ratio of <TEX>$67{\pm}9sr$</TEX> and <TEX>$68{\pm}9sr$</TEX> at 355 nm and 532 nm, respectively, and higher <TEX>${\AA}ngstr\ddot{o}m$</TEX> exponent of <TEX>$1.05{\pm}0.57$</TEX> which are considered as the optical properties of pollution were found. In contrast with this, the higher particle depolarization ratio values of <TEX>$0.21{\pm}0.09$</TEX>, lower lidar ratio of <TEX>$48{\pm}5sr$</TEX> and <TEX>$46{\pm}4sr$</TEX> at 355 nm and 532 nm, respectively, and lower <TEX>${\AA}ngstr\ddot{o}m$</TEX> exponent of <TEX>$0.57{\pm}0.24$</TEX> which are considered as the optical properties of dust were found. We found that the degree of mixing of anthropogenic pollutant aerosols in mixed Asian dust govern the variation of optical properties of Asian dust and it depends on their altitude when it passed over the polluted regions over China.