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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.41 No.6 pp.617-629
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2020.41.6.617

Retrieval of Oceanic Skin Sea Surface Temperature using Infrared Sea Surface Temperature Autonomous Radiometer (ISAR) Radiance Measurements

Hee-Young Kim1, Kyung-Ae Park2*
1Department of Science Education, Seoul National University, Seoul 08826, Korea
2Department of Earth Science Education/Research Institute of Oceanography, Seoul National University, Seoul 08826, Korea
*Corresponding author: kapark@snu.ac.kr Tel: +82-2-880-7780
December 8, 2020 December 26, 2020 December 28, 2020

Abstract


Sea surface temperature (SST), which plays an important role in climate change and global environmental change, can be divided into skin sea surface temperature (SSST) observed by satellite infrared sensors and the bulk temperature of sea water (BSST) measured by instruments. As sea surface temperature products distributed by many overseas institutions represent temperatures at different depths, it is essential to understand the relationship between the SSST and the BSST. In this study, we constructed an observation system of infrared radiometer onboard a marine research vessel for the first time in Korea to measure the SSST. The calibration coefficients were prepared by performing the calibration procedure of the radiometer device in the laboratory prior to the shipborne observation. A series of processes were applied to calculate the temperature of the layer of radiance emitted from the sea surface as well as that from the sky. The differences in skin-bulk temperatures were investigated quantitatively and the characteristics of the vertical structure of temperatures in the upper ocean were understood through comparison with Himawari-8 geostationary satellite SSTs. Comparison of the skin-bulk temperature differences illustrated overall differences of about 0.76°C at Jangmok port in the southern coast and the offshore region of the eastern coast of the Korean Peninsula from 21 April to May 6, 2020. In addition, the root-mean-square error of the skin-bulk temperature differences showed daily variation from 0.6°C to 0.9°C, with the largest difference of 0.83-0.89°C at 1-3 KST during the daytime and the smallest difference of 0.59°C at 15 KST. The bias also revealed clear diurnal variation at a range of 0.47-0.75°C. The difference between the observed skin sea surface temperature and the satellite sea surface temperature showed a mean square error of approximately 0.74°C and a bias of 0.37°C. The analysis of this study confirmed the difference in the skin-bulk temperatures according to the observation depth. This suggests that further ocean shipborne infrared radiometer observations should be carried out continuously in the offshore regions to understand diurnal variation as well as seasonal variations of the skin-bulk SSTs and their relations to potential causes.



적외선 라디오미터 관측 자료를 활용한 해양 피층 수온 산출

김 희영1, 박 경애2*
1서울대학교 과학교육과, 08826, 서울특별시 관악구 관악로 1
2서울대학교 지구과학교육과/해양연구소, 08826, 서울특별시 관악구 관악로 1

초록


기후변화와 지구환경변화에 중요한 역할을 하고 있는 해수면온도는 인공위성 적외선 센서가 관측하는 피층 수 온과 측기들이 관측하는 표층 수온으로 나누어질 수 있다. 국외 여러 기관에서 보급되고 있는 해수면온도 관측 자료들 은 각각 서로 다른 깊이의 수온을 나타내고 있어서 해양 피층과 표층 수온 사이의 관계를 이해하는 것은 매우 중요하 다. 본 연구에서는 적외선 라디오미터를 해양조사선에 장착하기 위한 시스템을 설계하고 부착하고 운용하여 국내에서 처음으로 해양 피층 수온을 산출할 수 있는 관측 환경을 구축하였다. 선박 관측 전에 실험실에서 라디오미터 기기의 검보정을 실시하여 보정 계수를 산출하였다. 관측된 해수면에서 방출된 복사에너지와 하늘 복사에너지를 피층 수온으로 산출하는 일련의 과정을 적용하였다. 산출된 피층 해수면온도를 현장 관측 표층 수온자료와 비교하여 표층과 피층 수온 차이를 정량적으로 조사하고자 하였으며, Himawari-8 정지궤도 위성 해수면온도 자료와의 비교를 통해 해양 상층 연직 구조의 특성을 이해하고자 하였다. 2020년 4월 21일부터 5월 6일까지 남해안의 장목항과 동해 남부를 관측한 해양 피 층 수온은 전체적으로 표층 수온과 0.76°C 정도의 차이를 보였다. 또한 이 두 수온 차이의 평균제곱근오차는 약 0.6°C 에서 0.9°C까지의 일간변화를 가지고 있었으며, 하루 중 1-3시에 0.83-0.89°C로 가장 크게 나타났으며, 15시에 0.59°C로 최소의 차이를 가지고 있었다. 또한 편차도 0.47-0.75°C의 일간변화를 나타내었다. 해양 피층 관측 수온과 위성 해수면 온도 간 차이는 약 0.74°C의 평균제곱근오차, 0.37°C의 편차를 나타냈다. 본 연구의 분석을 통해 관측 수심에 따른 피 층-표층 수온의 차이를 확인할 수 있었으며, 피층-표층 수온 차의 계절적 변화를 정량적으로 이해하고 또 변동 요인과의 관련성을 연구하기 위하여 연구조사선을 이용한 추가적인 연안 및 대양 관측이 지속적으로 진행되어야 함을 시사한다.



    Korea Meteorological Administration(KMA)
    KMI2018-05110

    서 론

    해수면온도(Sea Surface Temperature, SST)는 해양 환경과 기후변화를 이해하는데 가장 중요한 해양 변 수 중의 하나이다. 해수면온도는 해양-대기 상호작용 을 통하여 열속의 변화에 기여하고 일기와 기후 변 화를 유도하는데 매우 중요한 역할을 한다. 최근 빈 번한 자연 재해 및 지구 환경의 변화를 이해하기 위 하여 해수면온도는 정확하게 관측되어야 한다. 또한 해수면온도는 대기 수치예보모델 및 해양순환모델 등 에서의 경계조건으로 입력되어야 하기 때문에 정확한 자료에 대한 요구는 증대되고 있다(Emery et al., 2001). 극궤도 위성과 정지위성 등 다중위성을 활용 하여 해양의 수온을 산출하고 합성하여 세계 여러 기관에서 해수면온도가 생산되고 보급되고 있다. 다 양한 지형과 수심, 해류 등의 영향으로 해수면온도의 분포가 상당히 넓게 나타나는 한반도 주변해에서도 이러한 여러 위성들을 활용한 해수면온도 관측이 지 난 수 십년동안 진행되어 왔으며, 사용자의 연구 목 적 및 해역의 특성을 고려한 해수면온도를 산출하기 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있다(Woo et al., 2018;Jang and Park, 2019).

