대기오염 물질은 우리의 건강에 큰 해를 끼치며 지구 기후시스템 내에서 중요한 역할을 하기에 그 변동 특성을 이해하는 것이 필요하다. 이 연구는 먼저 한반도 봄철 미세먼지(PM10)의 공간적 분포 특징을 조사하고, 그와 관련된 대기장 특성을 분석하였다. 이를 위하여 2011–2015년의 318개 지역에서 관측된 지표 PM10 자료를 경험적 직교함수 (Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석을 통해 세 가지 주요 변동 모드를 추출하였다. 첫 번째 모드는 우리나라 전 지역에서 같은 부호의 PM10농도 변동을 나타내며, PC ...
대기오염 물질은 우리의 건강에 큰 해를 끼치며 지구 기후시스템 내에서 중요한 역할을 하기에 그 변동 특성을 이해하는 것이 필요하다. 이 연구는 먼저 한반도 봄철 미세먼지(PM10)의 공간적 분포 특징을 조사하고, 그와 관련된 대기장 특성을 분석하였다. 이를 위하여 2011–2015년의 318개 지역에서 관측된 지표 PM10 자료를 경험적 직교함수 (Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석을 통해 세 가지 주요 변동 모드를 추출하였다. 첫 번째 모드는 우리나라 전 지역에서 같은 부호의 PM10농도 변동을 나타내며, PC 시계열과 한반도 평균 PM10 농도는 강한 양의 상관관계를 보였다. 두 번째 모드(세 번째 모드)는 남한 북쪽과 남쪽 지역(서쪽과 동쪽지역)에서 서로 반대 부호를 보였다. 이들 세 개 PM10 모드들은 대기장과 밀접하게 연관되었는데, 특히 고기압 및 저기압의 위치와 강수 분포가 주된 영향을 주고 있었다. 또한 HYbrid Single–Particle LagrangianIntegrated Trajectory 모델을 이용하여 역궤적 분석을 실시하였는데, 각 EOF 모드에서 나타난 고농도(저농도) PM10 지역은 오염된(깨끗한) 공기덩이가 수송되어 영향을 미친 것으로 드러났다. 이에 덧붙여 화학–기후 모델이 모의한 동아시아 대류권 오존의 특징을 조사하였다. 사용한 모델은 전구 화학 수송 모델인데 이를 구동하기 위하여 대기–해양 접합 모델 생성된 기상장을 처방하였다. 관측과 비교하였을 때 모델이 모의한 대류권 오존은 여름철 한반도 주변에서 큰 차이를 보였다. 이 차이는 주로 대기 순환으로부터 기인하였는데, 강한 남풍이 한반도 주변 대류권 오존 농도를 관측에 비해 낮은 수준이 되도록 만들었다. 동시에 모델에서 WNPSH가 서쪽으로 치우쳐 나타난 것 또한 오존 농도 감소와 관련이 있는 것으로 분석되었다. 관측 자료 분석을 통해 북서태평양 아열대고기압(Western North Pacific Subtropical High, WNPSH)이 강해질 때 동아시아(남중국–한반도–일본) 대류권 오존 농도가 감소하는 것을 밝혔다. 이들 결과는 동아시아 대류권 오존의 예측을 위해서는 WNPSH 변동성을 고려해야함을 암시하고 있다. 끝으로 화학–기후모델이 모의한 결과를 관측과 22개의 기후모델들의 결과와 비교함으로써 모델의 모의성능을 평가하였다. 평가를 위해 테일러 다이어그램을 이용하였는데, 여러 변수들을 종합적으로 파악하기 위해 새로운 평가방법을 개발하였다. 이 방법을 통해 화학–기후모델이 동서 평균장을 만족스럽게 모의하고 있었지만 200hPa 바람과 온도 평균장은 개선이 필요한 것으로 드러났다. 또한 모델의 모의한 여름철 몬순의 특징을 분석하여 향후 모델 개발 방향을 제시하였다.
