Computational algorithms and their implementations are studied for the treatments of kernel function’s shadow effects, which occurs in the application of the BEM(boundary element method) for radiation heat transfer analysis. In this problem, surfaces are assumed to be diffuse and gray placed in two-dimensional enclosures with transparent medium. Self-blocking or third party blocking is possible when the radiosity from the BEM nodes cannot reach the destination points. Also the third party blocking can be the partial or total blocking case. Algorithms, which can accurately recognize the each blocking cases and reflect the shadow effects to the BEM kernel function, are studied in this paper. Effective implementation methods are presented, and their results are verified by the test problem

RTTOV와 CRTM은 복사관측자료에 대한 관측연산자로 수치예보에 활용되고 있는 빠른 속도의 복사전달모델이다. 본 연구에서는 두 모델의 기본구조 및 입력자료를 비교했다. 또한, 다양한 파장대를 가진 AMSU-A 마이크로파 센서에 대해 구름에 대한 정보를 포함할 때와 포함하지 않을 때 두 모델로부터 계산된 밝기온도와 관측된 밝기온도를 해양에 대해 비교했다. AMSU-A의 탐측채널(5-14)에 대해서는 두 모델로부터 계산된 밝기온도 값에 큰 차이가 존재하지 않았으나, 대기의 창 채널 및 지표근처의 탐측채널에서는 RTTOV로부터 계산된 밝기온도 값이 관측과 더 가까워 CRTM에 비해 상대적으로 작은 초기추정오차를 보였다. 한편 UM으로부터 제공된 구름물과 얼음의 정보를 추가적으로 활용하였을 때 두 모델로부터 계산된 밝기온도와 관측된 밝기온도의 차이가 감소함을 확인할 수 있었고, 특히 CRTM의 31.4 GHz와 89 GHz 채널에서 모의된 밝기온도와 관측된 밝기온도의 차이가 크게 감소했다.

본 연구에서는 에어러솔 대기 상태에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 세 개의 단파 복사전달모델에서 산출된 복사속 성분을 비교분석하였으며, 대기 복사 수지에서 에어러솔 역할도 분석하였다. 국내 모델들의 평가를 위하여, 15개 모델값을 평균한 Halthore et al.(2005) 결과를 기준값으로 사용하였다. 두 종류 에어러솔 농도(AOT=0.08, 0.24)에서 조사된 열대 또는 한대 대기의 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사 및 상향 산란, 대기 상부의 상향 산란, 그리고 대기 흡수도의 복사 성분들에 있어서 국외 연구에 비하여 국내 결과들에서 체계적으로 약하게 나타났다. 에어러솔 강제력은 지표에서의 하향 일사에 대하여 -10∼-40Wm-2 이었으며, 지표 및 대기 상부의 상향 산란의 경우에 상대적으로 큰 태양천정각과 고농도 에어러솔 상태에서 컸다. 두 종류 에어러솔 조건에서 지표에서의 하향 및 상향 산란값들은 대기 종류보다는 태양천정각에 더 민감하였다. 하향 산란은 상대적으로 작은 태양천정각과 고농도 에어러솔 조건에서 컸다. 에어러솔 농도 증가는 하향 산란 증가에도 불구하고 하향 직달 일사의 감소가 이를 초과함으로써 지표 냉각을 유도하는 것으로 조사되었다. 동일한 에어러솔 농도 및 태양천정각 조건에서 직달일사 소산은 열대 대기에서는 주로 수증기, 그리고 한대 대기에서는 수증기뿐만 아니라 오존에도 기인하는 것으로 조사되었다. 특히 열대 대기에서는 수증기의 역할이 오존에 비하여 3∼4배 컸다. 저농도 및 고농도 에어러솔 대기에서 대기 흡수도는 국내외 연구간에 ±10% 내에서 일치하였다.

본 연구에서는 레일리(순수 기체) 대기 조건 하에서 국내 COMS 연구자들이 사용하는 여덟 개 단파 복사전달모델에서 산출된 네 종류 복사속(flux) 성분을 상호비교함으로써 상대 오차를 조사하였다. 이들 복사속 성분은 지표에서의 직달 일사, 하향 산란, 상향 산란, 그리고 대기 상부에서의 상향 산란이다. 또한 국내 모델의 평가를 위하여, 15개모델을 평균한 Halthore et al.(2005) 결과(예, H15)를 기준값으로 사용하였다. 동일한 태양천정각에서 모델 간의 불일치는 열대 대기에서 수증기에 기인하였고, 한대 대기에서는 오존에 기인하였다. STREAMER를 제외한 국내 7개 모델의 지상에서의 하향 직달일사값은 H15에 대하여 ±4%내에서 일치하였다. 이러한 상대 오차는 태양천정각이 커질 때 증가하였으며, Halthore et al.(2005)에서의 ±3%와 근접하였다. 네 종류 복사속 분석에서 SBDART 모델이 6S 모델에 비하여 전반적으로 우수하였으나, 근적외 파장역에서는 서로 비교할만하였다. 네개 기관의 연구자들이 같은 SBDART 모델에서 산출한 지표에서의 하향 직달일사값 간에도 12.1Wm-2(1.4%)의 불일치가 존재하였다. 불일치의 원인은 부분적으로 복사속 적분에 있어서 서로 다르게 설정된 파장 분해능에도 있었다. 본 연구는 단파 영역에서 최적 모델을 선정하는 데 도움을 줄 수 있다.

We have developed a Monte Carlo code, which solves the problem of radiative transfer in anisotropically scattering atmosphere. The radiative code is flexible in handlings of the system geometry, the distribution of scattering particles, and the source-particle geometry. This code treats the case of highly forward throwing scattering. As performance tests, we have compared the result of Monte Carlo calculations with that of Quasi-Diffusion method for a spherically symmetric cloud model.

We calculated dose rate using radiative transfer equations to consider radiative processes distinctly. The dose rate at Pohang(36°02'N, 129°23'E) was calculated using measured ozone and meteorological data and two-stream approximations(quadrature, Eddington, delta Eddington, PIFM(practical improved flux method), discrete ordinate, delta discrete ordinate) are used in solving equation. The purpose of this study is to determine the most compatible radiative transfer approximation for simulating the radiative and photochemical processes of atmosphere through comparision between calculated and measured values. Dose rate of the biologically effective irradiance in the region 0.28-0.32μm showed the highest value when quadrature and Eddington was used and lower value on condition that delta scaling was applied. Correlation coefficient between dose rate at surface using radiation transfer equation and measured UV-B at Pohang was 0.78, 0.79 and 0.81 when detla Eddington, PIFM and delta discrete ordinate were used. Also, in case of above approximations were used, MBE(Mean Bias Error) was within -0.3MED/30min and RMBE(Relative Mean Bias Error) was below 10% between 1200 LST and 1400 LST. Approximations which are compatible in estimating radiative process are detla Eddington, PIFM and delta discrete ordinate. Especially, in case that radiative process is considered more detail, delta discrete ordinate increased the number of stream is proper.