    해양 상층의 수온은 해양-대기간의 활발한 상호작 용에 의해 시간에 따라 변동하며, 수심에 따라 그 특 성이 다르게 나타난다. 적외선영역 라디오미터 관측 계로 관측한 수온인 해양 피층 해수면온도(Skin SST) 는 10-12 μm 깊이에서의 수온을 나타낸다(Donlon et al., 2007)(Fig. 2). 마이크로파 해수면온도는 적외선 영역에서 관측한 해수면온도보다 약간 깊은 1 mm 정도의 수심에서 나오는 복사에너지를 측정한 것이 다. 이에 반해 여러 가지 해양 수온 관측기기로 측정 한 해양 표층 수온은 서로 다른 깊이에서 관측되고 있다. 표층뜰개(surface drifter)의 수온계는 해수면으 로부터 약 15-20 cm 아래에 설치되어 수온을 관측한 다(Reverdin et al., 2013). 전기전도도 자료를 이용한 CTD (Conductivity, Temperature, Depth) 기기는 연 직적인 수온의 분포를 관측하는데 사용되나, 해양 표 면으로부터 1 m 이내에는 해양파, 파쇄, 잔물결 등으 로 인해 변동이 매우 심하여 보정 작업에서 제거되 며, 해수면에서 1-5 m 사이의 수온을 일반적으로 표 층 수온으로 사용하고 있다(Park et al., 2008). ARGO 중층부이의 해수면과 가장 가까이 관측하는 수온은 대략 3-5 m 정도에서 이루어진다. 이러한 기 기로 관측되는 해수의 온도는 표층수온(Bulk SST)에 해당한다(Reynolds and Smith, 1994;Reynolds et al., 2002;Rayner et al., 2003). 해양 표층의 수온은 피층 수온과 낮과 밤에 따라서 서로 다른 수직적 변 화를 가지고 있다(Fairall et al., 1996;Donlon et al., 2002;Minnett, 2003;Minnett et al., 2011). 이러한 변화는 다양한 대기 조건과 해양 상태에 대한 함수 로 해역별로 다르게 나타난다(Alappattu et al., 2017;Zhang et al., 2020). Fig. 2는 하나의 예로 대략적으 로 밤에는 피층 수온이 0.3-0.5°C 정도 낮게 산출되 며, 낮 동안에는 2°C 이상으로 높게 산출될 수 있다 (Donlon et al., 2007).

    위성에서 관측한 적외 영역 해수면온도의 경우 여 러 기기로 관측한 해수 수온을 사용하여 산출하기 때문에 피층에서 나온 복사에너지를 관측하지만 실제 로는 피층과 표층 사이의 온도를 대변한다. 기존의 연구 결과에 따르면 해양 피층과 표층간 수온차는 극심할 경우 6.6°C 이상의 값 차이를 보일 수 있음이 보고되었다(e.g., Flament, 1994). 이러한 차이를 극복 하기 위하여 표층 수온으로 환산하고자 할 때 야간 자료만을 활용하여 해수면온도 합성장을 생산하기도 한다. 해양 상층의 다양한 깊이에서 관측되는 수온 자료를 동일 수심으로 가정하고 수치모델의 입력장으 로 활용하거나 수온 구조에 대한 연구를 진행한다면 모델 예측 정확도를 크게 저하시키고 해양 상층 구 조를 이해하는데 오차 요인이 될 수 있다. 또한, 한 반도 주변해역은 기후변화에 따른 수온의 증가와 해 양 성층화가 급격히 이루어지고 있으며 이에 따른 악기상 출현이 빈번해지고 있어 장기간의 해양 상층 수온 연직 구조에 대한 현장 관측이 필요하다.

    국외에서는 해양 피층 수온을 직접 관측하기 위하 여 다양한 현장관측 기기가 개발되어 왔고, 이를 선 박에 부착하여 전 대양을 관측하는 국제 협력 프로 그램이 본격적으로 시행되고 있다. 대표적인 피층 수 온 관측 기기로는 영국 사우샘프턴 대학교에서 개발 한 해수면온도 자동 측정 적외선 라디오미터(ISAR, Infrared Sea Surface Temperature Autonomous Radiometer)와 미국 위스콘신 대학교에서 개발한 MAERI (Marine-Atmosphere Emitted Radiance Interferometer) 등이 있다(Donlon et al., 2008). 국내에서는 열화상 카메라를 이용한 피층 수온 관측은 이루어지고 있지 만(Kang et al., 2017), 적외선 라디오미터를 활용한 피층 수온 관측 기술은 아직 도입된 적이 없다. 따라 서 적외선 라디오미터를 해양 연구선에 설치하는 시 스템을 설계하고 구축하여 해양 피층 수온 관측 및 산출을 진행하기 위한 일련의 과정이 개발될 필요성 이 있다. Fig. 1은 한반도 주변해의 대략적인 지형과 한반도 주변 서해, 남해, 동해의 해수면온도의 분포 를 나타낸 것이다. Fig. 1b에 ISAR 관측을 실시한 장목항의 위치를 나타내었다.

    따라서 본 연구에서는 1) 국내 최초로 적외선 라디 오미터 ISAR를 도입하여 해양 피층 해수면온도를 관 측하기 위한 관측 시스템을 설계하고, 2) 대형해양관 측선인 이사부호의 구조에 적합한 기기 고정 프레임 을 제작하여 설치하고, 3) 선박에 부착된 ISAR를 활 용하여 해양 피층 수온을 관측하며, 4) 해양 표층 수 온을 관측하여 산출된 피층 수온과 비교하며, 5) 위 성 해수면온도 자료와 비교하여 해양 상층 연직 수 온 구조의 특성을 이해하고자 한다.

