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제안 방법
- 가정난방에 의한 배출량은 격자별(Ikmxikm) 총 연료사용량에 면 오염원에 대한 배출계수力를 곱하여 산정하였다. 격자별 총 연료사용량은 격자내 주 택 유형 분포비에 주택유형별 연료 종류별 사용비를 곱해서 다음과 같이 산정하였다.
- 계산 방법은 기상장 예측모델에 대기 중에서의 이류, 확산과정과 광화학반응, 침착 과정을 고려한 대 기오염 농도 예측모델을 결합하어 오염물질의 농도를 계산하였고, 기상장의 계산대 상일은 해륙풍이 발생하는 8월의 전형적인 여름날로 하였다. 부산 연안 도시지역에시 선박 배출원을 고려한 대기오염물질의 이동 및 확산은 기상장과 광화학반응 및 침착 과정을 모두 묘사할 수 있는 오일러 이류, 확산 모델을 이용하이 추성하였으며, 특성 내 출원에서의 수송과 정은 라그란지 입자 확산모델을 이용하여 예측하였다.
- 여기서, F* 은 G 구에 속하는 耸격자내의 i 종 류 ( z ; 연탄, 등유, 경유, B-C 유, 프로판, LNG)의 연료사용량 는 G 구에서 /종류의 연료사용량, HV 은 G 구에 속하는 "격자 내의 주택 유형이 k인 주택비율 孫 ; 일반주택, 아파트, 기타), 理은 "격자 내의 为유형주택에서 사용하는 연료 종류의 비율이다. 그리고 4, 5종의 배출업소에 의한 배출량의 산정은 각 업소들의 주소와 행정지도를 이용해 각 업소별 위치를 격자내 설정하여 격자별로 연료 사용량에 점 오염원 배출계수 7)를 곱하여 4, 5종 배출업소에 의한 면 오염원 배출량을 산정하였다.
- 대기오염물질의 이동 경로는 2丄2의 기상장에서 계산되어진 바람 장과 난류 장을 고려한 라그란지 입 자확산 모델을 사용하여 오염물질의 연속적인 위치를 계산하였다.
- 따라서 본 연구에서는 부산 연안 도시의 특정 배 출원에서 배출되어진 대기오염물질의 확산과 수송 특성에 따른 대기질 변화를 연구하기 위하여 기상 장을 따라 이동하는 오염물질의 농도를 광화학반응과 침착 과정을 모사해 줄 수 있는 오일러 이류확산 모델과 난류 확산 특성을 고려하여 이동하는 오염물 질의 연속적인 위치를 결정해 주는 라그란지 입자 확산모델을 혼용하는 hybrid 오일러-라그란지 방법을 사용하였다. 또한 연안 도시지역의 배출 특성을 고려하여 선박 배출량을 배출원에 포함하여 모델링하였다.
- 연안 지역의 배출량 산정에서 대상 선박은 부산항을 입, 출항하는 여객선, 컨테이너선, 유조선, 화물선, 어선 등이며, 선박에 탑재되어 있는 기관으로서 는 주기 디젤기관, 보기 디젤기관, 보조 보일러 등이 있는데, 각각의 기관은 선박의 운항상황이나 정박에 따라 달리 가동되므로 항행 중과 정박 중으로 나누어 산정하였다. 배출량의 산정에는 대상 선박 1척마다의 운항 제원(선종, 총 톤수, 탑재기관의 종류, 대수 등) 과 탑재기관의 가동상황(부하율, 하역 시간 등)으로 1kmX 1km 격자별, 항로별로 선박 교통량 비중과 주 야율 등을 고려하여 산정하였다.
