Development of Atmospheric Correction Algorithm

Abstract

본 논문은 세계최초의 정지궤도 해색 위성인 천리안 해색 위성 (GOCI : Geostationary Ocean Color Imager)의 데이터처리 소프트웨어 (GDPS : GOCI Data Processing System) 1.1버전에 적용될 GOCI의 표준 대기보정 알고리즘에 대해 기술하고 있다. 본 대기보정 이론은 대기입자간의 복수산란을 고려한 SeaWiFS 표준대기보정 방법에 이론적인 기반을 두고 있으며, case-2탁수 보정, 에어로졸 모델 변경, 슬롯편차 개선 등 부분적인 보완이 추가적으로 이루어졌다. 본 연구는 특히 탁수 해역에서의 대기보정 개선에 초점을 맞추고 있는데, 근적외 파장대(NIR)에서 탁수해수반사도 추정을 위해 적색파장부터 근적외 파장영역까지의 해수 반사도 경험적 상관관계 모델을 4차 다항식으로 구축하여 반복적인 계산을 통해 오차를 줄이는 방법을 적용하였다. 상관관계 모델링을 위한 해수 반사도 데이터는 탁수에 해당하는 픽셀에서 가장 인접한 맑은 해역의 대기보정 결과에서 얻어진 에어로졸 종류 및 광학두께 정보를 수평적으로 확장하여 다시 대기보정하고 여기에서 얻어진 해수 반사도 데이터들을 수집하였다. 이렇게 위성을 통해 수집된 NIR 파장대 해수 반사도 자료의 상관관계는 현장수집을 통해 얻어진 자료보다 더 좋은 상관관계를 보여주었다. 대기보정의 성능을 평가하기 위해서 본 연구에서는 2011년 한 해 한반도 주변 해역 현장조사를 통해 수집한 정규수출광량 (nLw) 스펙트럼 자료와 비교검정 하였다. 대기보정의 검정결과, 탁도가 높은 해역에서 특히 좋은 성능을 보여주지만, 맑은 해역에서는 해수면 위 광측정 방법을 통해 발생하는 오차를 감안하더라도 아직 어느 정도 개선이 필요해 보인다. 이런 맑은 해역에서의 오차는 대기보정의 오차 뿐 아니라, 센서의 지상테스트 과정에서 발생하는 불확실성에 의해서도 발생한다. 추후 장기간 수집한 현장데이터 및 위성데이터를 통한 대리보정 (vicarious calibration) 등의 방법을 적용한다면 이 과정에서 발생하는 오차는 어느 정도 보완 될 수 있을 것으로 보인다.

This thesis describes an atmospheric correction algorithm of Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) which is to be implemented in GOCI Data Processing System (GDPS) –developed by the Korea Ocean Satellite Center of the Korea Ocean Research and Development Institute. The algorithm is based on the standard atmospheric algorithm of the Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) data which accounts for multiple scattering effects

and is partially updated in terms of turbid case-2 water correction, aerosol models and slot correction. For turbid water correction, we used a regional empirical relationship between normalized water reflectance at the red and near infrared bands. The relationship was derived from normalized water-leaving reflectances in turbid pixels in satellite images after atmospheric correction that processed using aerosol properties (such as aerosol optical thickness and aerosol type) derived from nearest neighboring non-turbid waters. This satellite derived data based empirical model showed a less scattered relationship than the in situ measurements. In order to validate the GOCI atmospheric correction, we compared our results with in situ measurements of normalized water leaving radiance (nLw) spectra, which had been obtained during several cruises in 2011 around in the Korean seas. The validation results are encouraging especially for turbid waters. The validation in clear waters implies that the atmospheric correction should be improved in the future. Vicarious calibration would improve the results for the clear waters, although a part of the deviation arose from uncertainties in the above water nLw measurements.