    자료 및 방법

    위성 자료

    ISAR에서 관측된 피층 수온을 비교하기 위하여 일 본 기상청(Japan Meteorological Agency)에서 운용중 인 정지궤도 Himawari-8 위성의 라디오미터 센서 (Advanced Himawari Imager)를 활용하여 관측된 해 수면온도를 사용하였다. Himawari-8 위성은 2014년 10월에 발사되어 2015년 7월부터 자료가 배포되고 있으며, 총 16개의 채널을 통해 가시광선 및 열적외 파장 영역에서 각각 0.5-1, 2 km의 공간해상도로 해 양 및 대기를 관측한다(Bessho et al., 2016). 전지구 영역에 대해 매 10분마다 관측을 수행하고 있어 높 은 시공간 해상도를 가지고 있다. 본 연구에서는 JAXA에서 제공하는 버전 2의 level 2 (L2)의 해수면 온도를 수집하여 수온 차이의 특성을 분석하는 과정 에 활용하였다. ISAR 관측을 수행한 기간에 맞춰 2020년 4월 21일부터 5월 6일까지의 Himawari-8 해 수면온도 자료를 수집하였다.

    적외선 라디오미터

    ISAR는 해양 피층 온도 관측을 목적으로 선상에 부착할 수 있도록 개발된 적외선 복사계로 9.8-11 μm 사이의 적외선 파장대를 이용해 173-373 K 사이 의 수온을 ±0.1 K의 오차로 측정하는 기기이다 (Donlon et al., 2008;Wimmer and Robinson, 2016). 피층 해수면온도는 일반적으로 파장 3.7-12 μm에서 작동하는 적외선 복사계로 측정된 온도로 정의되며, 이는 10-20 μm 깊이에서 전도성 확산이 지배적인 해 양층 내의 온도를 나타낸다(Donlon et al., 2007). ISAR는 2개의 내부 보정 흑체(blackbody)가 있는 자 체 보정 스캐닝 복사계로서, 하나는 주변 온도에서의 흑체(ambient BB)이고, 다른 하나는 주변 온도보다 약 12 K 더 높은 온도로 가열된 흑체(heated BB)를 가지고 있다. 한 번의 스캔 주기동안 약 4분이 소요 되며, 적외선 감지기인 Heitronics KT15.85D (KT15) 는 ambient BB를 먼저 관측하고, 그 다음 heated BB를 관측한 후 대기를 주사한(scanning) 후 마지막 으로 해수면을 관측한다. ISAR에는 강수 상황이나 해수 분무(spray)에 의한 침수를 방지하기 위해 자동 으로 셔터가 닫히도록 설계되어 있다. 이런 개폐과정 을 통해 기기 내부의 광학 부품을 보호하고 강수 시 온도측정을 중단할 수 있다. 본 연구에서도 강우 측 정기(rain gauge)를 ISAR와 함께 설치하여 강수 상황 이나 극심한 해수 분무 상황을 탐지하고, 강우 측정 기의 측정값이 일정 임계값을 초과하면 자동으로 셔 터를 닫는 시스템을 갖추어 ISAR 본체와 동시 관측 이 이루어질 수 있도록 하였다.

    선박설치 시스템 개발 및 설치

    ISAR 기기는 선박에 부착하여 피층 해수면온도를 실시간으로 측정하도록 설계되어 있다. 기본적으로 선박에 부착하여 관측이 수행되어야 함에 따라 설치 위치를 정교히 고려해야 한다. ISAR의 관측 영역 (FOV, Field of View)이 해파의 영향을 받지 않아야 하며, 정확한 피층 수온 측정을 위해서는 약 10 m 이상의 관측 높이가 필요하고 이러한 설치 고도의 확보는 해수 분무의 영향을 최소화하기 위해서도 필 수적인 요소이다. 또한, 선박의 흔들림이 적어야하므 로 이러한 조건들을 모두 고려하였을 때 대형조사선 이 가장 최적의 조건을 갖추고 있다고 할 수 있다.

    이러한 여러 가지 조건을 고려하여 국내에서 활용 가능한 연구선 중 5,000톤의 대형해양과학조사선인 이 사부호를 선정하였으며 선박의 선수 타워 우측 난간에 ISAR 관측 프레임을 제작하여 기기를 부착하였다(Fig. 3). 기기가 관측 각도 40° 이내에서 선박 구조물에 의한 방해없이 해수면을 온전히 볼 수 있도록 하였고, 기기 의 수평을 맞추고 선박 선수부의 난간에 고정하였다.

    대양 연구를 위해 ISAR를 탑재한 연구조사선이 원해로 나가게 됐을 때 국제 해사법을 준수하기 위 하여 선박 구조물이 바깥으로 돌출되지 않도록 접이 식 ISAR 설치 프레임을 제작하였다. Fig. 4는 ISAR 를 탑재한 철제 프레임을 펼친 모습과 접은 모습을 나타낸다. ISAR가 관측을 하지 않을 때에는 접어두 고, 선박이 출항할 때 관측을 개시할 때에는 Fig. 4 의 좌측과 같이 펼쳐서 관측하도록 설계하였다. 이러 한 관측 설계는 우리나라 연구 조사 선박의 특성을 고려한 최적화된 모델이라고 할 수 있다. 본 연구에 서는 이사부호의 모항인 경남 거제시 장목항에서의 고정점 관측 자료 및 2020년 4월 23일부터 5월 3일 까지의 동해 해양 피층 현장 관측 자료를 획득하여 사용하였다(Fig. 1, 8).

    선박탑재 표층 수온측정 자료

    피층-표층 수온 구조의 특성 차이를 이해하기 위하 여 대양관측선 이사부호에 설치된 thermosalinograph (TSG; Sea-Bird Electronics SBE21) 관측 기기로부터 표층 수온·염분 자료를 수집하여 활용하였다. TSG는 선박 운항 중 표층해수의 수온과 염분을 실시간·연속 적으로 관측하는 시스템으로 해수 특성 분포의 모니터 링에 적합한 선박 장착 장비이다(Lee et al., 2002). TSG는 수온센서와 전기전도도센서로 구성되어 있으며, 이사부호에 설치된 센서의 정밀도는 각각 ±0.003°C 및 ±0.003 mS/cm 정도이다. 자료 오류의 주 원인인 기포 발생의 관찰 등 센서 관리가 용이하도록 이사부호의 실험실(wet lab)에 설치되었으며, 선저에서 취수된 해 수가 내식성과 염화물(chloride)에 대한 부식 저항성이 우수한 구리-니켈 합금관을 통과하여 실험실로 공급되 면(Jung et al., 2018), TSG 센서를 통과하며 해양 표 층 수온을 관측한다. TSG 관측 시간 간격은 10분으 로, 선박 운항 기간에만 관측이 수행되므로 2020년 4 월 23일부터 5월 3일까지의 자료를 취득하였다.