- 계산 방법은 기상장 예측모델에 대기 중에서의 이류, 확산과정과 광화학반응, 침착 과정을 고려한 대 기오염 농도 예측모델을 결합하어 오염물질의 농도를 계산하였고, 기상장의 계산대 상일은 해륙풍이 발생하는 8월의 전형적인 여름날로 하였다. 부산 연안 도시지역에시 선박 배출원을 고려한 대기오염물질의 이동 및 확산은 기상장과 광화학반응 및 침착 과정을 모두 묘사할 수 있는 오일러 이류, 확산 모델을 이용하이 추성하였으며, 특성 내 출원에서의 수송과 정은 라그란지 입자 확산모델을 이용하여 예측하였다. 부산광역시의 SO:! 와 N0의 배출량 분壬를 Fig.
- 상면 경계조건으로는 계산영역 상면에서 처음 설정한 초기 농도 값을 가지도록 하였고, 지표면에서는 침착 현상을 고려하여 기산되어진 침착 속 打彳와 지상배출량 々寸를 이용하여 다음 식과 같이 두었다.
- 선 오염원에 의한 배출량의 산정은 격자별 각 차량의 운행 대수와 각 차량별 일일 평균 주행거리를 곱하여 각 격자에 대한 1일 총 운행 거리를 구하고, 구해진 격자별 1일 총 운행 거리에 선 오염원에 대한 배출계수 ®를 곱하여 선 오염원에 대한 배출량을 산정하였다.
- 연안 도시인 부산지역의 여러 배출원에서 배출되 어진 대기오염물질의 농도변화를 연구하기 위하여 오일러계에서 오염물질의 이류와 확산, 광화학 반응, 침착 과정을 고려한 3차원 수치모델링을 수행하였으며, 확산과 수송 특성은 대기오염물질의 수송과정을 잘 모의할 수 있는 라그란지 입자 확산모델을 사용하여 고찰하였다.
- 2(3) 또한 오염물질의 농도 예 즉을 위해 오일러 이류, 확산모델(Eulerian Advection -Diffusion Model)이 사용되어지는데, 이상인 등*이 STEM II를 이용하여 한국과 중국 동부지역 대기오염물질의 이동과 화학, 침착을 고려한 수치 모의를 하였다. 정관영$은 대기오염물질의 장거리 수송의 대 표적 예인 황사의 이동 경로를 추적하기 위해 착지점의 4개 층에서 3차원 기상장을 이용하여 후진 유적선 을 구한 다음, 착지점의 농도에 대한 각각 발원지에서의 기여도를 추정하였다. Hess(c)는 대규모 점오염원이 대기 질에 미치는 영향의 예측과 평가를 위한 hybrid 오일러-라그란지 광화학 모델을 개발하였다.
대상 데이터
- 계산대상으로 하는 오염물질은 선박 배출에 기인한 SO2, NO2이고, 수치 모의를 위한 지표면에서의 초기농도는 각 오염물질에 대하여 지형 특성에 따라 국지 순환계가 잘 발달하는 전형적인 여름철의 평균 농도를 입력하였으며, 이들 값들은 지표면 부근에서 측정된 값으로, 연직 방향으로의 농도분포는 높이 100m까지는 같은 값으로 두었고, 100m 이상에서는 계산잉역 상한에서 1/10이 되게 선형적으로 감소하도록 모■델 화하였다.
- 계산에 사용되어진 영역은 Fig. 1과 같이 부산광역시를 나타내는 성긴 격자 영역(coarse mesh grid, 110km X 110km, 수평격자간격 ; 5km)과 부산지역만을 나타내는 상세격자 영역 (fine mesh grid, 31km X 31km, 수평격자간격 ; 1km)이다. 대기오염 농도 예측모델의 수치 모의 실행은 부산광역시를 포함하는 성긴 격자 영역의 계산을 먼저 수행하고, 이를 경계치 로 하여 상세격자 잉 역을 계산하는 nesting 방법을 사용하였다.
- 점 오염원은 부산광역시 공해 배출업소자료9) 중 연간 고체연료로 환산한 연료 사용량이 1, 网톤 이 상인 대기 분야 1, 2, 3종의 배출업소를 대상으로 하였다. 격자별로 각 업소에 대해 연료 종류에 따라 연료사용량을 계산하고 점오염원에 대한 배출계수를 곱하면 점오염원에 의한 배출량을 산정할 수 있다.
