중위도에서 S5P/TROPOMI CCD 대류권 오존 회수를 확대하다

대류권 오존은 중요한 오염물질이자 온실가스로, 시공간 변동성을 나타내어 위성 관측에 도전 과제를 제기합니다. 현재의 방법인 대류성 구름 차동(Convective Cloud Differential, CCD)과 구름 단층 알고리즘(Cloud Slicing Algorithms, CSA)은 대류권 열주는(Tropospheric Column Ozone, TCO) 회수에 표준이지만, 열대 지역(20S-20N)으로 한정됩니다. 특히, CCD 접근법은 Aura OMI, MetOp GOME-2 및 Sentinel-5 Precursor TROPOMI와 같은 위성 센서에서 성공을 거두었습니다. 본 연구에서는 열대 지역 외부에서 CCD 회수를 성공적으로 적용한 첫 사례를 제시합니다. 우리는 중위도에서 TROPOMI로부터 TCO를 회수하기 위한 CHORA-CCD(Cloud Height Ozone Reference Algorithm-CCD)를 도입합니다. 이 방법은 국지적 구름 참조 구역(CLCD, CHORA-CCD Local Cloud Decision)을 활용하여 성층권(구름 위) 기둥(ACCO) 오존을 결정합니다. 이 ACCO는 이후 맑은 하늘 장면의 총 열주에서 빼서 TCO를 결정합니다. 새로운 접근법은 성층권 오존의 변동성이 미치는 영향을 최소화합니다. 반복적인 접근법을 사용하여각 회수 그리드 포인트 주위에서 최적의 국지적 구름 참조 구역을 자동으로 선택하며, 구역의 반경은 60에서 최대 600 km까지 다양화되어 충분한 수의 지상 픽셀이 거의 채워진 구름 덮개를 찾을 때까지 평균 TCO를 결정합니다. 중위도에서 저층 구름의 빈발성으로 인해 TCO의 추정은 450 hPa의 기준 고도까지 기둥에 제한됩니다. 국지적 구름 구역의 구름 꼭대기 높이가 변동이 심할 경우, 450 hPa까지 ACCO를 직접 추정하기 위한 대안 방법인 Theil-Sen 회귀 분석이 도입됩니다. 알고리즘은 구름 특성을 분석하여 ACCO 추정을 위해 CCD와 Theil-Sen 방법 중 동적으로 결정합니다. CLCD 알고리즘은 성층권 오존의 불균일성을 극복하기 위해 총 오존에 대한 동질성 기준을 도입하여 더욱 정교화됩니다. 2018년부터 2022년까지 TROPOMI를 사용하여 중위도(60S-60N)에서 월 평균 CLCD-TCO를 결정하였습니다. 방법의 정확성은 31개 정거장에서의 공간적으로 연접된 SHADOZ/WOUDC/NDACC 오존 sondes와 비교하여 조사되었습니다. 검증 결과는 CLCD 알고리즘을 사용한 450 hPa에서의 TCO 회수가 대부분의 정거장에서 오존 sondes와 좋은 일치를 보임을 드러냅니다. 열대 정거장인 Natal(5.4S, 35.4W)에서는 CLCD와 오존 sondes 간의 일치가 뛰어나며, 편향과 산포가 최소화됩니다 (0.3 1.0 DU). 비슷하게, Irene(25.9S, 28.2E) 부근의 아열대 지역에서도 CLCD는 유의미하게 낮은 편향과 산포를 보입니다 (0.0 1.4 DU). 특히 북쪽의 정거장 중 하나인 Legionowo(52.4N, 21E)에서는 편향과 분산이 최소화됩니다 (0.4 2.2 DU). 모든 정거장에서 최대 관측된 편향과 분산은 각각 약 5 DU 및 4 DU 이하입니다. 이 발표에서는 새로운 국지 CCD 회수에 대한 상세한 검증을 제공하며, 중위도에서 국지적 구름 참조 구역 사용의 장점을 강조하고 현재 및 향후 정지 위성 미션에 대한 체계적인 응용의 중요한 기초를 제공합니다.