    ISAR 검보정 과정

    ISAR 해상 관측을 수행하기 전, 보다 정확한 피층 수온 관측을 위해서는 기기 보정이 선행되어야 한다. 복사계를 보정하기 위해서는 복사계의 관측 영역을 완전히 채우는 잘 정의된(well-defined) 보정 복사량 내부 목표물이 필요하며, 이를 통해 특정 스펙트럼에 서의 적절한 복사량-온도 관계를 도출하게 된다 (Grassl and Hinzpeter 1975;Thomas and Turner, 1995;Kent et al., 1996;Saurez et al., 1997;Schlussel et al., 1990). 본 연구에서는 이러한 원리를 기반으로 ISAR 검보정 장치(calibration kit)를 활용하 여 현장 관측을 나가기 전 실험실에서 선보정(precalibration) 을 수행하였다. 이 과정을 한번 수행하면 최대 3개월까지는 보정 없이 관측이 가능하기 때문 에 관측 기간 이전 2020년 2월 24일에 실험실 보정 과정을 진행하였다. 산출된 보정 계수 자료(Mirror mean, Mirror standard deviation, SST mean, SST standard deviation)를 이용하여 ISAR 관측 자료를 피 층 해수면온도 값으로 계산하는 과정에 적용하였고, 최종적으로 보정된 피층 수온 자료를 산출하였다.

    피층 수온 산출 방법

    해수면에서 방출되는 적외선 복사량은 해수면의 온 도에 따라 달라진다. 만약 바다 표면이 완벽한 복사 체로 작용한다면, 일정한 스펙트럼 대역폭에 대한 스 펙트럼의 광도 L을 측정하여 플랑크 방정식을 이용 하여 간단하게 계산할 수 있을 것이다. 그러나 실제 해수는 1보다 약간 낮은 방사율(emissivity)을 가지고 있고, 대기에서 발생하는 소량의 방사선이 해수면에 서 복사계의 관측 영역으로 유입되게 된다(Fig. 5). 이렇게 반사된 대기의 복사를 고려하지 않고 피층 해수면온도를 산출하게 되면 ISAR 기반 피층 수온은 실제 해수면온도보다 낮게 모의될 가능성이 높다.

    선박에서 피층 해수면온도를 정확하게 측정하기 위 해서는 해수면 복사도와 하향복사조도(downwelling radiance)를 모두 측정해야 하며, 해수 방사율값을 정 확하게 알고 있어야 한다. 9-12 μm 파장대에서는 시 야각이 40° 이하일 때 잔잔한 해수면에 대해 최대 0.98의 방사율(ε)을 가지는 것으로 알려져 있다. 그러 나 시야각이 40° 이상이 되면, 방사율의 값은 급격히 감소하게 된다(Bertie and Lan, 1996).

    ISAR 관측치를 이용하여 해양 피층 수온을 산출하 는 원리는 다음과 같다. 해양 표면 온도 Ts, 관측 각 도 θ의 조건에서 해수면을 관측하는 복사계를 고려 했을 때(Fig. 5), 입사되는 하향복사조도는 식 (1)로 나타낼 수 있다.

    L d o w n ( λ ) τ p a t h L s k y ( λ ) + ( 1 τ p a t h ) B ( T a i r , λ ) ¯
    (1)

    τpath는 대기의 투과율(transmittance), Lsky는 대기를 통 과하며 입사하는 복사조도(sky incident radiation)이 고, 흑체(BB)로부터 방출되는 spectral radiance는 식 (2)로 나타낼 수 있다.

    B ( T , λ ) = 2 h c 2 λ 5 [ exp ( h c λ k T ) 1 ]
    (2)

    여기서, h는 Planck 상수, c는 빛의 속도이며, k는 볼츠만 상수, λ는 파장이다.

    따라서, B ( T a i r , λ ) ¯ 는 대기의 온도인 Tair에서 대기 의 경로를 지나며 방출되는 spectral radiance의 평균 값이다.

    해수면으로부터의 상향복사조도(upwelling radiance) 는 식(3)과 같다.

    L u p = ε ( λ , θ ) B ( S S T s k i n , λ ) + [ 1 ε ( λ , θ ) ] L d o w n
    (3)

    ε(λ, θ)는 파장 λ와 관측 각도 θ에서의 방사율이다.

    그리고 적외선 관측계로 도달하는 상향복사조도는

    L s e a ( λ ) τ p a t h L u p ( λ ) + ( 1 τ p a t h ) B ( T a i r , λ ) ¯
    (4)

    = τ p a t h ε ( λ , θ ) B ( S S T s k i n , ε ) + τ p a t h 2 × [ 1 ε ( λ , θ ) ] L s k y + ( 1 τ p a t h ) × { [ 1 ε ( λ , θ ) ] τ p a t h + 1 } B ( T a i r , λ ) ¯
    (5)

    와 같다. τpath가 1에 가까워지면, Lsea

    L s e a ( λ ) = ε ( λ , θ ) B ( S S T s k i n , λ ) + [ 1 ε ( λ , θ ) ] L s k y
    (6)
    로 나타낼 수 있다.

    적외선 관측계가 해수면에서 30 m 미만의 높이에 있고, 상대 습도가 95% 미만인 경우 τpath는 9.6-11.5 μm 영역에서 측정할 때 1에 매우 근접해진다. 식 (5)에서 이러한 가정(τpath=1)은 피층 해수면온도 관측 에서 0.05 K 이하의 오차만을 유발하게 되며, 이러한 근소한 에러는 0.1 K의 정확도가 목표인 관측계에서 는 크게 중요하지 않다.

    Spectral response function은 ζ(λ)로 정의되고, 해 수면을 바라보는 관측계의 Ssea 출력 신호는

    S s e a = λ 1 λ 2 ζ ( λ ) ε ( λ , θ ) B ( S S T s k i n , λ ) + [ 1 ε ( λ , θ ) ] L s k y ( λ ) d λ
    (7)

    로 나타낼 수 있고, λ1λ2는 관측계의 파장 범위로 설정하여 계산한다.

    대기를 바라볼 때의 Ssky 출력신호는

    S s k y = λ 1 λ 2 ζ ( λ ) L s k y ( λ ) d λ
    (8)

    로 정리할 수 있다.