이론/모형
- 광화학반응 모델에서 사용한 반응 메카니즘은 이화운'"의 연구에서 사용한 PRM(Ph0tochemical Reaction Model)이며, 이는 총 18개의 반응식으로. 구싱되어 있디(rable 1).
- 기존의 연구들에서는 오염물질의 이동을 라:L란 시 입사 확산 모델 (Lagrangian Particle Dispersion Model)을 이용하이 기상 예측모델에시 얻은 평균 바람 장과 난花장를 따라 방출된 물질들의 흐卜산과 수송 盲 묘사하이 왔다.2(3) 또한 오염물질의 농도 예 즉을 위해 오일러 이류, 확산모델(Eulerian Advection -Diffusion Model)이 사용되어지는데, 이상인 등*이 STEM II를 이용하여 한국과 중국 동부지역 대기오염물질의 이동과 화학, 침착을 고려한 수치 모의를 하였다. 정관영$은 대기오염물질의 장거리 수송의 대 표적 예인 황사의 이동 경로를 추적하기 위해 착지점의 4개 층에서 3차원 기상장을 이용하여 후진 유적선 을 구한 다음, 착지점의 농도에 대한 각각 발원지에서의 기여도를 추정하였다.
- 대기오염 농도 예측모델의 수치 모의 실행은 부산광역시를 포함하는 성긴 격자 영역의 계산을 먼저 수행하고, 이를 경계치 로 하여 상세격자 잉 역을 계산하는 nesting 방법을 사용하였다. 경계조건의 설정 방법은 Cla由와 Rarley1® 의 수치실험에 의해 계산정밀도가 높은 2차 삽 입식 을 사용하였다. 기상장과 라그란지 입자 확산 모델의 실행 결과는 성긴 격자 영역에서 나타내었고, 오일러 이류, 확산 예측 모델링은 부산지역의 지형적 특성이 세밀하게 나타나는 상세격자 영역에서 실행한 결과만을 나타내었다.
- 1과 같이 부산광역시를 나타내는 성긴 격자 영역(coarse mesh grid, 110km X 110km, 수평격자간격 ; 5km)과 부산지역만을 나타내는 상세격자 영역 (fine mesh grid, 31km X 31km, 수평격자간격 ; 1km)이다. 대기오염 농도 예측모델의 수치 모의 실행은 부산광역시를 포함하는 성긴 격자 영역의 계산을 먼저 수행하고, 이를 경계치 로 하여 상세격자 잉 역을 계산하는 nesting 방법을 사용하였다. 경계조건의 설정 방법은 Cla由와 Rarley1® 의 수치실험에 의해 계산정밀도가 높은 2차 삽 입식 을 사용하였다.
- 따라서 본 연구에서는 부산 연안 도시의 특정 배 출원에서 배출되어진 대기오염물질의 확산과 수송 특성에 따른 대기질 변화를 연구하기 위하여 기상 장을 따라 이동하는 오염물질의 농도를 광화학반응과 침착 과정을 모사해 줄 수 있는 오일러 이류확산 모델과 난류 확산 특성을 고려하여 이동하는 오염물 질의 연속적인 위치를 결정해 주는 라그란지 입자 확산모델을 혼용하는 hybrid 오일러-라그란지 방법을 사용하였다. 또한 연안 도시지역의 배출 특성을 고려하여 선박 배출량을 배출원에 포함하여 모델링하였다.
- 광화학반응 모델을 구 싱하고 있는 반응식을 각 물질의 반응속노에 대헤 정리하면 연립 상미분방정식으로 나타낼 수 있다. 본 연구에서 주요 물질(NO2, NO, 03, HC, RCHO) 농노의 시간 변화는 1차 선형 미분방정식의 해를 구하는 지수함수 근사법을 사용하여 구하였다. 이는 선행연구"'에서 계산상의 안정성을 검토한 바 있다.
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