대기오염 물질은 우리의 건강에 큰 해를 끼치며 지구 기후시스템 내에서 중요한 역할을 하기에 그 변동 특성을 이해하는 것이 필요하다. 이 연구는 먼저 한반도 봄철 미세먼지(PM10)의 공간적 분포 특징을 조사하고, 그와 관련된 대기장 특성을 분석하였다. 이를 위하여 2011–2015년의 318개 지역에서 관측된 지표 PM10 자료를 경험적 직교함수 (Empirical Orthogonal Function, EOF) 분석을 통해 세 가지 주요 변동 모드를 추출하였다. 첫 번째 모드는 우리나라 전 지역에서 같은 부호의 PM10농도 변동을 나타내며, PC 시계열과 한반도 평균 PM10 농도는 강한 양의 상관관계를 보였다. 두 번째 모드(세 번째 모드)는 남한 북쪽과 남쪽 지역(서쪽과 동쪽지역)에서 서로 반대 부호를 보였다. 이들 세 개 PM10 모드들은 대기장과 밀접하게 연관되었는데, 특히 고기압 및 저기압의 위치와 강수 분포가 주된 영향을 주고 있었다. 또한 HYbrid Single–Particle Lagrangian Integrated Trajectory 모델을 이용하여 역궤적 분석을 실시하였는데, 각 EOF 모드에서 나타난 고농도(저농도) PM10 지역은 오염된(깨끗한) 공기덩이가 수송되어 영향을 미친 것으로 드러났다. 이에 덧붙여 화학–기후 모델이 모의한 동아시아 대류권 오존의 특징을 조사하였다. 사용한 모델은 전구 화학 수송 모델인데 이를 구동하기 위하여 대기–해양 접합 모델 생성된 기상장을 처방하였다. 관측과 비교하였을 때 모델이 모의한 대류권 오존은 여름철 한반도 주변에서 큰 차이를 보였다. 이 차이는 주로 대기 순환으로부터 기인하였는데, 강한 남풍이 한반도 주변 대류권 오존 농도를 관측에 비해 낮은 수준이 되도록 만들었다. 동시에 모델에서 WNPSH가 서쪽으로 치우쳐 나타난 것 또한 오존 농도 감소와 관련이 있는 것으로 분석되었다. 관측 자료 분석을 통해 북서태평양 아열대고기압(Western North Pacific Subtropical High, WNPSH)이 강해질 때 동아시아(남중국–한반도–일본) 대류권 오존 농도가 감소하는 것을 밝혔다. 이들 결과는 동아시아 대류권 오존의 예측을 위해서는 WNPSH 변동성을 고려해야함을 암시하고 있다. 끝으로 화학–기후모델이 모의한 결과를 관측과 22개의 기후모델들의 결과와 비교함으로써 모델의 모의성능을 평가하였다. 평가를 위해 테일러 다이어그램을 이용하였는데, 여러 변수들을 종합적으로 파악하기 위해 새로운 평가방법을 개발하였다. 이 방법을 통해 화학–기후모델이 동서 평균장을 만족스럽게 모의하고 있었지만 200hPa 바람과 온도 평균장은 개선이 필요한 것으로 드러났다. 또한 모델의 모의한 여름철 몬순의 특징을 분석하여 향후 모델 개발 방향을 제시하였다.
Air pollution significantly influences human health and the Earth’s climate system; Hence, it is important to understand the variabilities in air pollution. In an aim to understand the influence of meteorology on air pollution in the Korean Peninsula, this study investigates the spatial distribution...
Air pollution significantly influences human health and the Earth’s climate system; Hence, it is important to understand the variabilities in air pollution. In an aim to understand the influence of meteorology on air pollution in the Korean Peninsula, this study investigates the spatial distributions of fine particle matter in spring and their associated atmospheric circulations. Particulate matter smaller than 10µm in diameter (PM10) from 318 monitoring sites in the Korean Peninsula during 2011–2015 were analyzed and three dominant modes of PM10 variation were identified via empirical orthogonal function (EOF) analysis. The first EOF mode shows the homogeneous distribution of PM10 concentrations across the Korean Peninsula, along with the strong correlation between corresponding PC time series and the mean PM10 concentration. The second (third) EOF mode exhibits the PM10 pattern with varying signs between the northern and southern (western and eastern) regions. These three PM10 spatial patterns were significantly affected by atmospheric circulations and precipitation associated with snoptic–scale disturbances. Moreover, a back–trajectory analysis using the HYbrid Single–Particle Lagrangian Integrated Trajectory model revealed that high (low) concentrations of PM10 events for each EOF mode resulted from the transport of polluted (clean) air parcels. Tropospheric ozone, the third most important greenhouse gas, is a major pollutant that affects human health and the global climate. The characteristics of East Asian tropospheric ozone simulated with a chemistry–climate model were also examined. Compared with the observations, there were differences in the concentration and distribution of tropospheric ozone in summer, with large anomalies in the vicinity of the Korean Peninsula. This was mainly due to anomalous atmospheric circulation. Strong southerly winds lead to decrease in tropospheric ozone concentration around the Korean Peninsula. Furthermore, observational data analysis reveals that the enhanced Western North Pacific Subtropical High (WNPSH) decreases tropospheric ozone, especially across Southern China/the Korean Peninsula/Japan regions. Results also indicated that the westward shift of WNPSH leads to the decrease of ozone levels in the simulation compared with the observations. This implies that changes in WNPSH should be considered for the prediction of tropospheric ozone concentrations. The simulations of a chemistry–climate model were also evaluated by comparing them with observational data and 22 climate models. Additionally, the Taylor diagram was used to create an evaluation matrix, and a new evaluation method was developed to measure the overall model performance of multiple fields. Results show that the chemistry–climate model was able to satisfactorily reproduce the zonal mean pattern. In contrast, the model was not able to simulate the 200 hPa spatial distribution of wind and temperature. Results from a more detailed assessment of the summer monsoon simulation are also presented, and the related problem is discussed.