    좁은 파장 대역인 9.5-11.5 μm 내에서 ε(λ,θ)와 B(λ,T)는 파장에 대해서만 매우 느리게 변동하므로, 식 (7)은 위 가정을 적용하여 band-averaged 값인 단 일 εB(θ), Lsky, BB(T)를 적용하여,

    S s e a = ζ B ε B ( θ ) B B ( S S T s k i n ) + [ 1 ε B ( θ ) ] L B , s k y
    (9)

    로 주어질 수 있고, 식 (8) 역시 다음과 같이 정리할 수 있다.

    S s k y = ζ B L B , s k y
    (10)

    따라서 최종적으로,

    ζ B B B ( S S T s k i n ) = S s e a [ 1 ε B ( θ ) ] S s k y ε B ( θ )
    (11)

    의 산출식을 얻을 수 있다.

    위 식 (11)의 해를 구하기 위해서는 SseaSsky의 값이 필요하고, 관측오차를 최소화하기 위해 가능한 한 동시에 관측된 값이어야 한다. 대기의 수직적으로 분포하고 있는 다양한 구름으로 인해 급격히 변화하 는 대기 복사 조건과 관련된 오류를 제한하기 위해 SseaSsky의 측정 시차가 최소화되어야 한다(Donlon and Nightingale, 2000). 이러한 문제에 대한 공학적 인 해결책으로, 다양한 각도에서 바다 표면과 대기를 번갈아 보면서 단일 감지기에 방사를 전달하는 회전 거울을 선택하여, 하나는 해수면을 보고, 다른 하나 는 대기를 보게 하여 관측 오차를 최소화한 ISAR 시스템을 구축하였다(Wimmer and Robinson, 2016).

    피층-표층 수온 오차

    ISAR를 이용하여 관측한 해수 피층 수온(SSTI)과 선박에 부착된 TSG를 이용하여 관측한 표층 수온 (SSTG)의 차이를 비교하였다. 두 수온의 차이에 대 한 오차는 제곱평균오차(RMSE, Root Mean Squared Error)와 편차(Bias)로 표현하였으며, 식 (12)와 (13) 과 같이 계산하였다.

    RMSE = 1 N i = 1 N ( S S T G i S S T I i ) 2
    (12)

    Bias = 1 N i = 1 N ( S S T G i S S T I i )
    (13)

    여기서, N은 일치점 자료의 개수이다.

    연구 결과

    피층 수온 산출

    ISAR 관측 자료를 활용하여 해수 피층 수온을 산 출한 결과를 Fig. 6에 나타내었다. 2020년 4월 21일 부터 5월 6일까지의 해양 피층 관측 수온의 시간 변 화를 나타내고 있으며, 조사선은 21일 장목항에서 출 항하여 동해의 울릉도-독도 해역으로 빠르게 이동하 였다. 출항 후 수온 변동이 비교적 급격한 해역을 지 남에 따라 피층 수온의 시·공간 변동성이 혼재되어 나타남을 알 수 있다. 관측된 피층 수온의 범위는 9.4-21°C까지 넓게 분포하며, 5월 4일 선박이 장목항 으로 입항하며 나타난 약 21°C의 급격한 피층 수온 의 최대값은 해당 날짜의 기온 상승에 의한 것으로 추정된다. 장목항이 위치한 거제시의 5월 4일 평균기 온은 20.1°C, 최고기온은 26.1°C로 5월 3일, 5일의 평균기온이 각각 16.6, 15.6°C, 최고기온이 각각 17.5, 19.4°C였던 것에 비해 기온이 크게 오르며, 피층 수 온도 큰 폭으로 증가하는 양상을 보였다.

    피층 수온의 경우 일변동의 영향 또한 크게 나타 나는데, 이를 조사하기 위하여 이동 중의 관측 자료 가 아닌 장목항에서 정박해 있을 때의 피층 수온 시 계열 관측 자료를 도시하였다(Fig. 7). 약 2°C 이상의 일변동이 유의미하게 나타나는 것을 확인할 수 있었 으며, 15시 전후에서 최대값(13.74°C)이 관측이 되고 있는데, 이는 일사에 따른 표층의 가열과 관련이 있 다. 최소값(11.67°C)은 오전 5시 전후로 나타났다.

    선박 표층 수온과의 비교

    이사부호의 TSG 관측 표층 수온 자료의 시계열은 Fig. 8a와 같다. 표층 수온 관측이 선박 이동중에 수 행되었으므로, 시간에 따른 수온의 변동 특성을 이해 하기 위하여 선박의 운항 경로를 일별로 도시하고, 해당 날짜의 위성 해수면온도 영상도 함께 나타내었 다(Fig. 8b-m). 2020년 4월 23일 수온 변동이 급격한 해역을 지나면서 관측 표층 수온이 가파르게 낮아지 는 것을 볼 수 있으며, 좁은 해역에서 정점 라인 조 사를 수행한 4월 29일부터 5월 2일에는 반복적으로 수온이 일정하게 변동하는 모습을 확인할 수 있었다. 이러한 수온의 시·공간 변동성의 혼재로 일변동은 뚜렷하게 관측되지 않았다.

    해양 피층 수온과 표층 수온 간의 차이를 정량적 으로 분석하기 위하여 ISAR 피층 수온 관측 자료와 TSG 관측 수온 자료 간 일치점을 생성하였으며, 비 교 분석 결과를 Fig. 9에 도시하였다. 전반적으로 ISAR 피층 해수면온도가 TSG 표층 수온보다 낮은 관측값을 가지며, 피층-표층 수온 차이는 대략 −1.9- 0.8°C 이내에 분포하였다. 전체 자료에 대하여 피층- 표층 해수면온도 간 평균제곱근오차는 약 0.76°C, 편 차는 약 −0.70°C로 나타났다. 일반적으로 대부분의 조건에서 피층 수온은 수면 아래의 표층 수온보다 낮은 값을 가지는데, 이를 “cool skin effect” 또는 줄 여서 “skin effect”라고 한다(Woodcock, 1941;Saunders, 1967). 이러한 온도 차이는 해수면의 열 경계층을 통 해 보통 해양에서 대기로 이동하는 순열속(net heat flux) 때문에 발생하며, 따라서 cool skin effect는 해 양 상층부에서 거의 항상 나타나는 특성이라고 할 수 있다. 그러나 낮은 풍속과 강한 일사량의 조건에 서는 cool skin effect가 상층 수 미터의 일간 수온 상승(diurnal warming)에 의해 상쇄될 수 있으며 (Genemann et al., 2003), 이러한 경우 피층-표층 간 수온 차는 양의 편차를 나타낸다(Fig. 9b).

    위성 해수면온도와의 비교

    피층 관측 수온 자료와 Himawari-8/AHI 위성의 적외 해수면온도 자료를 비교하여 위성 해수면온도의 정확도를 분석하였다(Fig. 10). 일정 시간, 공간 내의 일치점 자료를 생산하였으며, 최대 시간 격차는 30분, 공간 격차는 Himawari-8 위성의 공간 해상도를 고려 하여 2 km 이내의 범위를 주었다. 동해 관측 기간에 맞춰 2020년 4월 23일부터 5월 4일까지의 일치점 생 산 결과 총 33,335개의 일치점 자료를 획득하였다. Himawari-8 해수면온도가 ISAR 관측 수온에 대하여 선형의 비례관계를 보이고 있으나, 실측 피층 수온보 다는 높은 관측값을 보이고 있음을 알 수 있다. 위성 해수면온도와 실측 피층 수온 간의 차이는 대략 −3.4- 1.2°C 이내에 분포하였다. 전체 일치점 자료에 대한 Himawari-8 해수면온도의 평균제곱근오차는 약 0.74°C, 편차는 약 0.37°C로 나타났다. 이러한 차이는 인공위성 해수면온도 산출시 사용되는 실측자료가 실 제 피층 수온의 관측 자료가 아닌 표층뜰개부이 자 료를 활용함에 따라 관측 수심에 따른 수온 차이에 서 기인한 것으로 생각된다.

    표층-피층 수온차이의 일간변화

    표층-피층 수온 차이의 일간 변화를 이해하기 위하 여 ISAR 관측 피층 해수면온도와 TSG 자료로부터 얻은 표층 수온 간 일치점 자료를 활용하여 표층-피 층 수온 차이에 대한 평균제곱근오차와 편차를 시간 에 따라 도시하였다(Fig. 11). 평균제곱근오차는 0.59°C에서 0.89°C 사이에 분포하며, 최대값은 오전 0시 전후에, 최소값은 오후 1시에 나타났다. 편차는 0.47-0.75°C의 범위내에서 최대값은 오전 1시에, 최소 값은 오후 1시에 나타나 평균제곱근오차와 비슷한 변동 특성을 보였다. 평균제곱근오차와 편차 모두 뚜 렷한 일간 변화를 보였으며 변동 폭도 크게 나타남 을 확인할 수 있었다. 이러한 표층-피층 수온 차이의 변동 특성은 향후 위성 해수면온도의 변환 및 표층- 피층 수온 관계식 유도 등에 널리 활용될 것으로 기 대한다.

    토의 및 결론

    인공위성 해수면온도의 정확도 평가와 사용자의 목 적에 부합하는 해수면온도를 생산하기 위하여 국제적 으로 다양한 해양 관측이 활발하게 이루어지고 있다. 그러한 노력의 일환으로 해양 피층 수온과 표층 수 온의 상관관계를 이해하기 위하여 ISAR와 같은 적외 선 복사계를 활용한 관측과 연구가 지속적으로 이루 어지고 있다. 이러한 표층-피층 수온의 상관성 및 변 동 특성을 연구하기 위해서는 피층 수온의 관측이 필수적이다. 국외의 연구 동향에 비해 국내에서는 ISAR와 같은 고성능 적외선 복사계를 이용한 피층 수온 관측은 전무한 상황이다. 본 연구에서는 적외선 라디오미터인 ISAR를 국내 최초로 도입하여 해양 연 구선에 설치하는 일련의 시스템을 설계하고 구축하였 다. 또한, 해양 피층 수온 관측 및 산출을 수행하고, 이를 해양 표층 관측 수온 및 위성 해수면온도 자료 와 비교하여 해양 상층 연직 수온 구조의 특성을 이 해하고자 하였다.

    적외선 복사계 관측 자료를 활용하여 해수 피층 수온을 산출한 결과 고정점에서의 관측에서는 약 2°C 이상의 유의미한 일간 변동이 관측되었다. 시간 에 따른 피층 수온의 변동은 일사에 따른 표층의 가 열과 관련이 있으며 이러한 차이는 인공위성 해수면 온도 일합성장의 정확도에 영향을 줄 수 있다. 장목 항에서 출항한 이후 울릉도-독도 해역으로 이동하며 관측한 피층 수온 자료와 표층 수온 자료에서는 시 공간 변동성의 혼재로 뚜렷한 일간 변동을 확인할 수 없었다. 피층-표층 수온 자료 간의 차이를 정량적 으로 분석하고, 해양 상층 연직 수온 구조의 특성을 파악하기 위하여 ISAR 관측 피층 해수면온도와 TSG 관측 표층 수온, 그리고 위성 해수면온도와의 비교 분석을 수행하였다.

    ISAR 관측 자료를 활용하여 남해와 동해에서 피층 -표층 자료 간 일치점을 생성하여 평균제곱근오차와 편차로 정확도를 제시하였다. 전반적으로 ISAR 피층 해수면온도가 TSG 표층 수온보다 낮게 나타났으며, 피층-표층 수온 차이는 대략 −1.9-0.8°C의 범위내에 분포하였다. 전체 자료에 대하여 피층-표층 해수면온 도 간 평균제곱근오차는 약 0.76°C, 편차는 약 −0.70 °C이다. 위성 해수면온도와 ISAR 관측 피층 해수면 온도를 비교한 결과 전반적으로 위성 해수면온도가 더 높은 관측값을 보이고 있으나, 생성된 일치점의 온도 범위에 따라 ISAR 관측 피층 수온이 더 높은 관측값을 보일 때도 있었다. 두 자료 간의 차이는 대 략 −1.2-3.4°C 이내에 분포하였다. 전체 일치점 자료 에 대한 위성 해수면온도의 평균제곱근오차는 약 0.74°C, 편차는 약 −0.37°C로 나타났다. 적외 영역 위 성 해수면온도임에도 현장 관측 피층 해수면온도와 이렇듯 차이를 보이는 이유는 인공위성 해수면온도 산출시 실제 피층 수온 관측 자료가 입력되는 것이 아닌 표층뜰개부이 자료가 가장 많이 활용되기 때문 에 관측 수심에 따른 수온 차이에서 기인하였을 가 능성이 크다. 또한, 일치점이 생성된 때의 풍속, 낮시 간/밤시간의 조건에 따라 피층-표층 수온 차의 변동 특성이 다르게 나타날 수 있다. ISAR 피층 관측 수 온 자료와 위성 해수면온도, TSG 표층 수온 자료 간 상호 비교를 통해 피층-표층 간 수온 차이가 ISAR 피층 수온과 위성 해수면온도 간 차이보다 편차가 크게 나타난다는 점을 확인할 수 있었으며, 이는 해 양 상층 수온 연직 구조의 특성을 정량적으로 드러 낸 것이다. 표층-피층 수온 차이의 일간 변화 특성을 조사하기 위하여 ISAR 피층 해수면온도와 TSG 표 층 수온 간 일치점 자료를 활용하여 표층-피층 수온 차이에 대한 평균제곱근오차와 편차를 시간별로 평균 한 결과, 평균제곱근오차 및 편차 모두 뚜렷한 일간 변화를 보였다.