Air pollution significantly influences human health and the Earth’s climate system; Hence, it is important to understand the variabilities in air pollution. In an aim to understand the influence of meteorology on air pollution in the Korean Peninsula, this study investigates the spatial distributions of fine particle matter in spring and their associated atmospheric circulations. Particulate matter smaller than 10µm in diameter (PM10) from 318 monitoring sites in the Korean Peninsula during 2011–2015 were analyzed and three dominant modes of PM10 variation were identified via empirical orthogonal function (EOF) analysis. The first EOF mode shows the homogeneous distribution of PM10 concentrations across the Korean Peninsula, along with the strong correlation between corresponding PC time series and the mean PM10 concentration. The second (third) EOF mode exhibits the PM10 pattern with varying signs between the northern and southern (western and eastern) regions. These three PM10 spatial patterns were significantly affected by atmospheric circulations and precipitation associated with snoptic–scale disturbances. Moreover, a back–trajectory analysis using the HYbrid Single–Particle Lagrangian Integrated Trajectory model revealed that high (low) concentrations of PM10 events for each EOF mode resulted from the transport of polluted (clean) air parcels. Tropospheric ozone, the third most important greenhouse gas, is a major pollutant that affects human health and the global climate. The characteristics of East Asian tropospheric ozone simulated with a chemistry–climate model were also examined. Compared with the observations, there were differences in the concentration and distribution of tropospheric ozone in summer, with large anomalies in the vicinity of the Korean Peninsula. This was mainly due to anomalous atmospheric circulation. Strong southerly winds lead to decrease in tropospheric ozone concentration around the Korean Peninsula. Furthermore, observational data analysis reveals that the enhanced Western North Pacific Subtropical High (WNPSH) decreases tropospheric ozone, especially across Southern China/the Korean Peninsula/Japan regions. Results also indicated that the westward shift of WNPSH leads to the decrease of ozone levels in the simulation compared with the observations. This implies that changes in WNPSH should be considered for the prediction of tropospheric ozone concentrations. The simulations of a chemistry–climate model were also evaluated by comparing them with observational data and 22 climate models. Additionally, the Taylor diagram was used to create an evaluation matrix, and a new evaluation method was developed to measure the overall model performance of multiple fields. Results show that the chemistry–climate model was able to satisfactorily reproduce the zonal mean pattern. In contrast, the model was not able to simulate the 200 hPa spatial distribution of wind and temperature. Results from a more detailed assessment of the summer monsoon simulation are also presented, and the related problem is discussed.
Keyword
#Particle Matter 10 (PM10) Empirical Orthogonal Function (EOF) Tropospheric Ozone Western North Pacific Subtropical High Chemical–Climate Model 미세먼지 경험적 직교 함수 대류권 오존 북서태평양 아열대 고기압 화학–기후모델
학위논문 정보
저자
박효진
학위수여기관
전북대학교 일반대학원
학위구분
국내박사
학과
과학교육학과
지도교수
문병권
발행연도
2018
총페이지
xiii, 137 p.
키워드
Particle Matter 10 (PM10) Empirical Orthogonal Function (EOF) Tropospheric Ozone Western North Pacific Subtropical High Chemical–Climate Model 미세먼지 경험적 직교 함수 대류권 오존 북서태평양 아열대 고기압 화학–기후모델
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