    ISAR 기기를 활용하여 실제 관측을 시행하는 과정 에서 국외 상황과 구별되는 국내의 여러 가지 특수 상황들이 발생하였다. 우선 사용할 수 있는 연구조사 선이 상이하고, 배의 높이가 낮아서 ISAR를 설치하 는데 여러 가지 한계점이 있었다. 해수 침수 및 누수 문제 등 예기치 않은 문제점들이 빈번히 발생하였다. 이러한 문제점들을 극복하기 위하여 기기 설치 시스 템을 새롭게 설계하여 설치하였으며, 기기 운영과정 에서의 경험을 축적하였다. 이러한 경험 축적을 바탕 으로 실제 해상실험을 성공적으로 수행할 수 있었다. 추후 지속적인 관측을 통해 우리나라 주변 해역에 대한 피층 수온 관측 자료가 축적되면 다양한 해역 에서의 검보정을 통한 자료의 정확도 향상 및 해역 별 해양 상층 연직 수온 구조에 대한 연구의 기반을 마련할 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서의 관측을 통하여 제시한 표층-피층 수온 차이의 특성을 기반으 로 향후 위성 해수면온도의 변환 및 표층-피층 수온 관계식 유도, 대기-해양 수치모델 입력장 연구 등에 널리 활용될 것으로 기대된다.

    사 사

    본 연구는 기상청 “기상·지진See-At기술개발연구 사업(KMI2018-05110)”의 지원을 받아 수행되었습니 다. 이사부호 Thermosalinograph 자료는 한국해양과 학기술원 “이사부호 운영사업”의 지원을 받아 제공받 았으며, 이에 도움을 주신 김덕진, 강한구, 이경목, 정우영, 김대연, 허상도, 백세훈 연구원님께 감사드립 니다. ISAR 설치 및 운용과 관련하여 도움을 주신 (주)오트로닉스께도 감사를 드립니다.

    Figure

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    (a) Bathymetry of the seas around the Korean Peninsula and (b) an example of spatial distribution of Sea Surface Temperature (SST) and the location of the Jangmok Port as marked in red stars with the ship track superimposed on the SST image.

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    A schematic diagram showing temperature differences from bulk temperature with respect to measurement depths in the near-surface layer.

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    Photographs showing the location of ISAR installed at the handrail of the bow tower of the R/V ISABU.

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    Photographs of (a) unfolded and (b) folded ISAR attached at handrail of the bow tower during its observation and nonobservation of the sea surface, repectively.

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    A schematic diagram of radiation rays penetrated into the ISAR installed on a ship, where h is a height of the ISAR from the sea surface, Lsky is the sky incident radiation, Ldown is the downwelling radiance incident on the sea surface, Lup is the upwelling radiance from the sea surface, and Lsea is the radiance originating from the sea surface, θ is an angle between the nadir of the ISAR and the ray of Lsea into the ISAR.

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    A time series of skin sea surface temperatures retrieved from ISAR measurements aboard R/V ISABU for a cruise track (Jangmok Port-the East Sea-Jangmok Port) from April 21 to May 6, 2020.

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    Timeseries of the skin sea surface temperature retrieved from ISAR measurements at Jangmok Port from 13 KST on April 21 to 12 KST on April 22, 2020.

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    (a) A time series of the TSG surface temperature from 23 April to 4 May, 2020 and (b)-(m) spatial distribution of daily sea surface temperatures and the cruise tracks of R/V ISABU measurements.

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    (a) Comparisons between ISAR sea surface temperature (SST) and TSG SST and (b) the distribution of SST differences (ISAR SST-TSG SST) as a function of the TSG SST, where the colors represent the number of matchup points.

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    (a) Comparisons between Himawari-8/AHI SST and ISAR SST and (b) the distribution of SST differences (Himawari- 8 SST-ISAR SST) as a function of the ISAR SST, where the colors represent the number of matchup points.

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    (a) Variations of RMSE errors (TSG SST-ISAR SST) and (b) Bias errors within one day.

    Table

    Reference

    1. Alappattu, D.P. , Wang, Q. , Yamaguchi, R. , Lind, R.J. , Reynolds, M. , and Christman, A.J. ,2017, Warm layer and cool skin corrections for bulk water temperature measurements for airsea interaction studies. Journal of Geophysical Research: Oceans, 122(8), 6470-6481.
    2. Bertie, J.E. and Lan, Z. ,1996, Infrared intensities of liquids XX: The intensity of the OH stretching band of liquid water revisited, and the best current values of the optical constants of H2O (l) at 25 C between 15,000 and 1 cm -1 . Applied Spectroscopy, 50(8), 1047-1057.
    3. Bessho, K. , Date, K. , Hayashi, M. , Ikeda, A. , Imai, T. , Inoue, H. , Kumagai, Y. , Miyakawa, T. , Murata, H. , Ohno, T. , Okuyama, A. , Oyama, R. , Sasaki, Y. , Shimazu, Y. , Shimoji, K. , Sumida, Y. , Suzuki, M. , Taniguchi, H. , Tsuchiyama, H. , Uesawa, D. , Yokota, H. , and Yoshida, R. ,2016, An introduction to Himawari-8/9-Japan’s newgeneration geostationary meteorological satellites. Journal of the Meteorological Society of Japan, 94, 151-183.
    4. Donlon, C.J. and Nightingale, T.J. ,2000, Effect of atmospheric radiance errors in radiometric sea-surface skin temperature measurements. Applied optics, 39(15), 2387-2392.
    5. Donlon, C.J. , Minnett, P.J. , Gentemann, C. , Nightingale, T.J. , Barton, I.J. , Ward, B. , and Murray, J. ,2002, Toward improved validation of satel-lite sea surface skin temperature measurements for climate research, Journal of Climate, 15, 353-369.
    6. Donlon, C.J. , Robinson, I.S. , Casey, K.S. , Vazquez-Cuervo, J. , Armstrong, E. , Arino, O. , ..., and Barton, I. ,2007, The global ocean data assimilation experiment highresolution sea surface temperature pilot project. Bulletin of the American Meteorological Society, 88(8), 1197- 1214.
    7. Donlon, C.J. , Robinson, I.S. , Wimmer, W. , Fisher, G. , Reynolds, M. , Edwards, R. , and Nightingale, T.J. ,2008, An infrared sea surface temperature autonomous radiometer (ISAR) for deployment aboard volunteer observing ships (VOS). Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 25(1), 93-113.
    8. Emery, W.J. , Castro, S. , Wick, G.A. , Schluessel, P. , and Donlon, C. ,2001, Estimating sea surface temperature from infrared satellite and in situ temperature data, Bulletin of the American Meteorological Society, 82(12), 2773.
    9. Fairall, C. , Bradley, E. , Godfrey, J. , Wick, G. , Edson, J. , and Young, G. ,1996, Cool-skin and warm-layer effects on sea surface temperature, Journal of Geophysical Research, 101(C1), 1295-1308.
    10. Flament, P. , Firing, J. , Sawyer, M. , and Trefois, C. ,1994, Amplitude and horizontal structure of a large diurnal sea surface warming event during the Coastal Ocean Dynamics Experiment. Journal of physical oceanography, 24(1), 124-139.
    11. Gentemann, C.L. , Donlon, C.J. , Stuart-Menteth, A. , and Wentz, F.J. ,2003, Diurnal signals in satellite sea surface temperature measurements. Geophysical Research Letter, 30, 1140.
    12. Grassl, H. and Hinzpeter, H. ,1975, The cool skin of the ocean. WMO GATE Rep. 14.
    13. Jang, J.C. and Park, K.A. ,2019, High-resolution sea surface temperature retrieval from Landsat 8 OLI/TIRS data at coastal regions. Remote Sensing, 11(22), 2687.
    14. Jung, G.S. , Yoon, B.Y. , and Lim, C.S. ,2018, A study on the corrosion of Cu-Ni alloy in chlorinated seawater for marine applications. Corrosion Science and Technology, 17(4), 176-182.
    15. Kang, K.M. , Kim, D.J. , Hwang, J.H. , Choi, C. , Nam, S. , Kim, S. , ..., and Lee, J. ,2017, Establishment of thermal infrared observation system on Ieodo Ocean Research Station for time-series sea surface temperature extraction. The Sea, 22(3), 57-68.
    16. Kent, E.T. , Forrester, T. , and Taylor, P.K. ,1996, A comparison of the oceanic skin effect parameterizations using ship-borne radiometer data. Journal of Geophysical Research, 101, 16 649-16666.
    17. Lee, J.H. , Chung, B.C. , Hwang, K.C. , Jeon, D.C. , Hwang, S.C. , and Lee, H.W. ,2002, Thermosalinograph measurements in the western Pacific Ocean in May and June, 2001. Ocean and Polar Research, 24(3), 207-213.
    18. Minnett, P.J. ,2003, Radiometric measurements of the seasurface skin temperature-The competing roles of the diurnal thermocline and the cool skin, International Journal of Remote Sensing, 24, 5033-5047.
    19. Minnett, P.J. , Smith, M. , and Ward, B. ,2011, Measurements of the oceanic thermal skin effect. Deep Sea Research, Part II, 58, 861-868.
    20. Park, K.A. , Sakaida, F. , and Kawamura, H. ,2008, Oceanic skin-bulk temperature difference through the comparison of satellite-observed sea surface temperature and in-situ measurements. Korean Journal of Remote Sensing, 24(4), 273-287.
    21. Rayner, N.A. , Parker, D.E. , Horton, E.B. , Folland, C.K. , Alexander, L.V. , Rowell, D.P. , Kent, E.C. , and Kaplan, A. ,2003, Global analyses of seasurface temperature, sea ice, and night marine air temperature since thelate nineteenth century. Journal of Geophysical Research, 108(D14), 4407.
    22. Reynolds, R.W. and Smith, T.M. ,1994, Improved global sea surface temperature analyses using optimum interpolation. Journal of Climate, 7, 929-948.
    23. Reynolds, R.W. , Rayner, N.A. , Smith, T.M. , Stokes, D.C. , and Wang, W. ,2002, An improved in situ and satellite SST analysis for climate. Journal of Climate, 15, 1609-1625.
    24. Reverdin, G. , Morisset, S. , Bellenger, H. , Boutin, J. , Martin, N. , Blouch, P. , ..., and Ward, B. ,2013, Near-sea surface temperature stratification from SVP drifters. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 30(8), 1867-1883.
    25. Saunders, P.M. ,1967, The temperature at the ocean-air interface. Journal of Atmospheric Sciences, 24, 269-273.
    26. Saurez, M. , Emery, W.J. , and Wick, G. ,1997, The Multi- Channel Infrared Sea Truth Radiometric Calibrator (MISTRC). Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 14, 243-253.
    27. Schluessel, P. , Emery, W.J. , Grassl, H. , and Mammen, T. ,1990, On the bulkskin temperature difference and its impact on satellite remote sensing of sea surface temperature. Journal of Geophysical Research: Oceans, 95(C8), 13341-13356.
    28. Thomas, J.P. and Turner, J. ,1995, Validation of Atlantic Ocean surface temperatures measured by the ERS-1 along track scanning radiometer. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 12, 1303-1312.
    29. Wimmer, W. and Robinson, I.S. ,2016, The ISAR instrument uncertainty model. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 33(11), 2415-2433.
    30. Woo, H.J. , Park, K.A. , Li, X. , and Lee, E.Y. ,2018, Sea surface temperature retrieval from the first Korean geostationary satellite COMS data: Validation and error assessment. Remote Sensing, 10(12), 1916.
    31. Woodcock, A.H. ,1941, Surface cooling and streaming in shallow fresh and salt waters. Journal of Marine Research, 4, 153-161.
    32. Zhang, H. , Beggs, H. , Ignatov, A. , and Babanin, A.V. ,2020, Nighttime cool skin effect observed from Infrared SST Autonomous Radiometer (ISAR) and depth temperatures. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 37(1), 33-46.